Негативное влияние транспорта на окружающую среду. Влияние транспорта на окружающую среду (2) - Реферат Каковы особенности негативного влияния на атмосферу транспорта

Введение

загрязнение выброс газ автотранспорт

Мощным источником загрязнения окружающей среды, является автомобильный транспорт. В выхлопных газах содержится в среднем 4 - 5% СО, а так же непредельные углеводороды, соединения свинца и другие вредные соединения.

Непосредственная близость автодороги отрицательно влияет на компоненты агрофитоценоза. Практика сельского хозяйства еще не в полной мере учитывает влияние на полевые культуры такого мощного антропогенного фактора. Загрязнение окружающей среды токсичными компонентами отработавших газов проводит к большим экономическим потерям в хозяйстве, так как токсичные вещества вызывают нарушения роста растений, снижают качество.

Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содержат около 200 компонентов. По данным Ю. Якубовского (1979) и Е.И. Павловой (2000) средний состав отработавших газов с искровым зажиганием и дизельных двигателей являются следующий: азот 74 - 74 и 76 - 48%, О2 0,3 - 0,8 и 2,0 - 18%, водяной пар 3,0 - 5,6 и 0,5 - 4,0%, СО2 5,0 - 12,0 и 1,0 - 1,0%, окись азота 0 - 0,8 и 0,002 - 0,55%, углеводороды 0,2 - 3,0 и 0,009 - 0,5%, альдегиды 0 - 0,2 и 0,0001 - 0,009%, сажа 0 - 0,4 и 0,001 - 1,0 г/м2, бенз(а) пирен 10 - 20 и до 10 мкг/м3 соответственно.

На территории СХПК «Русь» проходит федеральная трасса «Казань - Екатеринбург». В течение суток по этой дороге проезжает большое количество автотранспортных средств, которые являются источником постоянного загрязнения окружающей среды отработавшими газами ДВС.

Цель данной работы - изучить влияние транспорта на загрязнение естественных и искусственных фитоценозов СХПК «Русь» Пермского края, расположенных вдоль федеральной трассы «Казань - Екатеринбург».

Исходя из поставленной цели, поставлены следующие задачи:

• по литературным источникам изучить состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, распределение выпадений выбросов автотранспорта; изучить факторы, влияющие на распространение отработавших газов, влияние компонентов этих газов на придорожные участки;
• исследовать интенсивность автомобильного движения на федеральной трассе «Казань - Екатеринбург»;
• рассчитать объемы выбросов автотранспорта;
• отобрать почвенные образцы и определить агрохимические показатели почв придорожных участков, а так же содержание тяжелых металлов;
• определить наличие и видовое разнообразие лишайников;
• выявить влияние загрязнения почвы на рост и развитие растений редиса сорта розово-красный с белым кончиком;
• определить экономический ущерб от выбросов автотранспорта.

Материал для дипломной работы собран во время производственной практики в с. Большая Соснова Большесосновского района СХПК «Русь». Исследования проведены в 2007-2008 гг.

1. Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды (обзор литературы)

1.1 Факторы, влияющие на распространение отработавших газов

Вопрос о влиянии факторов, способствующих распространению отработавших газов двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС), был изучен В.Н. Луканиным и Ю.В. Трофименко (2001). Ими было установлено, что уровень приземной концентрации вредных веществ в атмосфере от автотранспорта при одном и том же массовом выбросе может существенно меняться в зависимости от техногенных и природно-климатических факторов.

Техногенные факторы: интенсивность и объем выброса отработавших газов (ОГ), размер территорий, на которой осуществляется загрязнения, уровень освоения территории.

Природно-климатические факторы: характеристика циркулярного режима, термическая устойчивость атмосферы, атмосферное давление, влажность воздуха, температурный режим, температурные инверсии и их повторяемость и продолжительность; скорость ветра, повторяемость застоев воздуха и слабых ветров, продолжительность туманов, рельеф местности, геологическое строение и гидрогеология района, почвенно-растительные условия (тип почв, водопроницаемость, пористость, гранулометрический состав, эродированность почвенного покрова, состояние растительности, состав пород, возраст, бонитет), фоновое значение показателей загрязнения природных компонентов атмосферы, состояние животного мира, в том числе ихтиофауны.

В природной среде непрерывно меняются температура воздуха, скорость, сила и направление ветра, поэтому распространение энергетических и ингредиентных загрязнений происходит в постоянно изменяющих условиях.

В.Н. Луканин и Ю.В. Трифоменко (2001) установили зависимость изменения концентрации оксидов азота и расстоянии от дороги и направления ветра: при ветре, имеющем направление параллельно дороге наибольшая концентрация оксида азота наблюдалась на самой дороге и в пределах 10 м от нее и распространение его на более дальние расстояние происходит в меньших концентрациях по сравнению с концентрацией на самой дороге; если же ветер перпендикулярен дороге, то расстояние оксида азота происходит на большие расстояния.

Более высокая температура у поверхности земли в дневное время заставляет воздух подниматься вверх, что приводит к дополнительной турбулентности. Турбулентность - это вихревое хаотичное движение небольших объемов воздуха в общем потоке ветра (Чирков, 1986). Ночью температура у поверхности земли более низкая, поэтому турбулентность уменьшается, поэтому рассеивание отработавших газов уменьшается.

Способность земной поверхности поглощать или излучать теплоту влияет на вертикальное распределение температуры в приземном слое атмосферы и приводит к температурной инверсии. Инверсия - это возрастание температуры воздуха с высотой (Чирков, 1986). Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подниматься выше определенного потолка. Для приземной инверсии особое значение имеет повторяемость высот верхней границы, для приподнятой инверсии - повторяемость нижней границы.

Определенный потенциал самовосстановления свойств окружающей среды в том числе и очищение атмосферы, связан с поглощением водными поверхностями до 50% природных и техногенных выбросов СО2 в атмосферу.

Наиболее глубоко изучен вопрос о влияний на распространение ОГ ДВС В.И. Артамоновым (1968). Различные биоценозы играют неодинаковую роль в очистке атмосферы от вредных примесей. Один гектар леса производит газообмен в 3-10 раз интенсивнее, чем полевые культуры, занимающие аналогичные площадь.

А.А. Молчанов (1973), изучая вопрос о влияние леса на окружающую среду, отметил в своей роботе высокую эффективность леса в очистке окружающей среды от вредных примесей, которая связана отчасти с рассеиванием ядовитых газов в воздухе, поскольку в лесу течение воздуха поверх неровных древесных крон способствует изменению характера потоков в самой части атмосферы.

Древесные насаждения увеличивают турбулентность воздуха, создают усиленное смещение воздушных течений, в результате чего загрязнители более быстро рассеиваются.

Таким образом, на распространение отработавших газов двигателей внутреннего сгорания влияют природные и техногенные факторы. К наиболее приоритетным природным факторам относятся: климатические, почвенные орографические и растительный покров. Снижение концентрации вредных выбросов автотранспорта в атмосфере происходит в процессе их рассеивания, седиментации, нейтрализации и связывания под действием абиотических факторов биоты. ОГ ДВС участвуют в загрязнении окружающей среды на общепланетарном, региональном и локальном уровнях.

1.2 Загрязнение почв придорожных участков тяжелыми металлами

Антропогенная нагрузка при техногенной интенсификации производства вызывает загрязнение почв. Основными загрязнителями являются - тяжелые металлы, пестициды, нефтепродукты, токсичные вещества.

Тяжелые металлы - это металлы, обуславливающие загрязнения почв по химическим показателям - свинец, цинк, кадмий, медь; они поступают в атмосферу, а затем в почву.

Одним из источников загрязнения тяжелыми металлами является автотранспорт. Тяжелые металлы попадают на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от химических и физических свойств. К почвенным факторам, значительно влияющим являются: гранулометрический состав почвы, реакция почвы, содержание органического вещества, катионообменная способность, и дренаж (Безуглова, 2000).

Увеличение концентрации ионов водорода в почвенном растворе приводило к переходу слабо растворимых солей свинца в более растворимые соли. При подкислении уменьшается устойчивость свинцово-гумусовых комплексов. Значение рН - буферного раствора - один из наиболее важных параметров, определяющий величину сорбции ионов тяжелых металлов в почве. При увеличении рН увеличивается растворимость большинства тяжелых металлов и, следовательно, их мобильность в системе твердая фаза почва - раствор, исследуя подвижность кадмия в аэробных почвенных условиях, установили, что в интервале рН 4-6 подвижность кадмия определяется ионной силой раствора, при рН более 6 ведущее значение приобретает сорбция окислами марганца.

Растворимые органические соединения, формируют только слабые комплексы с кадмием и влияют на его сорбцию только при рН равным 8.

Наиболее подвижная и доступная для растений часть соединений тяжелых металлов в почве - это их содержание в почвенном растворе. Количество поступивших в почвенный раствор ионов металлов определяет токсичность элемента в почве. Состояние равновесия в системе твердая фаза - раствор определяет сорбционные процессы, характер и направление зависит от состава и свойств почв.

При известковании уменьшается подвижность в почве тяжелых металлов и поступление их в растения (Минеев, 1990; Ильин, 1991).

Под предельно допустимой концентрацией (ПДК) тяжелых металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастании на ней растений не вызывает каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а так же не приводит к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах (Алексеев, 1987).

Почва, как компонент природного комплекса, чрезвычайно чувствителен к загрязнению тяжелыми металлами. По опасности воздействия на живые организмы тяжелые металлы после пестицидов стоят на втором месте (Перельман, 1975).

В атмосферу тяжелые металлы поступают с выбросами автотранспорта в малорастворимых формах: - в виде оксидов, сульфидов и карбонатов (в ряду кадмий, цинк, медь, свинец - доля растворимых соединений возрастает от 50 - 90%).

Концентрации тяжелых металлов в почвах год от года увеличивается. По сравнению с кадмием, свинец в почвах связан в основном с ее минеральной частью (79%) и образует менее растворимые и менее подвижные формы (Обухов, 1980).

Уровень загрязнения почв придорожной полосы выбросами автотранспорта зависит от интенсивности движения машин и продолжительности эксплуатации автодороги (Никифорова, 1975).

Выявлены две зоны аккумуляции транспортного загрязнения в придорожных почвах. Первая зона обычно расположена в непосредственной близости от автодороги, на расстоянии до 15-20 м, а вторая на удалении 20-100 м, возможно появление третей зоны аномального накопления элементов в почвах, находящейся от автодороги на расстоянии 150 метров (Голубкина, 2004).

