Числа і природа: математичний погляд на довкілля

ЧИСЛА І ПРИРОДА: МАТЕМАТИЧНИЙ ПОГЛЯД НА ДОВКІЛЛЯ

РОЗДІЛ І МАТЕМАТИЧНІ МЕТОДИ У ВИВЧЕННІ ДОВКІЛЛЯЕкологічні показники – використовуються для визначення: - рівня забруднення повітря;- якості води- площі вирубування лісів-швидкості ерозії грунту- контроль за діяльністю підприємств1.2 Статистичний аналіз забруднення За допомогою статистики можна:- визначити тенденції (зростання або зменшення забруднення);- робити прогнози на майбутнє1.1 Вимірювання екологічних показників

РОЗДІЛ ІІ МАТЕМАТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДОВКІЛЛЯЛіс це не лише природне середовище проживання тисяч видів рослин і тварин, а й джерело ресурсів, кисню та екологічної рівноваги 2.2 Структура лісу і математика. Нам здається що дерева ростуть хаотично. Насправді на стовбурах, гілках і коренях простежуються математичні моделі – фрактали. Листки у вигляді спіралей або за принципом Фібоначчі. За річними кільцями можна визначити вік дерева.2.1 Ліс і математика

РОЗДІЛ ІІ МАТЕМАТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДОВКІЛЛЯ2.3 Математика екологічних процесів. За допомогою математичних моделей обчислюють:- скільки кисню виробляє певна площа лісу;- скільки вуглекислого газу поглинається;- як змінюється стан повітря при зменшенні площі лісів.2.4 Статистика та моніторинг. Сучасні технології дозволяють проводити аерозйомку та супутникові обрахунки, щоб зафіксувати зменшення або збільшення площі лісу, або аналізувати вплив на довкілля

РОЗДІЛ ІІ МАТЕМАТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДОВКІЛЛЯ2.5 Моделювання майбутнього лісу. Математичні моделі допомагають передбачити:як виглядатиме ліс через 20-30 років?які види дерев зростатимуть швидше?чи можливі масові висихання?Математика є незамінним інструментом у вивченні лісу. Вона допомагає не лише описати природні процеси, а й приймати правильні рішення щодо збереження зелених ресурсів. Ліс – це жива система, але щоб її зрозуміти потрібні точні обчислення.

РОЗДІЛ ІІІ ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА3.1 Розрахунок кисневого балансу лісової ділянки №Показник Значення/характеристика. Роль лісу1 Поглинання СО210 – 20 т 1 га лісу/рік. Зменшує викиди парникових газів, уповільнює зміну клімату2 Виділення кисню10 – 15 т з 1 га лісу/рік. Забезпечує чисте повітря та підтримує життя живих організмів3 Фільтрація пилу30 – 40 т пилу утримує ліс(якщо великі масиви)Зменшує забруднення повітря, покращує дихання4 Поглинання шкідливих газів. SO2, NO2, COОчищає повітря від промислових газів5 Зволоження повітря. Підвищує вологість на 10 – 20%Формує комфортний мікроклвмат6 Зниження температури. На 2 – 40 влітку в лісових масивах. Зменшує перегрівання територій7 Швидкість вітру. Знижується на 20 – 40% завдяки деревам. Захищає грунт і поселення від ерозії та пилових буревіїв8 Поглинання токсичних аерозолів. Легкі органічні сполуки, промислові домішки. Зменшує небезпечні речовини у повітрі9 Поліпшення складу повітря. Стабілізація кисню, вуглецю та вологи. Забезпечує екологічну рівновагу

РОЗДІЛ ІІІ ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА3.2 Міні-дослідження Я провела міні-дослідження і порахувала кількість дерев на території школи. Кількість дерев – 58. Площа зеленої зони 0,17 га. Наші зелені насадження виробляють 13 тон кисню на рік. Тоді, орієнтовна кількість виробленого кисню: 0,17 × 13 = 2,21 тони кисню на рік. Відомо, що людина споживає 550 – 750 л повітря, а це становить 0,7 – 1,0 кг кисню. Якщо вважати, що одна людина споживає 0,8 кг кисню на добу, то за рік вона використає 0,8 × 365 = 292 кг кисню. Тобто, зелені насадження на території школи можуть забезпечити киснем на рік 8 чоловік. (2 210 : 292 =≈𝟖 ) 

