Vattenmätningar

I mobillaboratoriet får eleverna bekanta sig med tillståndet i närområdets vattendrag genom att själva mäta olika storheter från vattnet, som t.ex. surhet och nitrathalt. Det är frågan om en färdig undervisningshelhet som läraren kan använda i sin egen undervisning. Vi erbjuder färdigt material samt lånar ut mätutrustning för undervisningen. Instruktionerna för hur mätutrustningen används finns bland materialet men vi ordnar även regelbundna skolningar (för lärare). Noggrannare tider hittar du längst ned på sidan samt på Lounais-Suomen LUMA-centrets Facebook-sidor (på finska). Enligt överenskommelse kan vi också personligen lära ut hur mätutrustningen fungerar. Helheten är riktad till högstadiet men i anpassad form kan den användas även i lågstadiets högre klasser samt i gymnasieundervisningen.

Resultaten sparas i järviwiki med hjälp av en applikation (fungerar tyvärr endast på finska) varifrån läraren och eleverna kan granska mätresultaten. Samtidigt knyts de geografiskt till platsen och information som är anpassad för geolärande genereras. Applikationen är extremt enkel att använda och genom att tillsätta #mobiLUMA taggen kan vi samla alla vattenmätningsresultat på samma kartbotten – du kan alltså även se på mätningar som andra gjort i ditt närområde.

Helheten innehåller totalt sju sonder med vilka vattendragets tillstånd kan analyseras. I sin egen undervisning kan läraren anpassa helheten och lägga till egna mätningar eller lämna bort andra. Med de tillgängliga sonderna kan man mäta syrehalt, pH (surhetsgrad), nitratmängd, temperatur, grumlighet (turbiditet), salthalt samt elektrisk ledningsförmåga. Dessutom finns det möjlighet att mäta mängden ljus som kan utnyttjas för fotosyntes, ammoniumhalt samt strömhastighet.

Genom att använda dessa resultat kan man bland annat fundera på en plan för att förbättra på vattendragets kvalitet eller för att utvärdera miljöpåverkan. I undervisningen kan man även fundera över hur jordbruk påverkar vattnets nitrathalt. Hur påverkar olika jordarter grumligheten? Hur hör övergödning ihop med de olika storheterna som mäts?

Mätningarna utförs i terrängen direkt vid vattendraget för att erhålla så exakt mätdata som möjligt. Sonderna kopplas trådlöst till iPaden, Lab Quest 2-apparaten eller via US till en dator. Efter detta är de flesta sonderna klara att användas för mätningar och sondens sensordel kan placeras i vattnet. Endast nitrat- samt turbiditetsmätarna kräver kalibrering innan mätningen kan utföras. Kalibreringen är dock lätt att utföra och instruktionerna finns i sondernas bruksanvisningar. Den teori som hör till mätarna och helheten kan gås igenom före mätningarna utförs, i samban med eller efter att mätningarna utförts.

Tips: De flesta apparater kan användas för att mäta värden direkt vid vattendraget men vattenprov kan även hämtas i en behållare från vattendraget till en mera lämplig mätplats. Det lönar sig dock at utföra mätningen så snabbt som möjligt efter provtagningen

Hur mycket tid behövs? Beroende på gruppstorlek tar mätningarna minst en 45-minuters lektion. Ifall eleverna först instrueras om utrustningens användning lönar det sig att reservera mera tid. Under en 75 minuters lektion hinner eleverna utföra mätningarna i närmiljön eller hämta vattenprov från närliggande vattendrag. Ifall gruppen och läraren har använt utrustningen tidigare eller har bekantat sig med den under en tidigare lektion går utförandet av mätningarna snabbare.

Fastän storheterna mäts enskilt är de nära kopplade till varandra och berättar som helhet mycket om vattendragets tillstånd. En enskild storhet berättar inte direkt om olika faktorers inverkan och till exempel grumligheten (turbiditeten) kan bero på jordmånen, övergödning eller helt enkelt på regnets inverkan på slagna åbankar

Nedan presenteras kort olika faktorers inverkan på storheterna. Mera detaljerad information om storheterna samt deras inverkan hittar du på slutet av sidan (informationen tillgänglig endast på finska).