Распределение тяжелых металлов по поверхности почвы определяется многими факторами. Оно зависит от особенности источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановки.

Воздушные массы разбавляют выбросы и переносят твердые частицы и аэрозоли на расстояния.

Взвешенные в воздухе частицы рассеиваются в окружающей среде, но большая часть неограниченного свинца оседает на землю в непосредственной близости от автодороги (5-10 м).

Загрязнение почвы вызывает кадмий, содержащийся в выхлопных газах автотранспорта. В почвах кадмий является малоподвижным элементом, поэтому загрязнение кадмием сохраняется длительное время, после прекращения свежего поступления. Кадмий не связывается с гуминовыми веществами почвы. Большая часть его в почвах представлена ионообменными формами (56-84%), поэтому этот элемент активно аккумулируется наземными частями растений (усвояемость кадмия возрастает при закислении почв).

Кадмий, как и свинец, имеет низкую растворимость в почве. Концентрация кадмия в почве не вызывает изменений в содержании этого металла в растениях, так как кадмий ядовит и живое вещество его не накапливает.

На почвах загрязненных тяжелыми металлами, наблюдалось значительное снижение урожайности: зерновых культур на 20-30%, сахарной свеклы на 35%, картофеля на 47% (Кузнецова, Зубарева, 1997). Они установили, что депрессия урожая происходит, когда содержание кадмия в почве становится более 5 мг/кг. При более низкой концентрации (в приделах 2 мг/кг) отмечается только тенденция снижения урожая.

В.Г. Минеев (1990) отмечает, что почва не единственное звено биосферы, откуда растения черпают токсичные элементы. Так, атмосферный кадмий имеет большой удельный вес в различных культурах, следовательно, и в поглощении его организмом человека с продуктами питания.

Ю.С. Юсфин и др. (2002) доказали, что вблизи автотрассы в зерне ячменя аккумулируются соединения цинка. Исследуя способность бобовых культур аккумулировать цинк в зоне автомобильных дорог, ими было установлено, что средняя концентрация металла в непосредственной близости от автотрассы составляет 32,09 мг/кг воздушно-сухой массы. При удалении от трассы концентрация уменьшалась. Наибольшее накопление цинка на расстоянии 10 м от дороги наблюдалось в люцерне. А листья табака и сахарной свеклы этот металл почти не накапливали.

Ю.С. Юсфин и др. (2002) также считают, что почва наиболее подвержена загрязнению тяжелыми металлами, нежели атмосфера и водная среда, так как она не обладает таким свойством как подвижность. Уровни содержания тяжелых металлов в почвах зависят от окислительно-восстановительных и кислотноосновных свойств последних.

При таянии снега весной происходит некоторое перераспределение компонентов выпадения ОГ в биоценозе, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Распределение металлов в биоценозе зависит от растворимости из соединений. Изучением данного вопроса занимались И.Л. Варшавский и др. (1968), Д.Ж. Бериня (1989). Полученные ими результаты дают некоторые представления о суммарной растворимости соединений металлов. Так, 20-40% стронция, 45-60% соединений кобальта, магния, никеля, цинка и более 70% свинца, марганца, меди хрома и железа в выпадениях находятся в труднорастворимой форме. Легкорастворимые фракции оказались в наибольших количествах в зоне до 15 м от полотна дороги. Легкорастворимая фракция элементов (сера, цинк, железо) имеет тенденцию оседать не у самой дороги, а на некотором расстоянии от нее. Легкорастворимые соединения через листья адсорбируют в растения, вступают в обменные реакции с почвенно-поглощающим комплексом, а трудорастворимые - остаются на поверхности растений и почвы.

Почвы, загрязненные тяжелыми металлами, являются источником их поступления в грунтовые воды. Исследованиями И.А. Шильникова и М.М. Овчаренко (1998), показали, что загрязненные кадмием, цинком, свинцом почвы очищаются за счет естественных процессов (вынос урожаем и вымывание с инфильтрационными водами) очень медленно. Внесение водорастворимых солей тяжелых металлов усиливало их миграцию только в первый год, но и в этом она была в количественном выражении незначительной. В последующие годы водорастворимые соли тяжелых металлов трансформируются в менее подвижные соединения, и их вымывание из корнеобитаемого слоя почв резко снижается.

Загрязнение растений тяжелыми металлами происходит в довольно широкой полосе - до 100 метров и более от полотна дороги. Металлы содержатся и в древесной, и в травянистой растительности во мхах и лишайниках.

Согласно бельгийским данным, степень загрязнения металлами окружающей среды находится в прямой зависимости от интенсивности движения на дорогах. Так, при интенсивности движения транспортного потока менее 1 тыс. и более 25 тыс. автомобилей в сутки концентрация свинца в листьях растений придорожных участков составляет соответственно 25 и 110, железа - 200 и 180, цинка - 41 и 100, меди - 5 и 15 мг/кг сухой массы листьев. Наибольшее загрязнение почвы наблюдается у полотна, особенно на разделительной полосе, а по мере удаления от проезжей части оно постепенно снижается (Евгеньев, 1986).

Вблизи дороги могут располагаться населенные пункты, а это значит, что действие ОГ ДВС будет влиять на здоровье человека. Действие компонентов ОГ рассматривал Г. Фелленберг (1997). Монооксид углерода представляет опасность для человека, прежде всего потому, что он может связываться с гемоглобином крови. Содержание СО-гемоглобина превышающее 2,0% считается вредным для здоровья человека.

По действию на организм человека окислы азота в десять раз опаснее окиси углерода. Окислы азота раздражают слизистые оболочки глаз, носа, рта. Вдыхание с воздухом 0,01% окислов в течение 1 ч может вызывать серьезные заболевания. Вторичная реакция на воздействие оксидов азота проявляется в образовании в человеческом организме нитритов и всасывании их в кровь. Это вызывает превращение гемоглобина в метагемоглобин, что приводит к нарушению сердечной деятельности.

Альдегиды раздражающе действуют на все слизистые оболочки, и поражают центральную нервную систему.

Углеводороды токсичны и оказывают неблагоприятное воздействие на сердечно-сосудистую систему человека. Углеводородные соединения ОГ, в частности бенз(а) пирен, обладают канцерогенным действием, то есть способствуют возникновению и развитию злокачественных образований.

Накопление кадмия в организме человека в избыточных количествах ведет к возникновению новообразований. Кадмий может вызывать потерю организмом кальция, накапливаясь в почках, деформацию костей и переломы (Ягодин, 1995; Орешкина, 2004).

Свинец действует на кроветворную и нервную системы, желудочно-кишечный тракт и почки. Вызывает анемию, энцефалопатию, снижение умственных способностей, нефропатию, колики и др. Медь в избыточных количествах в организме человека приводит к токсикозам (желудочно-кишечные расстройства, повреждение почек) (Юфит, 2002).

Таким образом, отработавшие газы внутреннего сгорания влияют на культуры, являющиеся основным компонентом агросистемы. Воздействие отработавших газов, в конечном счете, приводит к снижению продуктивности экосистем, ухудшению товарного вида и качества сельскохозяйственной продукции. Некоторые компоненты ОГ способны накапливаться в растениях, что создает дополнительную опасность для здоровья человека и животных.

1.3 Состав отработавших газов

Количество различных химических соединений, присутствующих в выбросах автомобилей, составляет около 200 наименований, в них входят очень опасные для здоровья человека и окружающей среды соединения. В настоящее время при сгорании в двигателе автомобиля 1 кг бензина почти безвозвратно расходуется более 3 кг атмосферного кислорода. Один легковой автомобиль ежечасно выбрасывает в атмосферу около 60 см3 отработавших газов, а грузовой - 120 см3 (Дробот и др., 1979).

Точно определить количество вредных выбросов в атмосферу двигателями практически невозможно. Величина выбросов вредных веществ зависит от многих факторов, таких, например как: конструктивные параметры, процессы подготовки и сгорания смеси, режим работы двигателя, его техническое состояние и другие. Однако на основании данных о среднем статистическом составе смеси для отдельных видов двигателей и соответствующих им величин выбросов токсичных веществ на 1 кг израсходованного топлива, зная расход отдельных видов топлива, можно определить суммарную эмиссию.

Ю.Г. Фельдман (1975) и Е.И. Павлова (2000) отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания объединили в группы по химическому составу и свойствам, а также по характеру воздействия на организм человека.

Первая группа. В нее входят нетоксичные вещества: азот, кислород, водяной пар, и другие естественные компоненты атмосферного воздуха.

Вторая группа. К этой группе относятся только одно вещество - оксид углерода, или угарный газ (СО). Окись углерода образуется в цилиндре двигателя в качестве промежуточного продукта превращения и разложения альдегидов. Недостаток кислорода является основной причиной повышенных выбросов окиси углерода.

Третья группа. В ее составе оксиды азота, главным образом NO - оксид азота и NO3 - диоксид азота. Окислы азота образуются в результате обратимой термической реакции окисления азота воздуха под действием высокой температуры и давления в цилиндрах двигателя. Из общего количества окислов азота в выхлопных газах бензиновых двигателей содержится 98 - 99% окиси азота и только 1 - 2% диоксида азота, в выхлопных газах дизелей - примерно 90% и 10% соответственно.

Четвертая группа. В эту наиболее многочисленную по составу группу входят различные углеводороды, то есть соединения типа Сх Ну. В отработавших газах содержится углеводороды различных гомологических рядов: алканы, алкены, алкадиены, цикланы, а также ароматические соединения. Механизм образования этих продуктов можно свести к следующим стадиям. В первой стадии сложные углеводороды, из которых состоит топливо, под действием термических процессов разлагаются на ряд простых углеводородов и свободных радикалов. Во второй стадии в условиях недостатка кислорода атомы отщепляются от образовавшихся продуктов. Полученные соединения объединяются между собой во все более сложные циклические, а затем в полициклические структуры. Таким образом, на данном этапе возникает ряд полициклических ароматических углеводородов, в том числе бенз(а) пирен.

Пятая группа. Ее составляют альдегиды - органические соединения, содержащую альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом. И.Л. Варшавский (1968), Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Ю.Ф. Гутаревич (1989), Е.И. Павлова (2000), установили, что из суммы альдегидов в выхлопных газах содержится 60% формальдегида, 32% алифатических альдегидов и 3% ароматических альдегидов (акролеин, уксусный альдегид, ацетальдегид и др.). Наибольшее количество альдегидов образуется на режимах холостого хода и малых нагрузках, когда температуры сгорания в двигателе невысокие.

