2024年環境科学クラスSOL
奈良女子大学理学部

WEB展示内容

1,生成AI
2,NO2測定
3,水質調査



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こちらから回答できます。

自分でアプリを作ってみよう!


皆さんは、生成AIと聞くとどんなイメージを持ちますか?

便利、賢い、使っているのがバレたら先生に怒られそう…など様々な印象を持っていますよね。


AIは日に日に進化しています。


このような時代で我々に求められているものは、AIを疎ましく思うことではなく、AIを使いこなせる力です。



私達はアマゾンが提供しているアプリ生成AIを用いて、日常の問題を解決することができるアプリを作成しました。

是非、遊んでみてください!


また、こちらからアプリを生成することができます。

無料で出来ますので、興味のある方はチャレンジしてみてください!!


☆気になるテーマをクリックすると、アプリのページへ移動します☆

1.AIからのクイズに挑戦しよう!
代替テキスト
るっぴー

・環境問題についてのクイズを出すように命令を書いたよ!
・クイズ形式にすることで難しい環境問題を楽しく学べるようにしたよ!
・みんなは何問正解できるかな!?

2.今日のご飯で足りない栄養はなんだろう?
代替テキスト
まなまな

・今日の献立を入力すると、不足している栄養素を教えてくれるよ!
・ひとり暮らしだと栄養が偏りがちだから作ってみたよ!(辛いものばっかり食べちゃう^^)

3.AIと会話してみよう!
代替テキスト
るっぴー

・会話できるAIを作ってみたよ!
・自然な会話になるように会話例を作って、いろいろ学習させてみました!
・みんなもたくさん会話してみてね!

4.2つの物語を組み合わせて新しい物語を作っちゃえ?!
代替テキスト
ももりん

・2つの物語を入力するとその物語の特徴を捉えて、
誰も知らない新しい物語とそのイメージ画像を出してくれるよ!
・イマージ画像を出すことで、物語に親しみを持ちやすくしてみたよ!
・「シンデレラと桃太郎」みたいな組み合わせもOK!どんな物語になるんだろう~???

5.どんな環境問題があるのかな?
代替テキスト
るっぴー

・世界の国の主要な環境問題について会話できるような命令を書いたよ!
・環境問題の例をAIに教えることで質問にも答えられるようにしてみたよ!
・自然な流れで会話できるようになっているから是非いっぱい話しかけてみてね(^^)

身の回りの空気は綺麗?

みなさんは、NO2という物質を聞いたことはありますか?

我々が生きる地球の空気は様々な物質で構成されています。

NO2はそのうちの一つです。

この物質は、自動車や工場からの排ガスの中に主に含まれています。

つまり、空気中にNO2がどれだけ含まれているかを調べることで、その空気が綺麗かどうかを判断することが出来ます!

NO2が多いとどうなるの?

○自動車の排ガス中に含まれるNO2が太陽光と反応する!
→→→光化学スモッグが発生する

光化学スモッグの影響

・目がチカチカする

・気分が悪くなるetc.

○NO2に太陽光が当たる!
→→→酸素と反応する
→→→雨に溶けると酸性雨になる (高校化学で習っているかな?)

酸性雨の影響

・樹木が枯れる

・生物が住めなくなるetc.

☆目的

奈良と大阪のNO2濃度を測定することで地域的な傾向や空気の綺麗さに関わる要因を調べる

☆材料

・茶色の瓶に入っているのがザルツマン試薬
・機械みたいなのがNO2測定器
・緑のカップがNO2補集管
・液体にしたNO2を入れて測定するための長方形の箱

☆測定方法

1.補集管の中に試薬付きろ紙 ( NO2を集めてくれるもの ) を入れて蓋をする。

2.補集管を遮光袋 ( NO2を太陽光と反応させないためだよ! ) に入れて測定場所に設置し、24時間待つ

3.補集管の中にザルツマン試薬 ( NO2だけを選択的にろ紙から吸収してくれるよ! ) を入れてよく振り、20分静置する。

4.ザルツマン試薬をセル ( 長方形の箱 ) に入れ、測定器でNO2濃度を測る!

