Ekskursion til Susåen/Ringsted å

Transkript

1 Naturvidenskabelig faggruppe Side 1 af 14 Ekskursion til Susåen/Ringsted å På ekskursionen til Susåen/Ringsted å skal vi ved hjælp af de tre naturvidenskabelige fag: biologi, geografi og kemi lave en grundig undersøgelse af åen. Fagene arbejder alle efter den naturvidenskabelige metode, men bidrager med forskellige oplysninger, som samlet set kan give en uddybende beskrivelse af åen. Biologi undersøger livet og forureningsgraden i åen, kemi måler på indholdet af næringsstoffer, og geografi undersøger åens fysiske forhold: vandføring, opland, solhøjde, overfladerefleksion og temperaturer. Vi arbejder altså med forskellige ting, men det hele hænger alligevel sammen. Hvis der ikke er ilt og næringsstoffer, er der ikke noget liv. På den anden side kan for mange næringsstoffer forurene åen, så der kun er begrænset liv eller slet ikke noget. Samtidig er der også forskel på, hvilket liv man finder afhængigt af både mængden af næringsstoffer og ilt og åens fysiske forhold. Ved at kombinere viden fra de tre fag får vi altså en bedre beskrivelse af åen end, hvis vi kun så på resultaterne fra et fag. Hjemme igen arbejder I videre med de indsamlede data, som blandt andet skal bruges op mod efterårsferien i jeres første naturfagsprojekt, hvor resultaterne fra de tre fag kombineres i en synops og en præsentation. Dagsprogram Kl. 8.20: Vi mødes i aulaen på FHF og kører derefter med bus til Susåen/Ringsted å Kl : Alle arbejder i deres introgruppe hele dagen, og klasserne cirkulerer mellem biologi-, geografi- og kemiøvelserne. Frokostpause kl Husk madpakke! Kl : Vi er tilbage på FHF igen Husk Praktisk tøj (dvs. noget der er varmt nok, vandtæt og godt må blive beskidt), gummistøvler, noget at skrive med og mad og drikke. Vi glæder os til en hyggelig dag i naturen. Naturfagslærerne 1

2 Naturvidenskabelig faggruppe Side 2 af 14 Kort over området Biologistation Kemistation Geografistation Indholdsfortegnelse: Biologidel: Bestemmelse af Susåens forureningsgrad med makroindeksmetoden side 3 Bestemmelse af Susåens forureningsgrad med BI 5 metoden side 7 Kemidel: Bestemmelse af ph, nitrat, ammonium og phosphat i en vandprøve side 9 Geografidel: Øvelse 1: Bestemmelse af vandføring i Susåen side 11 Øvelse 2: Bestemmelse af lokalitet, solhøjde og indstråling side 13 Øvelse 3: Måling af stråling og temperatur side 14 2

3 Naturvidenskabelig faggruppe Side 3 af 14 Biologi: Bestemmelse af Susåens forureningsgrad med makroindeks- og BI5-metoden Formål At undersøge forureningsgraden af Susåen. Makroindeksmetoden Baggrund for undersøgelsen Makroindeksmetoden kan bruges til at vurdere et vandløbs forureningsgrad. Det gør man ved at undersøge artsdiversiteten (dvs. hvor mange forskellige dyr kan vi finde) og ved at registrere indikatordyr (rentvands- og forureningsindikatorer). Forureningen kan også måles direkte ved, at man tager en vandprøve og analyserer den for organisk stof (BI5-måling), måler iltindholdet i vandet eller måler koncentrationen af plantenæringsstofferne nitrat (NO3 - ), ammonium (NH4 + ) og fosfat (PO4 3- ). Ulempen ved alene at bruge disse målinger er imidlertid, at de kun giver et øjebliksbillede af tilstanden. Det forurenede vand passerer hurtigt gennem åen, og der kan altså med jævne mellemrum komme forurenet vand gennem åen, som dræber de følsomme dyr, uden at det nødvendigvis kan måles den dag, man tager vandprøven. Iltindholdet varierer også afhængig af på hvilket tidspunkt på dagen, man tager vandprøven. Da dyrene i vandløbet lever der hele tiden og har forskellige krav til iltindholdet, kan man undersøge dyrelivet og bruge tilstedeværelsen/fraværet af indikatordyr til at vurdere den generelle tilstand. Jo bedre iltforholdene er, jo flere forskellige dyrearter vil der være. Det uforurenede vandløb har derfor en høj artsdiversitet. Nogle arter er mere følsomme over for dårlige iltforhold end andre, men enkelte arter, som på grund af deres åndedrætssystemer kan klare dårlige iltforhold, kan have en direkte fordel af, at der er meget organisk stof (føde) og få konkurrenter og fjender. 3