Шестая группа. В нее входят сажа и другие дисперсные частицы (продукты износа двигателей, аэрозоли, масла, нагар и др.). Ю.Г. Фельдман (1975), Ю. Якубовский (1979), Е.И. Павлова (2000), отмечают, что сажа является продуктом крегинга и неполного сгорания топлива, содержит большое количество адсорбированных углеводородов (в частности бенз(а) пирен, поэтому сажа опасна как активный переносчик канцерогенных веществ.

Седьмая группа. Представляет собой сернистые соединения - такие неорганические газы как, сернистый андегрид, которые появляются в составе ОГ двигателей, если используется топливо с повышенным содержанием серы. Значительно больше серы присутствует в дизельных топливах по сравнению с другими видами топлив, используемых на транспорте (Варшавский 1968; Павлова, 2000). Наличие серы усиливает токсичность отработавших газов дизелей и является причиной появления в них вредных сернистых соединений.

Восьмая группа. Компоненты этой группы - свинец и его соединения - встречаются в отработавших газах карбюраторных автомобилей только при использовании этилированного бензина, имеющего в своем составе присадку, повышающее опасное октановое число. В состав этиловой жидкости входит антидетонатор - тетраэтилсвинец Pb(С2Н5)4. при сгорании этилированного бензина выноситель способствует удалению свинца и его оксидов из камеры сгорания, превращая их в парообразное состояние. Они вместе с отработавшими газами выбрасываются в окружающее пространство и оседают вблизи дороги (Павлова, 2000).

Под воздействием диффузии вредные вещества распространяются в атмосферу, вступают в процессы физико-химического воздействия между собой и с компонентами атмосферы (Луканин, 2001).

Все загрязняющие вещества делятся по степени опасности:

Чрезвычайноопасные (тетраэтилсвинец, ртуть)

Высокоопасные (марганец, медь, серная кислота, хлор)

Умеренноопасные (ксилол, метиловый спирт)

Малоопасные (аммиак, бензин топливный, керосин, оксид углерода и др) (Валова, 2001).

К наиболее токсичным по отношению к живым организмам относятся угарный газ, окислы азота, углеводороды, альдегиды, диоксиды серы и тяжелые металлы.

1.4 Механизмы трансформации загрязнений

В.И. Артамоновым (1968) была выявлена роль растений в детоксикации вредных загрязнителей окружающей среды. Способность растений очищать атмосферу от вредных примесей определяется, прежде всего, тем, насколько интенсивно они их поглощают. Исследователь предполагает, что опушенность листьев растений, с одной стороны, способствует удалению пыли из атмосферы, а с другой стороны - тормозит поглощение газов.

Растения осуществляют детоксикацию вредных веществ различными способами. Некоторые из них связываются цитоплазмой растительных клеток и становятся благодаря этому неактивными. Другие подвергаются превращениям в растениях до нетоксичных продуктов, которые иногда включаются в метаболизм растительных клеток и используются для нужд растений. Обнаруживается также, что корневые системы выделяют некоторые вредные вещества, поглощенные надземной частью растений, например серосодержащие соединения.

В.И. Артамонов (1968) отмечает важнейшее значение зеленых растений, которое заключается в том, что они осуществляют процесс утилизации углекислого газа. Это происходит благодаря физиологическому процессу, который свойственен только автотрофным организмам - фотосинтезу. О масштабах этого процесса свидетельствует тот факт, что за год растения связывают в форме органических веществ около 6-7% углекислого газа содержащегося в атмосфере Земли.

Некоторые растения отличаются высокой газопоглотительной способностью и одновременно являются устойчивыми к сернистому газу. Движущей силой поглощения двуокиси серы является диффузия молекул через устьица. Чем сильнее опушены листья, тем меньше они поглощают сернистого газа. Поступление этого фитотоксиканта зависит от влажности воздуха и насыщенности листьев водой. Если листья увлажнены, то они поглощают сернистый газ в несколько раз быстрее по сравнению с сухими листьями. Влажность воздуха также оказывает влияние на этот процесс. При относительной влажности воздуха 75% растения фасоли поглощали сернистый газ в 2-3 раза интенсивнее, чем растения, произрастающие при влажности 35%. Кроме того, скорость поглощения зависит от освещения. На свету листья вяза поглощали серу на 1/3 быстрее, чем в темноте. Поглощение сернистого газа имеет связь с температурой: при температуре 32о С растения фасоли интенсивно поглощали этот газ по сравнению с температурой 13о С и 21о С.

Поглощенная листьями двуокись серы окисляется до сульфатов, благодаря чему токсичность ее резко снижается. Сульфатная сера включается в обменные реакции, протекающие в листьях, частично может накапливаться в растениях без возникновения функциональных нарушений. Если скорость поступления двуокиси серы соответствует скорости превращения ее растениями, влияние этого соединения на них невелико. Корневая система растений может выводить соединения серы в почву.

Двуокись азота может поглощаться корнями и зелеными побегами растений. Усвоение и превращение NO2 листьями происходит с высокой скоростью. Восстановленный листьями и корнями азот включается затем в аминокислоты. Другие окислы азота растворяются в воде, содержащийся в воздухе, а затем усваиваются растениями.

Листья некоторых растений способны усваивать угарный газ. Усвоение и превращение его происходит как на свету, так и в темноте, однако на свету эти процессы осуществляются значительно быстрее, в результате первичного окисления из окиси углерода образуется углекислый газ, который потребляется растениями в ходе фотосинтеза.

Высшие растения участвуют в детоксикации бенз(а) пирена и альдегидов. Они усваивают бенз(а) пирен корнями и листьями, превращая его в различные соединения с открытой цепью. А альдегиды претерпевают в них химические превращения, в результате которых углерод этих соединений включаются в состав органических кислот и аминокислот.

Моря и океаны играют огромную роль в связывании углекислого газа из атмосферы. В.И. Артамонов (1968) в своей работе описывает каким образом происходит этот процесс: газы лучше растворяются в холодной воде, чем в теплой. По этой причине углекислый газ интенсивно поглощается в холодных областях, и осаждается в виде карбонатов.

Особо внимание В.И. Артамонов (1968) уделял роли почвенных бактерий в детоксикации угарного газа и бенз(а) пирена. Наибольшую СО-связывающую активность проявляют богатые органикой почвы. Активность почвы возрастает с повышением температуры, достигая максимума при 30о С, температура выше 40о С способствует выделению СО. Масштабы поглощения угарного газа почвенными микроорганизмами оцениваются по-разному: от 5-6*108 т/год до 14,2*109 т/год. Микроорганизмы почвы разрушают бенз(а) пирен и превращают его в различные химические соединения.

В.Н. Луканиным и Ю.В. Трофименко (2001) были изучены механизмы трансформации компонентов ОГ ДВС в окружающей среде. Под влиянием транспортных загрязнений изменения в окружающей среде могут происходить в общепланетарном, региональном и локальном уровнях. Такие автотранспортные загрязнители как диоксид углерода, оксиды азота являются «парниковыми» газами. Механизм возникновения «парникового эффекта» заключается в следующем: солнечная радиация, достигающая поверхности Земли, частично абсорбируется ею, а частично отражается. Некоторая часть этой энергии поглощается «парниковыми» газами, парами воды и не проходит в космическое пространство. Тем, самым нарушается глобальный энергетический баланс планеты.

Физико-химические трансформации на локальных территориях. Такие вредные вещества, как оксид углерода, углеводороды, оксиды серы и азота, распространяются в атмосфере под воздействием диффузии, других процессов и вступают в процессы физико-химического взаимодействия между собой и с компонентами атмосферы.

Некоторые процессы химических преобразований начинаются непосредственно с момента поступления выбросов в атмосферу, другие - при появлении для этого благоприятных условий - необходимых реагентов, солнечного излучения, других факторов.

Монооксид углерода в атмосфере может окисляться до диоксида углерода при наличии примесей - окислителей (О, О3), оксидных соединений и свободных радикалов.

Углеводороды в атмосфере подвергаются различным превращениям (окислению, полимеризации), взаимодействуя с другими загрязнениями прежде всего под действием солнечной радиации. В результате этих реакций образуются пироксиды. Свободные радикалы, соединения с оксидами азота и серы.

В свободной атмосфере диоксид серы через некоторое время окисляется до SO3 или вступает во взаимодействие с другими соединениями, в частности углеводородами, в свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакций. Конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде.

Кислотные осадки попадают на поверхность в виде кислотных дождей, снега, тумана, росы, образуется не только из оксидов серы, но и оксидов азота.

Соединения азота, поступающие в атмосферу от объектов транспорта, представлены в основном оксидом и диоксидом азота. При воздействии солнечного света оксид азота интенсивно окисляется до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений диоксида азота определяется его способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссациировать на оксид азота и атомарный кислород в процессах фотохимического смога.

Фотохимический смог представляет собой многократную смесь газов и аэрозольных частиц первичного и вторичного происхождения. В состав основных компонентов смога входят озон, оксиды азота и серы, многочисленные органические соединения перекисной природы, называемые в совокупности фотооксидами. Фотохимический смог возникает в результате фотохимических реакций при определенных условиях: наличие в атмосфере высокой концентрации оксидов азота, углеводородов и других загрязнителей; интенсивная солнечная радиация и безветрие или очень слабый обмен воздуха в приземном слое при мощной и в течение не менее суток повышенной инверсии. Устойчивая безветренная погода, обычно сопровождается инверсиями, необходима для создания высокой концентрации реагирующих веществ. Такие условия создаются чаще в июне-сентябре и реже зимой. При продолжительной ясной погоде солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода. Атомарный кислород с молекулярным кислородом дают озон. Казалось бы, последний, окисляя оксид азота, должен снова превращаться в молекулярный кислород, а оксид азота - в диоксид. Но этого не происходит. Оксид азота вступает в реакции с олефинами выхлопных газов, которые при этом расщепляются по двойной связи и образуют осколки молекул и избыток озона. В результате продолжающейся диссоциации новые массы диоксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона. Возникает циклическая реакция, в итоге которой в атмосфере постепенно накапливается озон. Этот процесс в ночное время прекращается. В свою очередь озон вступает в реакцию с олефинами. В атмосфере концентрируются различные перекиси, которые в сумме и образуют характерные для фотохимического тумана оксиданты. Последние являются источником называемых свободных радикалов, отличающихся реакционной способностью.

Загрязнение поверхности земли транспортными и дорожными выбросами накапливается постепенно и сохраняется долгое время и после ликвидации дороги.