←こんな感じで測定しています

←真ん中の銀色のもの×5が補集管です!
( 誤差を想定して複数個で測定するよ )

☆結果

グラフからどのようなことが読み取れるかな?

・NO2濃度は1月を除いて、大阪が奈良を上回っている!

・冬 (11月から5月ほど) にかけてNO2濃度は減少傾向にある。夏 (6月から10月ほど) は増加傾向にある。


☆考察

なぜそのような結果になったのか原因を考えてみましょう!

(疑問)
大阪のほうが奈良よりNO2濃度が高いのはどうしてだろう?
(原因)
大阪の人口密度:6700人/km2、奈良の人口密度:1600人/km2となっている。

排気ガスの量は人口に比例すると考えられます!



(疑問)
・冬は増加、夏は減少になったのはどうしてだろう?
(原因)
NO2の寿命は冬よりも夏のほうが短いのです!!

とっても不思議ですよね。これはなぜだと思いますか?

対流圏においてNO2はOHと反応し、HNO3に変化します。

つまり、OHがたくさんあるほどNO2の減少スピードは増加するということです!!

では、このOHはどのように作られているのでしょうか?

OHは水蒸気と励起酸素原子(めちゃくちゃエネルギーを持った原子)の反応で生成されます。
そしてこの膨大なエネルギーを持った励起酸素原子は太陽からの光エネルギーがO3(オゾン)を解離させることで発生します。

ここで、太陽からの光エネルギーに注目してみましょう!
夏と冬ではどのように異なりますか?

そう!みなさんも感覚的にわかるように、夏のほうが冬よりも太陽の光が強いですよね!

これは夏のほうが冬よりも太陽が真上に来るので単位面積あたりの受け取るエネルギーが増大するからなんです!!!

よって、夏は冬に比べてOHがたくさん存在することにより、NO2がより早く減少していくのです!


(ちなみに)
夏と冬では気温が異なるから状態方程式で計算すると、夏の空気密度は冬の空気密度より小さくなる。

これによって、検出されるNO2が季節によって変化しているのではないか?と考える人もいるかもしれません。

では、夏と冬の気温の差がNO2濃度にどれほど影響を与えているのか検証してみましょう!

実際に、夏と冬の空気密度を状態方程式で計算したところ、夏の大気密度は冬の9割程度ということがわかりました。

NO2の濃度が季節によって変化しているかどうかを調べるには(放出されたNO2分子数 / 大気分子総数)を比較します。

このとき、放出されたNO2分子数 は一定とします。(調べたいのは温度変化による差のみだから)

観測したデータによると、夏と冬で数値は数十%変動しています。それに対して、気温の差のみを原因とする濃度の変化はわずか数%です。これは実際のデータの値の変化を説明するには小さいです。

よって、夏と冬の気温の差はNO2の季節変化を説明するには十分ではないと言えます。

高校の学習はこの実験と結びついているというのを感じられましたか?

みんなはどんな考察をしますか?? いろいろ考えてみてくださいね!

どこの水道水が一番美味しいの?

みなさんは普段「水質」について考えることはありますか?

お湯を沸かすとき、お風呂に入るとき、顔を洗うとき、など私達の生活は水と密着しています。

むしろ水なしの生活なんて想像できませんよね。

では、私達が普段使っている水、これは本当に綺麗だと言えるのでしょうか?

今回我々は手軽に購入できるキットを用いて水質調査を行いました!

自宅でも簡単にできる実験ですので、興味のある方は真似してみてくださいね!

☆綺麗な水とは?