Задача Задача. Скільки кілограмів кисню а) на добу; б) на рік потрібно жителям села Благодатне, якщо у нас проживає 505 осіб і кожен житель споживає в середньому 0,8 кг кисню? в) чи забезпечує наш місцевий ліс жителів села у потребах кисню? Розв’язанняа) Спочатку обчислимо скільки кілограмів кисню потрібно на 1 добу для жителів села: 0,8 × 505 = 404 кг кисню, б) Тоді за рік ми споживаємо 404 × 365 = 147 460 кг = 147,46 т кисню. в) Так як наш ліс виділяє 257,4 т кисню на рік, а жителі села споживають 147,46 т, то можна зробити висновок, що кисню нам вистачає ще і маємо надлишок 257,4 – 147,46 =109,94 т. Для повного згоряння 1 літра бензину потрібно приблизно 14,7 кг повітря, у повітрі лише 21% кисню, тому на літр бензину припадає:14,7 × 0,21 = 3,1 кг кисню. Автомобіль, проходячи 100 км в середньому спалює 8 літрів бензину, а це близько 25 кг кисню. За моїми підрахунками у нашому селі 71 автомобіль. Яка площа зелених насаджень протягом року зможе відновити кисень, спалений автомобілями за один рік, якщо припустити, що кожен автомобіль за рік проходить 15 000 км?Розв’язання. Кисню спалений одним автомобілем за рік. Запишемо умову схематично:100 км - 25 кг;15 000 км - х кг.𝟏𝟎𝟎𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎= 𝟐𝟓х,  звідси х= 𝟏𝟓𝟎𝟎𝟎 ×𝟐𝟓𝟏𝟎𝟎=𝟑 𝟕𝟓𝟎 кг  кисню. Тоді всі автомобілі за рік спалять 3 750 ×𝟕𝟏=𝟐𝟔𝟔 𝟐𝟓𝟎 кг =𝟐𝟔𝟔,𝟐𝟓 т кисню . А тепер визначу, яка площа зелених насаджень зможе відновити кисень, спалений автомобілями, якщо вважати, що 1 га лісу виділяє 13 тон кисню за рік. Схематично це записується так:1 га - 13 т кисню ;х га - 266,25 т кисню; Запишемо пропорцію: 𝟏х= 𝟏𝟑𝟐𝟔𝟔,𝟐𝟓,  звідси х=  𝟐𝟔𝟔,𝟐𝟓𝟏𝟑=𝟐𝟎,𝟒𝟖 га. Як бачимо, для відновлення кисню, спаленого автомобілями, треба 20,48 га зелених насаджень. Задача Задача. РОЗДІЛ ІІІ ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА3.3 Ліс дихає – рахуймо разом

РОЗДІЛ ІV ВПЛИВ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ НА СТАН ЛІСУ4.1 Види відходів і їх небезпека:№ Вид забруднення. Джерело походження. Орієнтовна кількість (кг/га)Шкода для довкілля1 Пластикові відходи. Туристи, пікніки10-25 Розкладається понад 200-400 років, виділяє токсин, небезпечний для тварин, бо вони плутають пластик з їжею2 Скло. Люди, стихійні смітники10-18 Розкладається понад 1 000 років, здатне спричинити пожежі через ефект лінзи, може поранити лапи птахів та тварин3 Металеві банки. Туристи, мисливці5-12 Розкладається понад 100 років, забруднює грунт важкими металами4 Папір. Відпочивальники3-8 Розкладається швидше, але створює неестетичний вигляд та приваблює шкідників5 Органічні рештки. Туристи8-20 Приваблюють диких тварин, але при цьому змінюють їх природну поведінку6 Будівельне сміття. Стихійні звалища20-40 Розкладається 200-400 років, блокують ріст рослин

РОЗДІЛ ІV ВПЛИВ ПОБУТОВИХ ВІДХОДІВ НА СТАН ЛІСУ4.2 Екологічні наслідки для екосистеми:- знижується біорізноманіття;- підвищується кількість пожеж через скло та необережність людини;- поширюються шкідники.- небезпеку для рослин і тварин Побутові відходи є однією з головних причин деградації лісових екосистем. Вони погіршують стан грунтів, забруднюють воду, становлять небезпеку для рослин і тварин та збільшують ризик пожеж. Збереження чистоти лісу – це відповідальність кожного, і лише свідоме ставлення до природи може забезпечити здорове довкілля для майбутніх поколінь

РОЗДІЛ V ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА5.1 Чим далі в ліс, тим більше сміття. Ця фраза символічно підкреслює сучасну екологічну реальність: навіть у найвіддаленіших ділянках нашого лісу зустрічаються сліди людської діяльності. Це може бути спиляне дерево або куча сміття. Кількість сміття щороку зростає.5.2 Маленький пакет – велика проблема. Поліетиленові пакети з кожним днем все більше і більше забруднюють не лише земні ресурси, але й водні. Шкодять не лише людям, але й наносять суттєву шкоду усім тваринам. Люди, які залишають поліетиленові пакети в лісі, не задумуються про те, що рослини і тварини заплутуються в ньому і гинуть.