4 Naturvidenskabelig faggruppe Side 4 af 14 Materialer Net og ketcher, Fotobakker (plastikbakker), Plastikskeer og pipetter Bestemmelsesduge og bøger, Lupper Telefon med kamera Fremgangsmåde 1. Når I ankommer til åen, skal I først sætte jer på bredden og iagttage vandet, strømmen, planterne og dyrene nede i åen. Noter jeres observationer i boksen her under. 2. Når I har orienteret jer, kan l begynde på indsamlingen. Hver gruppe indsamler med net eller ketcher så mange forskellige dyr som muligt. Dette gøres ved at man skraber og fisker med net/ketcher langs bredden og mellem planterne. Man kan med fordel medtage nogle planter og lidt bundmateriale, da det er her dyrene gemmer sig. 3. Det indsamlede anbringes i en fotobakke med rigeligt vand. 4. De fundne dyr identificeres ved hjælp af tegningerne på skemaet (næste side) og de medbragte bestemmelsesduge og -bøger. 5. I skal fotografere de dyr, I finder i åen (minimum fire forskellige). Billederne skal bruges i jeres journal. 6. De fundne dyregrupper krydses derefter af på forsiden af makroindeksskemaet. 7. Den samlede mængde af forskellige dyregrupper overføres til bagsiden af skemaet. Nu kan indekstallet, der angiver vandkvalitet og forureningsgrad, aflæses i skemaet. 4

5 Naturvidenskabelig faggruppe Side 5 af 14 5

6 Naturvidenskabelig faggruppe Side 6 af 14 6

7 Naturvidenskabelig faggruppe Side 7 af 14 BI5-metoden BI5 står for biokemisk iltforbrug i fem døgn og er en metode, man kan bruge til at bestemme mængden af organisk stof i en vandprøve og dermed forureningsgraden af vandet. Den giver et mål for, hvor meget ilt bakterier og andre mikroorganismer bruger, når de nedbryder det organiske stof ved respiration. Vi laver i denne sammenhæng en fælles BI5-måling ved, at jeres lærere indsamler en vandprøve og straks måler iltindholdet. Derefter bliver vandprøven lukket tæt til (der må ikke være luft i flasken), placeret et mørkt sted ved ca. 20 C i fem døgn. Når de fem døgn er gået måles iltindhold igen, og iltforbruget på de fem døgn bestemmes ved at trække de to målinger fra hinanden. I skemaet nedenfor kan du notere resultaterne fra BI5-målingen: Iltindhold dag 1 Iltindhold dag 5 Iltindhold dag 1 - Iltindhold dag 5 = BI 5 Et højt BI5 betyder, at der har været et stort iltforbrug og derfor også en stor mængde organisk stof i vandprøven. Dvs. vandet er forurenet. Et lavt BI5 betyder, at der har været et lavt iltforbrug og derfor også en lille mængde organisk stof i prøven. Dvs. vandet er rent. I tabellen nedenfor kan du se BI5-værdier ved forskellige grader af forurening. 7

8 Naturvidenskabelig faggruppe Side 8 af 14 Effekten af organisk stof i åen Biologi til tiden, Nucleus 8

9 Naturvidenskabelig faggruppe Side 9 af 14 Bestemmelse af ph, nitrat, ammonium og phosphat i en vandprøve I åer, søer og generelt i vandmiljø findes plantenæringsstofferne nitrat (NO 3- ), ammonium (NH 4+ ) og phosphat (PO 4 3- ). Vi udleder disse med spildevand fra industri og husholdning, men specielt landbruget udleder mange næringsstoffer til vandmiljøet. Udledningen er dog faldet siden 1980 erne, og vi er i dag rigtig gode til at rense spildevandet fra vores husholdninger og fra industrien. Koncentrationen af næringsstofferne og ph værdien af vandet i vandmiljøet bruger man til at vurdere forureningsgraden. Tabellen nedenunder viser typiske måleresultater for de forskellige forureningsgrader I, II, III og IV (jf. makroindexmetoden i biologidelen). Forureningsgrad I II III IV ph 6,5-8,5 6,5-8, Nitrat (mg/l) Høj* Høj* 1-2 Meget lav** Ammonium (mg/l) < 0,1 < 0,2 0,3-1,2 Høj Phosphat (mg/l) 0-0,05 0,05-1,0 > 0,5 > 1,0 Tabellen viser sammenhængen mellem forureningsgrad og indhold af plantenæringsstoffer (Kilde: Biologi til tiden 2. udgave.) *Det er vanskeligt at give konkrete værdier for nitratindholdet ved forureningsgrad I og II, men disse kan være højere end hvad man umiddelbart skulle forvente. ** Meget lav pga. nitratåndende bakterier. Du skal med ph-indikatorpapir måle ph-værdien i vandet fra Susåen. Desuden skal du måle vandets indhold af nitrat, ammonium og phosphat. Det kræver, at du først tilsætter nogle reagenser, der kan reagere med ionerne og danne et farvet produkt. På den måde får vandprøven en farve, hvis styrke afhænger af koncentrationen af ionen. Eksempelvis danner reagenserne der reagerer med nitrat et gult farvestof. Jo mere nitrat der i vandprøven, jo mere gul bliver opløsningen. For at kunne sætte tal på vandprøvens nitratkoncentration kan man sammenligne farven med farven af en række referenceopløsninger med kendt nitratkoncentration (se figuren nedenunder). Man laver derfor på forhånd, eksempelvis 5 opløsninger, med kendte nitratkoncentrationer (0, 10, 25, 50 og 80 mg/l) og tilsætter nitratreagenserne til disse. Man får derved 5 referenceopløsninger med forskellig farve og kan nu sammenligne med farven på vandprøven efter denne også har fået tilsat reagenserne. På den måde kan man bestemme et cirkatal for nitratindholdet i vandprøven. Ved målingerne i dag skal du ikke selv lave referenceopløsningerne, men får udleveret et farveskalakort. 0 mg/l 10 mg/l 25 mg/l 50 mg/l 80 mg/l Referenceopløsninger med kendt koncentration 9