А.В. Староверова и Л.В. Ващенко (2000) исследовали трансформации тяжелых металлов в почве. Ими, установлено, что попавшие в почву тяжелые металлы, прежде всего их мобильная форма, претерпевают различные трансформации. Один из основных процессов, влияющих на их судьбу в почве - закрепление гумусовым веществом. Закрепление осуществляется в результате образования солей тяжелых металлов с органическими кислотами. Адсорбции ионов на поверхности органических коллоидных систем или закомплексование их гумусовыми кислотами. Миграционные возможности тяжелых металлов при этом понижаются. Именно этим в значительной мере объясняется повышенное содержание тяжелых металлов в верхнем, то есть наиболее гумусированном слое.

Компоненты отработавших газов ДВС, попадая в окружающую среду, подвергаются трансформации под действием абиотических факторов. Они могут распадаться на более простые соединения, или, взаимодействуя между собой образовывать новые токсичные вещества. Также трансформации ОГ участвуют растения и почвенные бактерии, которые включают токсичные компоненты ОГ в свой метаболизм.

Таким образом стоит отметить, что загрязнение фитоценозов различными поллютантами носит неоднозначных характер и нуждается в дальнейшем изучении.

2. Место и методики проведения исследований

.1 Географическое положение СХПК «Русь»

Сельскохозяйственный производственный кооператив «Русь», расположен в северо-восточной части Большесосновского района. Центральная усадьба хозяйства находится в селе Большая Соснова, являющимся районным центром. Расстояние от центра кооператива до областного центра - 135 км, железнодорожной станции - 34 км. Сообщение внутри хозяйства осуществляется по дорогам с асфальтовым, гравийным покрытием и по грунтовым дорогам.

2.2 Природно-климатические условия

Землепользование кооператива располагается в юго-западной агроклиматической зоне. Эта зона благоприятна для сельскохозяйственных культур по тепловому балансу, продолжительности вегетационного периода, но здесь имеет место опасность пересыхания весной верхнего горизонта почвы из-за почвенного испарения.

Территория кооператива относится к западным предгорьям Урала. Геоморфологическим районом является восточное ответвление Верхнекамской возвышенности. Рельеф СХПК «Русь» представлен водоразделами Очер и Сосновка. Водораздел делится домнами рек Буть и Мельничная, Черная на водоразделы второго порядка, обеспеченность хозяйства водой - достаточная.

На результаты хозяйственной деятельности большое влияние оказывает экономические условия: местоположение хозяйства, обеспеченность земель, трудовыми ресурсами, средствами производства.

Сумма положительных температур воздуха, с температурой выше 10 о С равна 1700-1800 о, ГТК = 1,2. Количество осадков за вегетационный период составляет 310 мм. Продолжительность безморозного периода 111-115 дней, начинается он с мая заканчивается 10-18 сентября. Лето умеренно-теплое, среднемесячная температура воздуха июля составляет + 17,9 о С. зима холодная, среднемесячная температура января - 15,4 о С. Средняя высота снежного покрова на полях 50-60 см.

Данный район находится в зоне достаточного увлажнения. За год осадков выпадает 475 - 500 мм. Запасы продуктивной влаги в почве во время посева ранних яровых достаточны, оптимальны и составляют около 150 мм в метровом слое, что позволяет возделывать на данной территории яровые и озимые зерновые и многолетние травы с правильным применением агротехнике.

Тип водного режима - промывной. Значение климата как фактора почвообразования определяется тем, что с климатом связано поступление в почву воды.

Почвенный покров территории хозяйства весьма разнообразен мелкоконтурен, что объясняет неоднородностью рельефа, почвообразующих пород, растительностью. Самыми распространенными почвами в совхозе являются дерново-подзолистые, занимающие площадь 4982 га или 70% всей территории хозяйства. Преобладающими среди них являются дерново-неглубоко - и мелкоподзолистые. Несколько меньше распространены дерново-слабо - подзолистые и дерново-глубоко-подзолистые.

Территория хозяйства расположена в лесной зоне, в подзоне смешанных лесов, в районе южно-таежных, пихтово-еловых лесов с мелколиственными породами и липой в древесном ярусе.

Самыми распространенными породами являются: пихта, ель, береза, осина. В подлеске встречаются по опушкам: рябина, черемуха. В кустарниковом ярусе - шиповник, жимолость. Травянистый покров в лесах представлен разнотравьем: герань лесная, вороний глаз, копытень, борец высокий, сныть обыкновенная, калужница болотная и многочисленные злаковые - тимофеевка, полевица.

Естественные кормовые угодья представлены материковыми суходольными и низменными, а также пойменными лугами высокого и низкого уровня. Материковые суходольные луга с нормальным увлажнением, атмосферными осадками имеют злаково - разнотравную, разнотравно-злаковую растительность. Она состоит из следующих видов: злаки - мятлик луговой, горошек мышиный, клевер красный; разнотравье - тысячелистник, нивяник, лютик едкий, погремок большой, земляника, хвощ, колокольчик раскидистый.

Продуктивность лугов невысокая. Кормовое достоинство среднее, вследствие большого количества недоедаемого разнотравья.

Низинные луга расположены в долинах небольших речек, ручьев с увлажнением за счет атмосферных и грунтовых вод. На них преобладает злаково-разнотравный тип растительности с доминированием овсяницей луговой, ежи сборной, подмаренника мягкого, манжетки обыкновенной, тысячелистника.

Использование угодий этих типов - как пастбища, сенокосы. Пойменные луга высокого уровня представлены разнотравно-злаково-бобовой растительностью.

Обильно встречается: мятлик луговой, овсяница, ежа сборная, пырей ползучий. Продуктивность этих лугов средняя, кормовое достоинство хорошее, удобны для использования под сенокосы.

Основная часть территории занята сельскохозяйственными культурами, из них большую часть составляют многолетние травы и зерновые.

Поля совхоза засорены, в основном многолетними сорняками. Из корневищных преобладают: хвощ полевой, мать-и-мачеха, пырей ползучий, из корнеотпрысковых: осот полевой, вьюнок полевой, из однолетних: яровые - пастушья сумка, пикульник красивый, зимующие: василек синий, ромашка непахучая.

2.3 Характеристика хозяйственной деятельности СХПК «Русь»

СХПК «Русь» одно из самых больших хозяйств в Большесосновском районе. Более десятилетий хозяйство устойчиво занимается сельскохозяйственной деятельностью, основными направлениями которой являются - элитное семеноводство и племенное животноводство молочного направления.

Общая земельная площадь кооператива 7114 га, в том числе сельскохозяйственных угодий 4982 га, из них пашни 4548 га, сенокосов 110 га, пастбищ 324 га. В течение трех лет кооператив использовал земли в различных направлениях. Незначительное уменьшение используемых земель происходит их кооператива членов - пайщиков.

Основное направление отрасли животноводства выращивание крупного рогатого скота на мясо и получение молока.

Животноводство является основным направлением на получение кормов для животных.

Основная часть выращенной продукции хозяйства используется в качестве корма, часть остается на семена, и очень маленькая часть остается на реализацию. Зерно на реализацию можно продать только на фуражные цели, т.к. в нем низкое содержание белка и клетчатки, оно имеет высокую влажность, в связи с этим не выгодно выращивать зерно на продажу.

Кормов в хозяйстве заготавливают достаточно. В качестве кормов используется сено, силос, зеленую массу. На зеленую массу используют овес и клевер. Силос готовят из клевера и овса, сено из клевера и разнотравно-злаковых трав на естественных сенокосах. Солому на корм скоту не используют так как кормов заготавливают достаточно.

На территории СХПК «Русь» за последние три года вносятся комплексные удобрения, также фосфорные, калийные, органические удобрения.

Навоз складируется в навозохранилищах под открытым небом. Пестицидов используется мало, вносятся дельтапланами, не складируются.

Сельскохозяйственная техника импортного производства. Для хранения топлива, смазочных масел имеется заправка - АЗС, которая расположена за границей населенного пункта. Огорожена забором, выполнена зеленная обваловка, для предотвращения вытекания талых и дождевых вод, а также разлитого топлива с территории АЗС.

2.4 Объекты и методики исследований

Исследования проведены в 2007-2008 гг. Объекты исследования - фитоценозы, расположенные вдоль автодороги федеральной трассы «Екатеринбург - Казань», принадлежащие СХПК «Русь» Большесосновского района. Варианты опыта - расстояние от дороги: 5 м, 30 м, 50 м, 100 м, 300 м.

В Большесосновском районе преобладающие ветра дуют в юго-западнм направлении, поэтому перенос ОГ ДВС происходит на исследуемую территорию. Из-за небольшой скорости и силы ветра оседание происходит вблизи автодороги федеральной трассы.

Для изучения влияния автотранспорта на придорожные участки федеральной трассы были использованы следующие методики:

Определение интенсивности движения автомобильного автотранспорта на федеральной трассе.

Интенсивность автотранспортного потока определена по методу Бегмы в изложении А.И. Федоровой (2003). Предварительно весь автомобильный поток был распределен на следующие группы: легкий грузовой (сюда относился грузовой автотранспорт с грузоподъемностью до 3,5 т), средний грузовой (с грузоподъемностью 3,5 - 12 т), тяжелый грузовой (с грузоподъемностью более 12 т).

Подсчет проведен осенью (сентябрь) и весной (май) в течение 1 часа утром (с 8 до 9 ч), и вечером (с 19 до 20 ч). Повторность была 4-х кратная (будничные дни) и 2-х кратная (выходные дни).

Определение агрохимических показателей и содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве.

Отбор проб проведен на расстоянии 5 м, 30 м, 50 м, 100 м и 300 м от автодороги. На этих расстояниях отобраны пробы в четырех повторностях. Почвенные образцы для определения агрохимических показателей взяты на глубину пахотного слоя, для определения тяжелых металлов на глубину 10 см. Масса каждого почвенного образца составила около 500 г.

Химический анализ проведен в лаборатории на кафедры экологии ПГСХА. Из агрохимических показателей определено: содержание гумуса, рН, содержание подвижных форм фосфора; из тяжелых металлов определены в почве подвижные формы кадмия, цинка и свинца.

·рН солевой вытяжки по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85);

·подвижные соединения фосфора фотометрическим методом по Кирсанову (ГОСТ 26207-83);

Определение фитотоксичности

Метод основан на реакции тест-культур. Этот метод позволяет выявить токсичное действие тяжелых металлов, на развитие и рост растений. Опыт был поставлен в четырех повторностях. В качестве контроля использовался почвенный грунт на основе биогумуса, купленный в магазине, с агрохимическими показателями: азот не менее 1%, фосфор не менее 0,5%, калий не менее 0,5% на сухое вещество, рН 6,5-7,5. В сосуды помещают 250 г. почвы, и увлажняют ее до 70% от ПВ и такую влажность поддерживают в течение всего опыта. В каждый сосуд высеивают по 25 семян редиса (Розово-красный с белым кончиком) На четвертые сутки сосуды помещают на световой стеллаж с освещением в течение 14 ч в сутки. В этих условиях редис выращивался в течение двух недель.