РОЗДІЛ V ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА5.2 Маленький пакет – велика проблема. Моє дослідження. Протягом двадцяти днів я підраховувала кількість пакетів, які з продуктами харчування та іншими товарами потрапляли додому. В середньому, щодня надходило близько 3 пакетиків. Всі пакети, які виходили із вжитку і раніше викидалися у сміття, я почала збирати у пластикову пляшку. У пляшку місткістю 1 літр увійшло 68 пакетиків. Наповнення сміттєвого кошика значно сповільнилось, тому що викинуті у нього пластикові пакети утримують повітря, тому займають більший об′єм. Середній розмір пакета 20 на 25 см. Тобто 20 пакетиків вкриють 1 м2 поверхні. А пакетики з пляшки закриють площу приблизно 3 м2

РОЗДІЛ V ПРАКТИЧНА ЧАСТИНА5.3 Математика забруднення довкілля. Задача 2. Кожного року учні КЗ «Благодатненський ліцей» проводять весняну толоку по прибиранню лісу. Весною 2025 року було зібрано 150 кг сміття. Зібрані учнями школи відходи за складом:40% - пластик;25% - папір;20% - скло;15% - метал. Скільки кілограмів кожного виду відходів? Побудувати діаграму відходів за складом. Розв’язання1) Пластик 150 × 0,40 = 60 кг2) Папір 150 × 0,25 = 37,5 кг3) Скло 150 × 0,20 = 30 кг4) Метал 150 × 15 = 22,5 кг(Додаток М) (Додаток Н) Задача 3 Під час щорічної акції 22 учні та 5 вчителів зібрали разом 68 мішків сміття, по 9 кг кожен. Скільки всього кілограмів сміття зібрали? Скільки сміття в середньому зібрав кожен учасник акції? Розв’язання1) 22 + 5 = 27 (учасників акції)2) 68 × 9 = 612 кг (всього зібрано сміття)3) 612 : 27 =≈𝟐𝟐,𝟕 кг  

Напрямки вирішення проблеми сортування сміття, обмеження використання, утилізація, використання біорозчинного поліетилену,використання паперових пакетів, екосумок.

РОЗДІЛ VI ТЕМНІ ЧАСИ УКРАЇНИ Й ЕКОЛОГІЧНІ РАНИ: ПОВІТРЯ, ЩО ПОТЕРПАЄВійна і природа: екологічні наслідки Вибухи, пожежі та бойові дії виділяють: - СО2 (вуглекислий газ);- СО (чадний газ);- NO2 (оксид азоту);- SO2 (діоксид сірки). Ці гази погіршують якість повітря, спричинюють кислотні дощі та зміну клімату. Руйнування будівель, доріг, заводів створює величезну кількість пилу і вони, потрапляючи в легені людей чи тварин, погіршують дихальні функції. А пожежі на промислових об’єктах роблять повітря токсичним на довгі роки не тільки в зоні бойових дій. Руйнування лісів і зелених зон зменшує природну здатність очищати повітря, що сприяє його додатковому забрудненню навіть після завершенння бойових дій. Таким чином, війна не лише руйнує все навколо, а і створює тривалу екологічну проблему через погіршення якості повітря

Математика допомагає:- робити точні вимірювання;- оцінювати ризики;- порівнювати стан довкілля у різні періоди; - передбачати майбутні зміни;- обгрунтовувати рішення щодо зменшення забруднення. ВИСНОВОКМатематика є універсальним інструментом для дослідження довкілля. Вона дозволяє вимірювати природні параметри, аналізувати та прогнозувати природні процеси. Числові моделі допомагають виявляти екологічні проблеми та шукати шляхи їх вирішення. Математичний підхід дає змогу усвідомити реальну картину стану природи. Без математичного аналізу неможливо повноцінно провести екологічне дослідження, тому математичний погляд є невід’ємною частиною сучасної екології. Важливу роль у вирішенні проблеми збереження життя на Землі відіграє математика з її методом математичного моделювання. При розв’язуванні екологічних задач реалізується практична спрямованість навчання, оскільки математичний метод застосовується до розв’язання життєвої, практичної ситуації – ситуації екологічного неблагополуччя планети.

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!