Tips: Om det finns en övergödd damm eller annat vattendrag i närheten lönar det sig att använda det som ett gemensamt tema då man utför mätningarna

Nitrathalterna berättar mest om människans inverkan eftersom vattendragens nitrat nästan helt och hållet ha sitt ursprung i mänsklig aktivitet. Den största påverkaren är regionalt jordbruk där man använder kvävehaltiga gödningsmedel. De högsta halterna av nitrat hittar man alltså oftast i vattendrag belägna nära odlingsmarker precis efter gödslingen och regn. En hög nitrathalt orsakar övergödning av vattendragen eftersom nitrat är en av växternas huvudsakliga näringsämnen och ofta fungerar som begränsande faktor. Man har försökt förhindra för höga nitrathalter till exempel genom att begränsa mängden gödsel samt användningsområde.

Grumlighet (turbiditet) beskriver mängden partiklar som finns i vattnet och berättar hur ljuset kan avancera i vatten. Grumligt vatten eller en mörk färg förhindrar ljuset att tränga ner i de djupare vattenlagrena och detta påverkar fotosyntesen och överlevnaden hos de växter och plankton som lever där. På grund av detta ökar mängden dött växtmaterial på bottnen vilket kan försämra bottenskiktets syrehalt eftersom bottenorganismerna använder syre vid nedbrytning av döda växter. Att vattnet blir grumligare kan även vara en följd av övergödning då vattnet innehåller mycket levande organismer så som plankton, nedbrutna växter eller blommande grönalger. Grumligheten kan även vara en följd av organiska jordarter eftersom det i dem finns små partiklar som kan blandas ut i vattnet. Sådana är bland annat ler-, slam- samt humusjordar.

pH-värdet berättar om vattnets surhetsgrad dvs. om det är surt eller basiskt. Vanligtvis är naturliga vattendrag svagt sura på grund av humusen (pH 6,5 – 6,8). Surheten beror även på jordmånens salter samt från koldioxidens upplösning i vatten. I kärr kan vattnet vara betydligt surare och detta påverkar även organismerna som lever i kärret betydligt: det finns mindre växter och organismer och de är anpassade till sin sura livsmiljö. För stor försurning gör kalkhaltiga organismers skal mjukare och påverkar negativt på fiskars förökning eftersom rom och mjölke samt fiskyngel är speciellt känsliga för försurning. Fiskarter klarar av försurningen på olika sätt: till exempel karp- samt laxfiskar är känsliga för förändringar i surhetsgraden medan gäddan och abborren är anpassade till mera utmanade förhållanden.

Syrehalten är en av de viktigaste faktorerna i sjöars ekosystem eftersom de flesta organismer behöver syre för att överleva. Även växter använder själva en stor del av det syre de producerar. Ju högre syrehalten är desto bättre mår vattendraget. Syre löser sig i vattnet från luften och oftast är strömmande åar mera syrerika än det stillastående vattnet i sjöar vars bottnar oftare lider av syrebrist. Syre går åt vid växters och djurs respiration, kemiska reaktioner samt bakteriernas nedbrytningsprocesser då de bryter ned döda organismer. Även humushalter kan påverka syrehalten eftersom vissa organismer använder humus som näring och samtidigt förbrukar vattnets syre. Vattendragens syrehalt varierar även med årstider: då luften är kall löser sig syret bättre i vatten än då den är varm, förutsatt att vattendraget inte är istäckt. I stående vatten varierar även mängden löst syre i den totala vattenmassan med årstiderna på grund av vattnets temperaturskiktning.