В процессе опыта ведут наблюдения по следующим показателям: записывается время появления всходов и их число на каждые сутки; оценивают общую всхожесть (к концу опыта); измеряют регулярно длину наземной массы (высоту растений). По окончанию опыта растения осторожно отделяют от земли, прослушивают, стряхивают остатки почвы и измеряют окончательную длину надземной части растений, длину корней. Затем высушивают растения на воздухе и отдельно взвешивают биомассу надземных частей и корней. Сопоставление этих данных позволяет выявить факт фитотоксичности или стимулирующего действия (Орлов, 2002).

Фитотоксический эффект может быть рассчитан по разным показателям.

ФЭ = Мк - Мх / Мк *100,

где Мк - масса контрольного растения (или всех растений на сосуд);

Мх - масса растений, выращенного на предположительно фитотоксичной среде.

Лихеноиндикация проведена по методу Шкрабы (2001).

Определение лишайников ведется на пробных площадках. На каждой площадке учитывается не менее 25 взрослых деревьев всех пород, представленных в древостое.

Палетка изготавливается из прозрачной двух литровой бутылки 10 30 см, на которой через каждый сантиметр, острым предметом расчерчивается сетка. Сначала вычисляется общее покрытие, т.е. площадь, занятую всеми видами лишайников, а затем, определяют покрытие каждым в отдельности видом лишайника. Величина покрытия с помощью сетки определяется по числу квадратов сетки, в которых лишайники занимают больше половины площади квадрата (а), условно приписывая им покрытие, равное 100%. Затем подсчитывают число квадратов, в которых лишайники занимают менее половины площади квадрата (б), условно приписывая им покрытие, равное 50%. Общее проективное покрытие (К) вычисляют по формуле:

К = (100 а + 50 б)/С,

где С - общее число квадратов сетки (Пчелкин, Боголюбов, 1997).

После определения общего покрытия, таким же способом устанавливают покрытие каждого вида лишайника, представленного на учетной площадке.

3. Результаты исследований

.1 Характеристика интенсивности движения автомобильного транспорта на федеральной трассе

Из полученных результатов можно сделать вывод, что интенсивность автотранспорта за осенние и весенние периоды различна, также интенсивность изменяется в течение рабочего и выходного дня, в зависимости от времени суток. Осенью за 12-и часовой рабочий день проезжает 4080 единиц автомобилей, а весной 2448 единиц автомобилей, т.е. 1,6 раз меньше. Осенью за 12-ти часовой выходной день проезжает 2880 единиц автотранспорта, весной 1680 единиц, т.е. в 1,7 раза меньше. Осенью в среднем за 1 час рабочего дня легкового грузового транспорта составляет 124 единицы, в весенний период 38, что в 3,2 раза меньше. Количество тяжелого грузового транспорта в весенний период уменьшился, а в осенний увеличилось.

Осенью в выходной день легкового автотранспорта за 1 час увеличилось в 1,7 раза. Весной в рабочий день в 1,8 раз увеличилось среднего грузового автотранспорта. Среднее количество за день осенью легкового автотранспорта наблюдалось 120 единиц, весной - 70, что меньше в 1,7 раза.

Интенсивность автотранспорта на федеральной трассе больше за сутки в осенний период, чем в весенний. Наибольшая интенсивность среднего грузового автотранспорта наблюдалась в весенний период в рабочие дни, а осенью в выходной день. Интенсивность движения легкового автотранспорта осенью в рабочий день больше в 1,6 раза, чем весной, а в выходной в 1,7 раза меньше, чем осенью. Тяжелого грузового автотранспорта наблюдается больше в рабочие дни осенью, а весной - в выходной. Автобусов наибольшее количество проезжает осенью.

Соотношение количества автомобильного транспорта в разные дни и сезоны представлено на рисунках 1,2.

Рис. 1 Соотношение количества автотранспорта, % (осень)

Рис. 2 Соотношение количества автотранспорта, % (весна)

Осенью в рабочие дни в автотранспортном потоке первое место занимают легковые автомобили (47,6%), второе место легкий грузовой автотранспорт (34,9%), далее тяжелый грузовой (12%), средний грузовой (3,36%) и автобусы (1,9%). Осенью же, в выходные дни количество легкового автотранспорта составило (48,9%), легкового грузового - 31,5%, среднего грузового 9,9%, тяжелого грузового - 7,3% и автобусов - 2,1%. В весенний период (рабочие дни) легковой автотранспорт - 48,7%, тяжелый грузовой - 20,2%, легковой грузовой - 18,4%, средний грузовой - 10,6%, автобусов - 1,9%. А в выходные дни легковой автотранспорт составляет - 48,1%, средний и тяжелый грузовой - 7%, и 18%, соответственно легкого грузового - 25% и автобусов - 1,5%.

3.2 Характеристика выбросов автомобильного транспорта федеральной трассы

Анализируя данные выбросов автотранспорта (приложение 1,2,3,4) и таблицы 2,3,4,5,6, можно сделать следующие выводы: в осенний период за 12 - ти часовой рабочий день на федеральной трассе «Казань-Екатеринбург» на 1 км выбрасывается: угарного газа - 30,3 кг, окислов азота - 5,06 кг, углеводородов - 3,14 кг, сажи - 0,13 кг, углекислого газа - 296,8 кг, диоксида серы - 0,64 кг; за 12 - и часовой выходной день: угарного газа - 251,9 кг, окислов азота - 3,12 кг, углеводородов - 2,8 кг, сажи - 0,04 кг, углекислого газа - 249,4 кг, диоксида серы - 0,3 кг.

Анализ данных за весенний период показывает, что в рабочий день на 1 км федеральной трассы образуется следующие загрязнения: угарного газа - 26 кг, окислов азота - 8,01 кг, углеводорода - 4,14 кг, сажи - 0,13 кг, углекислого газа - 325 кг, диоксида серы - 0,60 кг. В выходной день: угарного газа - 138,2 кг, окислов азота - 5,73 кг, углеводородов - 3,8 кг, сажи - 0,08 кг, углекислого газа - 243 кг, диоксида серы - 8 кг.

Можно сказать, что из всех шести компонентов в ОГ ДВС преобладает по количеству углекислого газа, наибольшее его количество наблюдается осенью в рабочий день приложение. Также в этот период наблюдается наибольшее количества оксида углерода, окислов азота и углеводородов, а наименьшее - в весенние выходные дни.

Таким образом, в рабочие дни осеннего периода происходит наибольшее загрязнение окружающей среды ОГ ДВС, а в весенние дни наименьшее.

В рабочие дни осени наибольшее количество углерода выбрасывает легковой автотранспорт, меньше - средний грузовой, а наименьшее автобусы. В выходной день весны наибольшее количество окислов азота выбрасывает тяжелый грузовой тип автомобиля, менее легковой грузовой, средний грузовой и легковой автотранспорт, а наименьшее автобусы.

В выходные дни осени наибольшее количества оксида углерода образует легковой, и легковой грузовой автотранспорт, а наименьшее автобусы и тяжелый грузовой. В рабочий день весной большое количество оксида углерода выбрасывает легковой автомобиль, наименьшее автобусы.

3.3 Агрохимический анализ исследуемых почв

Результаты химического анализа почв, отобранных на придорожных участках федеральной трассы, представлены в таблице.

Агрохимические показатели

Расстояние от дорогирН KCIГумус, %Р2 О5, мг/кг5 м 30 м 50 м 100 м 300 м5,4 5,1 4,9 5,4 5,22,1 2,5 2,7 2,6 2,4153 174 180 189 195

Агрохимический анализ показал, что почва исследуемого участка является слабокислой, по кислотности исследуемые участки не отличались друг от друга. По содержанию гумуса почвы - слабогумусные.

Можно отметить, что содержание фосфора увеличивается с удалением от автодороги.

Таким образом, характеристика почв по агрохимическим показателям говорит о том, что для роста и развития растений оптимальными являются лишь почвы, находящиеся на расстоянии 100 м и 300 м от дороги.

Анализ почвенных образцов на содержание в них тяжёлых металлов показал, что (табл. 7) если учитывать, что ПДК кадмия в почве 0,3 мг/кг (Староверова, 2000), то, в почве, находящейся на участке в 5 м от дороги, содержание кадмия превысило эту ПДК в 1,3 раз. При удалении от дороги содержание кадмия в почве снижается.

Расстояние от дорогиCd, мг/кгZn, мг/кгPb, мг/кг5 м 30 м 50 м 100 м 300 м0,4 0,15 00,7 0,04 0,0153,3 2,4 2,0 1,8 1,05,0 2,0 1,5 1,0 0,2ПДК-236

Показатель ПДК по цинку - 23 мг/кг (Староверова, 2000), следовательно, можно говорить о том, что на данной территории загрязнение цинком придорожных участков не происходит. Самое высокое содержание цинка в 5 м - 3,3 мг/кг от автодороги, самое низкое в 300 м - 1,0 мг/кг.

На основание выше сказанного можно сделать вывод, что автомобильный транспорт является источником загрязнения почв исследуемых придорожных участков на федеральной трассе, лишь только кадмием. Причем наблюдается закономерность: с увеличением расстояния от дороги количество тяжелых металлов в почве уменьшается, то есть часть металлов оседает в близи дороги.

3.4 Определение фитотоксичности

Анализируя данные, полученные при исследовании фитотоксичности почвы, загрязнённой выбросами автотранспорта (рис. 3), можно сказать, что наибольший фитотоксический эффект проявился в 50 и 100 м от дороги (43 и 47% соответственно). Это можно объяснить тем, что наибольшее количество поллютантов оседает в 50 и 100 м от дороги, вследствие особенностей их распространения. Данная закономерность отмечена у ряда авторов, например у Н.А. Голубкиной (2004).

Рис. 3. Влияние фитотоксичности почвы на длину проростков редиса сорта Розово-красный с белым кончиком

После апробации данной методики стоит отметить, что редис не рекомендуем применять в качестве тест-культуры.

Исследование данных, полученных при определении энергии прорастания редиса, показало, что в сравнении с контрольным вариантом, в вариантах с удалённостью 50 и 100 м в оказалась меньше в 1,4 и 1,3 раза соответственно.