「水道基準に関する法令」(水道法第4条)で定められた51項目の水質基準項目 (一般細菌、大腸菌、カドミウム、塩素酸、ホウ酸etc.) が基準値を超えないようなものと定められています。

☆材料

TESPERT 水質検査 水質調査キット 16 in 1 125枚入り

>こちらからキットを購入することができます。

☆測定方法

1.テストキット(上の写真の一番右側のもの)を調べたい液体に2秒ほど浸ける。

2.余分な水を振り落とすことなく、水平方向に維持して待機する

3.付属のカラーチャートと比較する。調査はすべて同一教室で行いました。(条件を揃えるため)

☆測定場所

水道水の調査地

・奈良市
・生駒市
・宇治市
・大阪市
・長野市
・阪原市 (奈良市青少年野外活動センター)

川の水

・竜田川
・大学の池

ペットボトルの水

・熊野古道水
・炭酸水

番外編

・アクエリアス
・キレートレモン

☆結果

浸ける前と大きく変化している部分を 赤丸で囲っています。

・長野市はpH、総アルカリ度、炭酸塩の濃度が高い

・生駒市はpH、総アルカリ度が高い

・奈良市は総アルカリ度、炭酸塩濃度が高い

・長野市、宇治市では銅の濃度が高い

・大阪市、阪原市では大きな変化は見られない

竜田川
・水道水に比べて変化した項目が多い

・硝酸塩、亜硝酸塩濃度が高い

・泥水では銅の濃度が高くなる

・炭酸塩、総アルカリ度の濃度が高い

大学の池
・ほぼ変化なし

・炭酸塩の濃度が少し高い

・どちらも大きな変化は見られない

・どちらも大きな変化は見られない

・キレートレモンは酸性なので総アルカリ度が変化していない

☆考察

水道水

・銅が含まれていたことについて
→水道管や給湯器には銅が使用されている。銅は水と反応することで緑青(ろくしょう)と呼ばれる錆を形成する。

緑青は金属の腐食を防ぐ効果がある。(水道管や給湯器を劣化から守ってくれている!)

比較的新しく出来た水道管や給湯器には十分な緑青が形成されていないと考えられるため、一部の地域の水道水にのみ銅が含まれていたのではないか?

・長野市のみ変化の幅が大きかったことについて

→奈良市、宇治市の水源は主にダムであり、大阪市は琵琶湖からの水を水源としている。

一方で長野市は信濃川を水源としている。

河川はダムや湖沼と比較して、降雨や周囲の自然環境に水質が左右されやすいという傾向がある。信濃川は日本1長い川として有名であり、変化に富んだ地形を流れているので水質も状況によって変化しやすいのではないかと考えられる!

水道水と竜田川の比較

竜田川のほうが変化の幅が大きい
→長野市の考察と同様に、ダムから貯水された水より、河川の水のほうが周囲環境によって変化しやすいためだと考えられる。

☆反省と今後

・キットによる比較は目視によるものなので客観性に欠ける(全員が同じ回答をするとは言えないということ!)

・比較項目が多いため、調べたいことが曖昧になる。
→機会があれば溶存酸素という観点から水質を比較したい!
溶存酸素とは、水中に含まれる酸素量のこと!
綺麗な水は有機物(汚れ)が少ないため、分解者(微生物など)も少ない!そのため微生物が呼吸に使う酸素の減少量は小さいので溶存酸素量は大きい。
汚い水には有機物がたくさん含まれており、それを餌とする分解者もたくさん存在する。そのため呼吸に使われる酸素量が大きくなり、溶存酸素は小さくなる!

☆水環境の保護

人間も動物も生きるためには綺麗な水が必要!

どのような保護活動が行われているのか覗いてみよう!!

水質浄化の推進

猿沢池(奈良市)は流入水量が少なく滞留時間が長いことや、降雨時に鹿の糞尿混じりの水が流入することにより、水質が悪化!! (確かにいつも悪臭がします…)
→新しく水路を整備し、奈良国立博物館の井戸水を導入し水質改善を図った!

大和川の水質改善

川の流れを人工的に制御することで、川が本来持っている自浄作用を発揮できるようにした!

淵 (岩で作った行き止まり) に水が溜まることで、微生物が有機物を分解しやすくなった!

水は淵を越えるとき勢いを増す (滑り台を降りるときのように) ので水の中に酸素が供給されやすくなる!
→酸素が増えたことで微生物が活性化!
この循環によって、汚い川と言われている大和川の水質を改善しようとされている!


Last modified: Mon Dec 9 13:27:54 JST 2024