10 Naturvidenskabelig faggruppe Side 10 af 14 Fremgangsmåde og journal 1. Tag ca. 2 cm ph-indikatorpapir og dyp det kortvarigt ned i vandprøven. ph 2. Sammenlign med farveskalaen på æsken og noter ph-værdien herunder: ph = 1. Fyld testbeholderen op til stregen med vandprøve. Nitrat NO 3-2. Tilsæt 2 strøgne skefulde (skeen sidder i kapslen) af nitratreagens 1 og opløs ved at ryste forsigtigt. 3. Tilsæt 1 strøgen skefuld af nitratreagens 2 og opløs ved at ryste forsigtigt i 1 min. Uopløst stof ignoreres. 4. Sammenlign farven efter 10 min. Husk at se oppefra. Noter koncentrationen herunder: NO3 - koncentration = mg/l 1. Fyld testbeholderen op til stregen med vandprøve. 2. Tilsæt 10 dråber ammoniumreagens 1 og opløs ved at ryste forsigtigt. Ammonium NH Tilsæt 1 strøgen skefuld (skeen sidder i kapslen) af ammoniumreagens 2 og opløs ved at ryste forsigtigt. Lad opløsningen stå i 5 min. 4. Tilsæt 15 dråber af ammoniumreagens 3 og opløs ved at ryste forsigtigt. 5. Sammenlign farven efter 7 min. Husk at se oppefra. Noter koncentrationen herunder: NH4 + koncentration = mg/l 1. Fyld testbeholderen op til stregen med vandprøve. Phosphat PO Tilsæt 10 dråber phophatreagens 1 og opløs ved at ryste forsigtigt. 3. Tilsæt 1 dråbe af phosphatreagens 2 og opløs ved at ryste forsigtigt. 4. Sammenlign farven efter 4 min. Husk at se oppefra. Noter koncentrationen herunder: PO4 3- koncentration = mg/l 10

11 Naturvidenskabelig faggruppe Side 11 af 14 Øvelse 1: Bestemmelse af vandføring i Susa en Formål At undersøge vandføringen i Susåen. Vandføringen er den mængde vand der passerer et givent punkt pr. tidsenhed. Vandføringen angives i liter pr. sekund (L/sek.). Metoden Baggrund for undersøgelsen Mange faktorer har indflydelse på vandføringens størrelse, men væsentligst er størrelsen af det landområde (landskabet) hvorfra vandet ledes til vandløbet og mængden af nedbør. Landområdet kaldes oplandet og oplandets størrelse afhænger af landskabets topografi landskabets/terrænets former. Divideres vandføringen med vandløbets oplandsareal får man værdien for afstrømningen (L/sek./km 2 ) Materialer Målebånd Tommestok Stopur/Mobiltelefon Appelsin eller æble Waders eller gummistøvler Fremgangsmåde Måling og beregning af vandløbets tværsnitsareal: Vælg et repræsentativt sted for åen. 1. Mål bredden af åen med målebåndet (Præcise målinger fås ved at måle lige ved vandkanten på begge sider og hæve målebåndet lidt over vandoverfladen, så I kan holde båndet stramt) 2. Mål dybden af åen med tommestokken. Da dybden varierer skal I lave flere målinger og efterfølgende udregne gennemsnitsdybden. I skal måle med cm s intervaller afhængig af åens bredde. (Præcise målinger fås ved at sørge for at tommestokken holdes lodret og ikke presses ned i bunden) 3. Skriv resultaterne ned, så de senere kan føres over på et journalark. 11