Энергия прорастания редиса существенно не отличалась от контрольного варианта лишь на удалённости 300 м от федеральной трассы.

Следует отметить, что такая же тенденция наблюдается и при анализе данных по всхожести исследуемой культуры.

Наибольшая всхожесть получена в контрольном варианте (97%), а наименьшая - в варианте в 50 м от дороги (76%), что в 1,3 раза меньше, чем в контрольном варианте.

Дисперсионный анализ полученных данных показал, разница наблюдается только в 50 м и 30 м от автодороги, в остальных вариантах разница несущественна.

3.5 Лихеноиндикация

Результаты исследования видового состава и состояние лишайников представлены в таблице 11.

При изучении лишайников было определено два их вида, встречающихся на исследуемых участках: Платизмация сизая (Platysmatia glauca) и Гипогимная вздутая (Platysmatia glauca).

Покрытие лишайниками ствола колеблется Гипогимнии вздутой (Platysmatia glauca) колебалось от 37,5 до 70 см3, Платизмации сизой (Platysmatia glauca) от 20 до 56,5 см3.

Влияние федеральной трассы на состояние лишайников

С пробной площадкиПорода и № дереваНазвание вида лишайникаМесто и учета на стволеПокрытие ствола, см3Общее покрытие, %Балл общего покрытия11 - березаГипогимная вздутая physodes) (Hypogymnia physodes) (Hypogymnia physodes) (Hypogymnia physodes)Лесозащ. Полоса702352 - береза-----3 - ель-----4 - березаПлатизмация сизая (PlatismatiaЛесозащ. Полоса55,59,235 - ельПлатизмация сизаяЛесозащ. Полоса35,55,9321 - ельПлатизмация сизаяЛесозащ. Полоса441442 - ельГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса56,59,433 - березаГипогимная вздутая-0--4 - ельГипогимная вздутая-0--5 - березаГипогимная вздутая-0--31 - березаПлатизмация сизаяЛесозащ. Полоса37,56,242 - ельГипогимная вздутая-0--3 - березаГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса451544 - ельПлатизмация сизаяЛесозащ. Полоса20,53,425 - ельГипогимная вздутая-0--41 - березаГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса421442 - березаГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса15,52,513 - ельГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса206,634 - березаПлатизмация сизая-0--5 - ельГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса12,52,0151 - ельГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса652152 - березаГипогимная вздутаяЛесозащ. Полоса15533 - березаГипогимная вздутая-0--4 - березаПлатизмация сизаяЛесозащ. Полоса35,55,935 - ельГипогимная вздутая-0--

Общее покрытие составило: Гипогимнии вздутой (Platysmatia glauca) от 2% до 23%, а Платизмации сизой (Platysmatia glauca) от 5% до 9%.

При использовании десятибальной шкалы (таблица 12), можно сделать следующий вывод, что наблюдается загрязнение выбросами автотранспорта. Общее покрытие Гипогимнии вздутой (Platysmatia glauca) составляет от 1 до 5 балла, а Платизмации сизой (Platysmatia glauca) от 1 до 3 баллов.

4. Экономический раздел

.1 Расчет экономического ущерба от выбросов

Критериями эколого-экономической эффективности сельскохозяйственного производства служит максимизация решения задачи по удовлетворению общественного спроса на продукцию сельского хозяйства, полученную с оптимальными производственными издержками при сохранении и воспроизводстве окружающей среды.

Определение эколого-экономической эффективности сельскохозяйственного производства осуществляется на основе расчетов показателя эколого-экономического ущерба.

Эколого-экономический ущерб - это выраженные в стоимости фактические или возможные убытки, причиняемые сельскому хозяйству в результате ухудшения качественного состояния природной среды, при дополнительных затратах на компенсацию этих убытков. Эколого-экономический ущерб, наносимый земле, используемой в сельском хозяйстве в качестве основного средства производства, проявляется в стоимости оценке качественного ухудшения ее состояния, выражающего прежде всего в снижении почвенного плодородия и потерях продуктивности сельскохозяйственных угодий (Минаков, 2003).

Цель данного раздела - определить ущерб от выбросов автотранспорта на федеральной трассе «Казань - Екатеринбург» из сельскохозяйственного использования.

Вдоль автодороги федеральной трассы проходит полоса отвода. Территория, на которой она расположена, принадлежит СХПК «Русь». Рядом с полосой отвода находится лесозащитная полоса, затем идет поле. Предприятие использует его в сельскохозяйственном производстве.

Известно, что растения произрастающие на этой территории, накапливают некоторые компоненты ОГ, а те в свою очередь, переходят по звеньям пищевой цепи (трава - сельскохозяйственные животные - человек), тем самым, снижая качество кормов, снижение урожайности, продуктивности скота и качества продукции скотоводства, ухудшение здоровья животных и человека.

Для того чтобы произвести расчеты, необходимо знать среднюю урожайность сена с 1 га и себестоимости 1 ц сена за последние 3 года (2006-2007 гг.). Средняя урожайность сена за последние 3 года составила: 17,8 ц/га, себестоимость 1 ц сена 64,11.

Эколого - экономический ущерб (У) от изъятия полосы отвода из сельскохозяйственного использования рассчитывается по формуле:

где В-валовый сбор сена с изъятой площади; С - себестоимость 1 ц сена, руб.

Валовый сбор сена рассчитывается по формуле:

В = Ур* П

где Ур - средняя урожайность за 3 года, ц/га; П - изымаемая площадь, га

В = 17,8*22,5 = 400 ц

У = 400*64,11 = 25676 руб.

Предположим, что хозяйство будет выполнять недостаток за счет его покупки по рыночной цене. Тогда, затраты на его приобретение можно вычислить по формуле:

Зпр = К*Ц,

где Зпр - затраты на приобретение сена по рыночной цене, руб.; К - необходимое количество для покупки сена, ц; Ц - рыночная цена 1 ц сена.

Величина Зпр равна неполученному сену из-за изъятия земель, то есть 400 ц, рыночная цена 1ц, рыночная цена 1ц сена составляет 200 руб.

Тогда, Зпр = 17,8*200 = 80,100 руб.

Таким образом, площадь земель составила 17,8 га. Потеря сена в физическом весе составит 400 ц. При изъятии полосы отвода автодороги из сельскохозяйственного использования ежегодный убыток составил 25676 руб. затраты на покупку не полученного сена составят 80100.

Выводы

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. В состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания входят 200 компонентов, к наиболее токсичным по отношению к живым организмам относятся угарный газ, оксиды азота, углеводороды, альдегиды, диоксиды, диоксид серы и тяжелые металлы.
2. Отработавшие газы влияют на культуры, являющиеся основным компонентом агроэкосистемы. Воздействие отработавших газов приводит к снижению урожайности и качество сельскохозяйственной продукции. Некоторые вещества из выбросов способны накапливаться в растениях, что создает дополнительную опасность для здоровья человека и животных.
3. Осенью за 12 - ти часовой рабочий день проезжает 4080 единиц автотранспорта, которые на 1 км дороги выбросили окружающую среду около 3,3 т вредных веществ, а весной 1,2 т вредных веществ. Осенью за 12 - ти часовой выходной день наблюдалось 2880 единиц автотранспорта, образовавшие 3,2 т вредных веществ, а весной - 1680 т, образовавшие 1,7 т вредных веществ. Наибольшее загрязнение происходит за счет легковых и легкий грузовой тип автомобиля.
4. Агрохимический анализ почвы показал, что исследуемая территория на данном участке является слабокислая, в вариантах опыта она составляла от 4,9 до 5,4 рН KCI, почвы имеют низкое содержание гумуса и подвергаются незначительному загрязнению кадмием.
5. Экономический ущерб от выбросов автотранспорта на федеральной трассе «Казань - Екатеринбург» составляет 25676 руб.

Библиографический список

1.Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

2.Артамонов В.И. Растения и чистота природной среды / В.И. Артамонов. - М.: Наука, 1968. - 172 с.

Безуглова О.С. Биогохимия / О.С. Безуглова, Д.С. Орлов. - Ростов н / Дону.: «Феник», 2000. - 320 с.

Бериня Дз.Ж. / Распределение выпадений выбросов автотранспорта и загрязнение почв придорожной полосы / Дз.Ж. Бериня, Л.К. Калвиня // Воздействие выбросов автотранспорта на природную среду. - Рига: Знатнее, 1989. - С. 22-35.

Валова В.Д. Основы экологии / В.Д. Валова. - М.: Изд-во Дом «Дашков и К», 2001. - 212 с.

Варшавский И.Л. Как обезвредить отработавшие газы автомобиля / И.Л. Варшавский, Р.В. Малов. - М.: Транспорт, 1968. - 128 с.

Голубкина Н.А. Лабораторный практикум по экологии / Н.А. Голубкина, М.: ФОРУМ - ИНТРА - М, 2004. - 34 с.

Гутаревич Ю.Ф. Охрана окружающей среды от загрязнения выбросами двигателей / Ю.Ф. Гутаревич, - М.: Урожай, 1989. - 244 с.

Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (Сосновами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов. - М.: Колос, 197*9. - 413 с.

Дробот В.В. Борьба с загрязнением окружающей среды на автомобильном транспорте / В.В. Дробот, П.В. Косицин, А.П. Лукьяненко, В.П. Могила. - Киев: Техника, 1979. - 215 с.

Евгуньев И.Я. Автомобильные дороги и охрана окружающей среды / И.Я. Евгеньев, А.А. Миронов. - Томск: Изд-во Томского ун-та, 1986. - 281 с.

Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растения. Новосиб.: Наука. 1991. - 151 с.

Кузнецова Л.М. Влияние тяжелых металлов на урожай и качество пшеницы / Л.М, Кузнецова, Е.Б. Зубарева // Химия в сельском хозяйстве. - 1997. - №2. - С. 36-37.

Луканин В.Н. Промышленно - транспортная экология / В.Н. Луканин. - М.: Высшая школа, 2001. - 273 с.

Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология: Учеб. для вузов / Под ред. В.Н. Луканина. - М.: Высш. шк., 2001. - 273 с.

Минеев В.Г. Практикум по агрохимии / В.Г. Минеев. - М.: Изд-во МГУ, 2001. - 689 с.

Минеев В.Г. Химизация земледелия и природная среда. М.: Агропромиздат, 1990. - 287 с.

Молчанов А.А. Влияние леса на окружающую среду / А.А. Молчанов. - М.: Наука, 1973. - 145 с.

Никифорова Е.М. Загрязнение природной среды свинцом от выхлопных газов автотранспорта // Вести Московского ун-та. - 1975. - №3. - С. 28-36.