Temperaturen påverkar gasers, så som syrets och koldioxidens löslighet. Då klimatet blir varmare minskar mängden syre som löser sig i vattnet och frisättningen av koldioxid tillbaka till atmosfären ökar. På grund av de enorma koldioxidsänkorna som finns i världshaven påskyndar denna frisättning klimatförändringen ytterligare. Organismerna har artspecifika toleransgränser då det kommer miljöfaktorer och arter som lever i norr är oftast anpassade till kalla förhållanden. Till exempel öring trivs vid en temperatur på 5 – 20 ˚C och trollsländan vid 10 – 20 ˚C medan laxen kräver syrerikt vatten och påträffas därför oftast i kallare vatten. De flesta fiskar klarar dock inte av för kalla temperaturer och mängden arter minskar oftast desto kallare förhållandena är. Till exempel salthaltigt havsvatten kan vara under noll grader och många fiskarter kan inte överleva i de förhållandena.

Salthalten kan användas för att direkt avgöra ifall det är fråga om sötvatten eller havsvatten. Även i brackvatten kan man iaktta låga salthalter. Östersjön är inte nära på lika saltig som världshaven men dess vatten kan ändå klart skiljas från sötvatten. Vissa fiskarter har anpassat sig för ett liv i salthaltigt vatten, andra i sötvatten medan en del klarar sig i båda. Det finns också arter som anpassat sig specifikt för ett liv i Östersjöns brackvatten men även en del arter som vanligen lever i havs- eller sötvatten klarar sig där.  En sådan är till exempel havslaxen som lever i havsvatten men kräver sötvatten för att föröka sig. Salthalten påverkar även vattendragets temperatur eftersom saltvatten kan vara under noll grader utan att frysa.

Elektrisk ledningsförmåga (konduktivitet) berättar om vattnets förmåga att leda elektricitet lite på samma sätt som resistans. För att ett material skall vara konduktivt krävs det att det finns laddningsbärare som i detta fall är joner som finns i vattnet. Det tydligaste exemplet på konduktivitet observerar man då man jämför salt och sött vatten. Saltvatten leder elektricitet betydlig bättre eftersom saltets natrium- och klorjoner löst sig i vattnet fungerar som laddningsbärare. Även i sötvatten kan man observera skillnader i konduktiviteten. De är ett tecken på salter och orenheter som lossnat från berggrunden vilka höjer på konduktiviteten. Till exempel avfallsvatten leder vanligen bättre elektricitet eftersom de innehåller lösta orenheter.

Tips: Samarbete mellan lärare från olika ämnen lönar sig. Till exempel att göra mätningarna under fysiklektionen och gå igenom resultaten på biologi- och geografilektionen optimerar integreringen av läroämnen.

Järviwiki är en sida som upprätthålls av Finlands miljöcentral (SYKE) var man kan spara mätresultat med hjälp av en applikation (funktionen fungerar tyvärr endast på den finska versionen av sidan). I balken på webbsidans vänstra kant under rubriken työkalut hittas applikationen under namnet havaintolähetti. Verktyget fungerar både på dator samt mobila enheter. Efter att man tryckt upp funktionen väljer man käynnistä havaintolähetti och loggar in. Resultaten kan sparas som gäst eller, ifall du skapat ett användarkonto, med din egen signatur. Ifall du tillåtit applikationen att använda din GPS position ges positionsdata automatiskt. Positionen kan även väljas manuellt på kartan till exempel ifall mätresultaten förs in i efterhand. Med de knappar som finns nere på sidan kan man förflytta sig framåt och bakåt i programmet. Välj ditt observationsställe (eller skapa ett nytt) och välj även datum för mätningen. Använd ämnestaggen #mobiLUMA så att alla mätningar gjorda med mobillaboratoriet kan granskas på kartan samtidigt. Skriv in resultaten för de storheter du mätt (alla fält måste inte fyllas i) och spara resultaten i databasen.

Nedan finns en länk till en undervisningshelhet om att mäta vattnets egenskaper (på finska). Nedan hittar du även instruktioner för användningen av mätsonderna, hur de kopplas samt betydelsen av olika storheter (texten om storheterna finns endast tillgänglig på finska). Noggrannare instruktioner och tips finns att få via gratis skolningstillfällen samt genom att fråga.

• Undervisningshelhet (pidemmät ohjeet) (på finska)
  
• Mätsondernas bruksanvisning (word / pdf)
• Koppling av mätsonder (word / pdf)
• Betydelsen av de uppmätta storheterna (på finska) (word / pdf)