12 Naturvidenskabelig faggruppe Side 12 af 14 Interval Afstand i cm 1. 0 cm Dybde i cm 0 cm 0 cm Gennemsnitlig vanddybde: Måling af vandets strømhastighed: 1. Marker 2 punkter i åen med 10m afstand imellem. Punkt 1 og punkt 2. Kast en appelsin/æble i vandet lidt opstrøms for punkt 1 og tag tid med stopuret på hvor mange sekunder det tager for appelsinen/æblet af komme fra punkt 1 til punkt Gentag målingen 3 gange. 3. Noter hastighedsmålingerne. Strømningshastighed Tid (i sek) Hastighed: m/s Resultater og Beregninger: 1. Beregn gennemsnitlig vanddybde (Læg alle dybderne sammen og divider med antallet af målte dybder husk de to vandkanter hvor vanddybden er 0, også tæller med) 2. Beregn tværsnitsarealet A = vanddybde (gennemsnitsværdien) x bredde 3. Beregn gennemsnitshastigheden fra punkt 1 til punkt 2 4. Beregn vandføring V=hastighed (m/sek) X tværsnitsareal (m 2 ) For at tage højde for at strømningshastigheden, på grund af vandets friktion mod bunden, er mindre i bunden af åen, ganges resultatet med 0,7. 5. Angiv resultatet i l/sek (Hint - der går 1000 l på en kubikmeter) Til sammenligning har Gudenåen en middelvandføring på 32,4 m³/s og Danmarks vandrigeste å, Skjern å, en middelvandføring på 36,6 m³/s. Der er dog langt til verdens vandrigeste flod, Amazonas. Den har en middelvandføring på ca m³/s 12

13 Naturvidenskabelig faggruppe Side 13 af 14 Øvelse 2: Bestemmelse af lokalitet, solhøjde og indstra ling 1. Med din mobiltelefons kompas (Iphone) - eller hent den gratis app Latitude & Longitude - bestemmes længde og breddegrad (grader, minutter og sekunder) som noteres her: og 2. Dernæst aflæses solhøjden (for så vidt solen skinner) på en skive med gradindeling I skivens centrum er placeret en snor med et lod. Ved begge punkter for 90 ⁰ er placeret en nål el.lign. (her en murskrue) Skiven holdes nu lodret, således at solens stråler kommer parallelt med skivens overflade. Skiven drejes herefter således at skyggen fra den ene nål rammer den anden nål. Samtidigt aflæses solhøjden ved snoren i bunden af skiven. Noter solhøjden her samt klokkeslæt 3. Diskuter i gruppen hvilken betydning solhøjden har for temperaturen - noter svaret: 4. Overvej hvordan man kan beregne den maksimale solhøjde som vi kan opleve i Danmark (d. 21. juni), når I ved følgende: At når solen står højest på himlen er den vinkelret (90 0 ) på jordens overflade, og At I nu også kender breddegraden for jeres aktuelle lokalitet At jorden hælder 23 ½ ⁰ om sin omdrejningsakse Noter resultatet her: 5. Hent den gratis app Lux Meter til din smartphone. Den kan bruge din telefons lyscensor som luxmeter, og dermed måle indstrålingen. Prøv nu at holde telefonen vandret i solen (hvis den skinner) og aflæs indstrålingen. Hvad sker der med indstrålingen når du langsomt vipper telefonen op til lodret (med lysmåleren vendt direkte mod solen)? Hvordan kan man forklare denne ændring i indstrålingen? Hvad kan man bruge denne viden til? 13

14 Naturvidenskabelig faggruppe Side 14 af 14 Øvelse 3: Ma ling af stra ling og temperatur Teori: Når sollyset rammer en overflade vil noget af lyset blive absorberet (optaget) af overfladen og omdannet til varme, og resten af lyset vil blive reflekteret (albedo) fra overfladen. Hvor meget lys der henholdsvis absorberes og reflekteres afhænger af overfladens beskaffenhed. Måleinstrumenter: Infrarødt termometer Luxmeter Måler varmestrålingen i ⁰C fra en given overflade. Hold måleren et par centimeter fra den overfalde der skal måles. Klik den grå knap hver gang en ny måling skal laves. Luxmeteret måler lysstyrken fra en given overflade (refleksion af lys). Sæt omskifter knappen på 2000 lux Hold det hvide læsehoved vandret ca. 20 cm over den overflade hvor lysstyrken skal måles Opgaven: I skal nu måle dels temperaturen (⁰C) og dels lysstråling (lux) fra forskellige overflader. Resultaterne indføres i nedenstående skema: Overflade: Temperatur i ⁰C Udstråling Græs Grus Sort papir Hvidt papir Vand Diskuter nu i gruppen hvilken sammenhæng der er mellem måleresultaterne for de enkelte overflader? Noter svaret: Hvad er det for en egenskab ved de forskellige overflader som giver de forskellige resultater? Noter svaret: 14