Обухов А.И. Научные основы разработки ПДК тяжелых металлов в почвах / А.И, Обухов, И.П. Бабьева, А.В. Гринь. - М.: Изд-во Москва. Ун-та, 1980. - 164 с.

Орешкина А.В. Особенности загрязнения почвы кадмием // ЭкиП. - 2004. №1. - С. 31-32.

Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие для хим., хим-технол. и биол. спец. вузов / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. М.: Высш. шк., - 2002. - 334 с.

Павлова Е.И. Экология транспорта / Е.И. Павлова. - М.: Транспорт, 2000, - 284 с.

Перельман А.И. Геохимия ландшафта / А.И. Перельман. - М.: Высшая школа, 1975. - 341 с.

Пчелкина А.В., Боголюбов А.С. Методы лихеноиндикации загрязнений окружающей среды. Методическое пособие. - М.: Экосистема, 1997. - 80 с.

Староверова А.В. Нормирование токсикантов в почвах и продуктах питания / А.В. Староверова, Л.В. Ващенко // Агрохимический вестник. - 2000. - №2. - С. 7-10.

Фелленберг Г. загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию / Г. Фелленберг. - М.: Мир, 1997. - 232 с.

Фельдман Ю.Г. Гигиеническая оценка автотранспорта как источника загрязнения атмосферного воздуха / Ю.Г. Фельдман. - М.: Медицина, 1975.

Чирков Ю.И, Агрометеорология / Ю.А. Чирков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 296 с.

Шильников И.А. Миграция кадмия, цинка, свинца и стронция из корнеобитаемого слоя дерново-подзолистых почв / И.А. Шильников, М.М. Овчаренко // Агрохимический вестник. - 1998. - №5 - 6. - С. 43-44.

Юсфин Ю.С, Промышленность и окружающая среда / Ю.С. Юсфин, Я.И. Леонтьев, П.И. Черноусов. - М.: ИКЦ «Акадеикнига», 2002. - 469 с.

Юфит С.С. Яды вокруг нас. Вызоы человечтву / С.С. Юфит. - М.: Классикс Стиль, 2002. - 368 с.

Ягодин Б.А. Тяжелые металлы и здоровье человека // Химия в сельском хозяйстве. - 1995. - №4. - С. 18-20.

Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды / Ю. Якубовский. - М.: Транспорт, 1979. - 198 с.

Репетиторство

Нужна помощь по изучению какой-либы темы?

Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.

Взаимодействие объектов транспорта с окружающей средой

Транспорт является одним из главных источников загрязнения воздуха атмосферы . Экологические проблемы , связанные с воздействием разных объектов транспорта на окружающую среду, определяются величиной выбросов двигателями токсикантов, а также заключаются в загрязнении водоемов. Свою долю негативных последствий вносят образование твердых отходов и шумовое загрязнение. При этом именно автомобильный транспорт стоит на первом месте как загрязнитель окружающей среды и потребитель энергоресурсов. На порядок ниже негативный эффект от объектов железнодорожного транспорта. Загрязнений – по мере убывания – от воздушного, морского и внутреннего водного транспорта еще меньше.

Влияние автомобильного транспорта на окружающую среду

Сжигая огромное количество нефтепродуктов, автомобили наносят вред как окружающей среде (в первую очередь, атмосфере), так и здоровью человека. Воздух обедняется кислородом, насыщается вредными веществами отработавших газов, увеличивается количество взвешенной в атмосфере и осевшей на поверхности различных субстратов пыли.

Сточные воды от предприятий автотранспортного комплекса обычно насыщены нефтепродуктами и взвешенными веществами, а поверхностные стоки с проезжей части автомобильных дорог содержат дополнительно тяжелые металлы (свинец, кадмий и др.) и хлориды.

Автомобили являются также интенсивными факторами элиминации позвоночных и беспозвоночных животных, опасны они и для человека, являясь причиной многих смертельных случаев и тяжелых повреждений.

Замечание 1

Владельцы личного автотранспорта часто моют свои авто на берегу водоемов с использованием синтетических моющих средств, которые поступают в воду.

Вред естественным экосистемам наносит химический способ ликвидации снега и льда с дорожных покрытий при помощи реагентов - хлористых соединений (через прямой контакт и через почву).

Опасное воздействие этих солей проявляется в процессе коррозии металла, входящего в состав автомобилей, разрушения дорожных машин и конструктивных элементов стоек дорожных знаков и придорожных ограждений.

Пример 1

Доля автомобилей, эксплуатируемых, несмотря на превышение современных нормативов по токсичности и дымности выбросов, в среднем составляет 20 – 25%.

Локальное геоэкологическое воздействие транспорта проявляется в интенсивном накапливании окиси углерода, оксидов азота, углеводородов или свинца по соседству с источниками загрязнения (вдоль шоссейных дорог, основных улиц, в тоннелях, на перекрестках). Часть загрязнителей транспортируется от места эмиссии, вызывая региональные геоэкологические воздействия. Двуокись углерода и другие газы, обладающие парниковым эффектом, распространяясь в масштабах атмосферы, вызывая неблагоприятные для человека глобальные геоэкологические воздействия.

Пример 2

Примерно в 15% проб в зонах влияния транспорта были превышены ПДК опасных для здоровья тяжелых металлов.

Основные отходы автотранспорта – аккумуляторы (свинец), элементы обшивки салона (пластмасса), автомобильные шины, фрагменты кузовов автомобилей (сталь).

Влияние железнодорожного транспорта

Основным источником загрязнения атмосферы служат отработавшие газы, выделяемые дизелями тепловозов, содержащие оксид углерода, окислы азота, различные виды углеводородов, сернистый ангидрид, сажу.

Кроме того, за год из пассажирских вагонов на километр пути поступает до 200 м³ сточных вод, в которых содержатся патогенные микроорганизмы, кроме того, выбрасывается до 12 т сухого мусора.

В процессе мытья подвижного железнодорожного состава в водоемы выбрасываются вместе со сточными водами моющие средства – синтетические поверхностно–активные вещества, различные нефтепродукты, фенолы, шестивалентный хром, кислоты, щелочи, различная органика и неорганические взвешенные вещества.

Шумовое загрязнение от движущихся поездов вызывает негативные последствия для здоровья, а в целом сказывается на качестве жизни населения.

Воздействие авиационного транспорта

Авиационный транспорт насыщает атмосферу угарным газом, углеводородами, оксидами азота, сажей, альдегидами. Двигатели объектов авиационного и ракетного транспорта негативно действуют на тропосферу, стратосферу, космическое пространство. Выбросы, способствующие разрушению озонового слоя планеты, составляют около 5% токсичных веществ, поступающих в атмосферу от всей транспортной сферы.

Воздействие флота

Речной и, в особенности, морской флот серьезно загрязняет атмосферу и гидросферу. Транспортное судоходство насыщает атмосферу фреонами, которые разрушают озоновый слой атмосферы Земли, а топливо в процессе сгорания выделяет оксиды серы, азота, угарный газ. Известно, что 40% негативных воздействий водного транспорта приходится на загрязнение атмосферы. 60% «делят» между собой шумовое загрязнение, несвойственные биосфере вибрации, твердые отходы и процессы коррозии объектов транспорта, разлив нефти при авариях танкеров и некоторое другое. Смертность молоди рыб и многих других гидробионтов связана с волнами, происходящими при эксплуатации морских судов.

Автомобильный транспорт наиболее агрессивен в сравнении с другими видами транспорта по отношению к окружающей среде. Он является мощным источником ее химического (поставляет в окружающую среду громадное коли­чество ядовитых веществ), шумового и механического загрязнения. Следует подчеркнуть, что с увеличением автомобильного парка уровень вредного воз­действия автотранспорта на окружающую среду интенсивно возрастает. Так, если в начале 70-х годов ученые-гигиенисты определили долю загрязнений, вносимых в атмосферу автомобильным транспортом, в среднем равной 13%, то в настоящее время она достигла уже 50% и продолжает расти. А для горо­дов и промышленных центров доля автотранспорта в общем объеме загрязне­ний значительно выше и доходит до 70% и более, что создает серьезную эко­логическую проблему, сопровождающую урбанизацию.

В автомобилях имеется несколько источников токсичных веществ, основными из которых являются три:

• отработавшие газы
• картерные газы
• топливные испарения

Рис. Источники образования токсичных выбросов

Наибольшая доля химического загрязнения окружающей среды авто­мобильным транспортом приходится на отработавшие газы двигателей внут­реннего сгорания.

Теоретически предполагается, что при полном сгорании топлива в ре­зультате взаимодействия углерода и водорода (входят в состав топлива) с кислородом воздуха образуется углекислый газ и водяной пар. Реакции окис­ления при этом имеют вид:

С+О2=СО2,
2Н2+О2=2Н2.

Практически же вследствие физико-механических процессов в цилинд­рах двигателя действительный состав отработавших газов очень сложный и включает более 200 компонентов, значительная часть которых токсична.

Таблица. Ориентировочный состав отработавших газов автомобильных двигателей

Состав отработавших газов двигателей на примере легковых автомобилей без их нейтрализации можно представить в виде диаграммы.

Рис. Составные части отработавших газов без применения нейтрализации

Как видно из таблицы и рисунка, состав отработавших газов рассматриваемых типов двигателей существенно различается прежде всего по концентрации продуктов неполного сгорания – оксида углерода, углеводородов, оксидов азота и сажи.

К токсичным компонентам отработавших газов относятся:

• оксид углеро­да
• углеводороды
• оксиды азота
• оксиды серы
• альдегиды
• бенз(а)пирен
• со­единения свинца

Различие в составе отработавших газов бензиновых и дизельных двигателей объясняется большим коэффициентом избытка воз­духа α (отношение действительного количества воздуха, поступающего в ци­линдры двигателя, к количеству воздуха, теоретически необходимому для сго­рания 1 кг топлива) у дизельных двигателей и лучшим распыливанием топли­ва (впрыск топлива). Кроме того, у бензинового карбюраторного двигателя смесь для раз­личных цилиндров неодинакова: для цилиндров, расположенных ближе к кар­бюратору, – богатая, а для удаленных от него – беднее, что является недо­статком бензиновых карбюраторных двигателей. Часть топливовоздушной смеси у карбю­раторных двигателей поступает в цилиндры не в парообразном состоянии, а в виде пленки, что также увеличивает содержание токсичных веществ вслед­ствие плохого сгорания топлива. Этот недостаток не характерен для бензино­вых двигателей с впрыском топлива, так как подача топлива осуществляется непосредственно к впускным клапанам.

Причиной образования оксида углерода и частично углеводородов явля­ется неполное сгорание углерода (массовая доля которого в бензинах дости­гает 85%) из-за недостаточного количества кислорода. Поэтому концентрации оксида углерода и углеводородов в отработавших газах возрастают при обога­щении смеси (α 1, вероятность указанных превращений во фронте пламени мала и в отработавших газах содержится меньше СО, но в цилиндрах находятся дополнительные источники его появления:

• низкотемпературные участки пламени стадии воспламенения топлива
• капли топлива, поступающие в камеру на поздних стадиях впрыска и сгорающие в диффузионном пламени при недостатке кислорода
• частицы сажи, образовавшейся в период распространения турбулент­ного пламени по гетерогенному заряду, в котором, при общем избытке кисло­рода могут создаваться зоны с его дефицитом и осуществляться реакции типа:

2С+О2 → 2СО.

Диоксид углерода СО2 является не токсичным, но вредным веществом в связи с фиксируемым повышением его концентрации в атмосфере планеты и его влиянием на изменение климата. Основная доля образовавшихся в ка­мере сгорания СО окисляется до СО2, не выходя за пределы камеры, ибо за­меренная объемная доля диоксида углерода в отработавших газах составля­ет 10-15%, т. е. в 300…450 раз больше, чем в атмосферном воздухе. Наиболь­ший вклад в образование СО2 вносит необратимая реакция:

СО + ОН → СО2 + Н

Окисление СО в СО2 происходит в выпускной трубе, а также в нейтра­лизаторах отработавших газов, которые устанавливаются на современных автомобилях для принудительного окисления СО и несгоревших углеводородов до СО2 в связи с необходимостью выполнения норм ток­сичности.

Углеводороды

Углеводороды – многочисленные соединения различного типа (например, C6H6 или C8H18) состоят из исходных или распав­шихся молекул топлива, и их содержание увеличивается не только при обога­щении, но и при обеднении смеси (а > 1,15), что объясняется повышенным количеством непрореагировавшего (несгоревшего) топлива из-за избытка воздуха и пропусков воспламенения в отдельных цилиндрах. Образование угле­водородов происходит также из-за того, что у стенок камеры сгорания темпе­ратура газов недостаточно высока для сгорания топлива, поэтому здесь пла­мя гасится и полного сгорания не происходит. Наиболее токсичны полициклические ароматические углеводороды.

В дизельных двигателях легкие газообразные углеводороды образуются при термическом распаде топ­лива в зоне срыва пламени, в ядре и в переднем фронте факела, на стенке на стенках камеры сгорания и в результате вторичного впрыскивания (подвпрыскивания).

Твердые частицы включают нерастворимые (твердый углерод, оксиды металлов, диоксид кремния, сульфаты, нитраты, асфальты, соединения свин­ца) и растворимые в органическом растворителе (смолы, фенолы, альдегиды, лак, нагар, тяжелые фракции, содержащиеся в топливе и масле) вещества.

Твердые частицы в отработавших газах дизелей с наддувом состоят на 68…75% из нерастворимых веществ, на 25…32% – из растворимых.

Сажа

Сажа (твердый углерод) является основным компонентом нераствори­мых твердых частиц. Образуется при объемном пиролизе (термическом раз­ложении углеводородов в газовой или паровой фазе при недостатке кислоро­да). Механизм образования сажи включает несколько стадий:

• образование зародышей
• рост зародышей до первичных частиц (шестиугольных пластинок гра­фита)
• увеличение размеров частиц (коагуляция) до сложных образований–конгломератов, включающих 100… 150 атомов углерода
• выгорание

Выделение сажи из пламени происходит при α = 0,33…0,70. В от­регулированных двигателях с внешним смесеобразованием и искровым зажи­ганием (бензиновых, газовых) вероятность появления таких зон незначитель­на. У дизелей локальные переобогащенные топливом зоны образуются чаще и в полной мере реализуются перечисленные процессы сажеобразования. Поэтому выбросы сажи с отработавшими газами у дизелей больше, чем, у дви­гателей с искровым зажиганием. Образование сажи зависит от свойств топли­ва: чем больше отношение С/Н в топливе, тем выход сажи выше.

В состав твердых частиц кроме сажи входят соединения серы, свинца. Оксиды азота NOx представляют набор следующих соединений: N2О, NO, N2О3, NО2, N2О4 и N2O5. В отработавших газах автомобильных двигателей преобла­дает NO (99% в бензиновых двигателях и более 90% в дизелях). В камере сгорания N0 может образовываться:

• при высокотемпературном окислении азота воздуха (термический NО)
• в результате низкотемпературного окисления азотсодержащих соеди­нений топлива (топливный NO)
• из-за столкновения углеводородных радикалов с молекулами азота в зоне реакций горения при наличии пульсации температуры (быстрый NO)

В камерах сгорания доминирует термический NO, образующийся из мо­лекулярного азота во время горения бедной топливовоздушной смеси и сме­си, близкой к стехиометрической, за фронтом пламени в зоне продуктов сго­рания. Преимущественно при сгорании бедных и умеренно богатых смесей (α > 0,8) реакции происходят по цепному механизму:

О + N2 → NO + N
N + О2 → NO+О
N+OH → NO+H.

В богатых смесях (а < 0,8) осуществляются также реакции:

N2 + ОН → NO + NH
NH + О → NО + ОН.

В бедных смесях выход NО определяется максимальной температурой цепочно-теплового взрыва (максимальная температура 2800…2900° К), т. е. кинетикой образования. В богатых смесях выход NО перестает зависеть от максимальной температуры взрыва и определяется кинетикой разложения и содержание NО уменьшается. При горении бедных смесей значительно вли­яние на образование NО оказывает неравномерность температурного поля в зоне продуктов сгорания и присутствие паров воды, которая в цепной реак­ции окисления NOx является ингибитором.

Высокая интенсивность процесса нагревания, а затем охлаждения смеси газов в цилиндре ДВС приводит к образованию существенно неравновесных концентраций реагирующих веществ. Происходит замораживание (закалка) образовавшегося NО на уровне максимальной концентрации, кото­рый обнаруживается в отработавших газах из-за резкого замедления скорости разложения NО.

Основными соединениями свинца в отработавших газах автомобилей являются хлориды и бромиды, а также (в меньших количествах) оксиды, суль­фаты, фториды, фосфаты и некоторые их промежуточные соединения, которые при температуре ниже 370°С находятся в виде аэрозолей или твердых частиц. Около 50% свинца остается в виде нагара на деталях двигателя и в выхлопной трубе, остаток уходит в атмосферу с отработавшими газами.

Большое количество соединений свинца выбрасывается в воздух при использовании этого металла в качестве антидетонатора. В настоящее время соединения свинца в качестве антидетонаторов не применяются.

Оксиды серы

Оксиды серы образуются при сгорании серы, содержащейся в топливе по механизму схожему с образованием СО.

Концентрацию токсичных компонентов в отработавших газах оценивают в объемных процентах, миллионных долях по объему – млн -1, (частей на мил­лион, 10000 ррm = 1% по объему) и реже в миллиграммах на 1 л отработавших газов.

Кроме отработавших газов, источниками загрязнения окружающей среды автомобилями с карбюраторными двигателями являются картерные газы (при отсутствии замкнутой вентиляции картера двигателя, а также испарение топлива из топливной системы.

Давление в картере бензинового двигателя, за исключением такта впуска, значительно меньше, чем в цилиндрах, поэтому часть топливовоздушной смеси и отработавших газов прорывается через неплотности цилиндропоршневой группы из камеры сгорания в картер. Здесь они смешиваются с па­рами масла и топлива, смываемого со стенок цилиндра холодного двигателя. Картерные газы разжижают масло, способствуют конденсации воды, старе­нию и загрязнению масла, повышают его кислотность.

В дизельном двигателе во время такта сжатия в картер прорывается чи­стый воздух, а при сгорании и расширении – отработавшие газы с концентрациями токсичных веществ, пропорциональными их концентрациям в цилинд­ре. В картерных газах дизеля основные токсичные компоненты – оксиды азота (45…80%) и альдегиды (до 30%). Максимальная токсичность картерных газов дизелей в 10 раз ниже, чем отработавших газов, поэтому доля картерных газов у дизеля не превышает 0,2…0,3% суммарного выброса токсичных веществ. Учитывая это, в автомобильных дизелях принудительную вентиляцию карте­ра обычно не применяют.

Основные источники топливных испарений – топливный бак и система питания. Более высокие температуры подкапотного пространства, обусловленные более нагруженными режимами работы двигателя и относительной стесненнос­тью моторного отсека автомобиля, вызывают значительные топливные испаре­ния из топливной системы при остановке горячего двигателя. Учитывая большой выброс углеводородный соединений в результате топливных испарений все производители автомобилей в настоящее время применяют специальные системы их улавливания.

Кроме углеводородов, поступающих из системы питания автомобилей, значительное загрязнение атмосферы летучими углеводородами автомобиль­ного топлива происходит при заправке автомобилей (в среднем 1,4 г СН на 1 л заливаемого топлива). Испарения вызывают также физические изменения в самих бензинах: вследствие изменения фракционного состава повышается их плотность, ухудшаются пусковые качества, снижается октановое число бен­зинов термического крекинга и прямой перегонки нефти. У дизельных автомо­билей топливные испарения практически отсутствуют вследствие малой ис­паряемости дизельного топлива и герметичности топливной системы дизеля.

Оценка уровня загрязнения атмосферы производится сопоставлением измеренной и предельно допустимой концентрации (ПДК). Значения ПДК устанавливаются для различных токсичных веществ при постоянном, среднесуточном и разовом действиях. В таблице приведены среднесуточные значения ПДК для некоторых токсичных веществ.

Таблица. Допустимые концентрации токсичных веществ

По данным исследований, легковой автомобиль при среднегодовом про­беге 15 тыс. км «вдыхает» 4,35 т кислорода и «выдыхает» 3,25 т углекислого газа, 0,8 т оксида углерода, 0,2 т углеводородов, 0,04 т оксидов азота. В отли­чие от промышленных предприятий, выброс которых концентрируется в опре­деленной зоне, автомобиль рассеивает продукты неполного сгорания топлива практически по всей территории городов, причем непосредственно в призем­ном слое атмосферы.

Удельный вес загрязнений автомобилями в крупных городах достигает больших значений.

Таблица. Доля автомобильного транспорта в общем загрязнении атмосферы в крупнейших городах мира, %

Токсичные компоненты отработавших газов и испарения из топливной системы отрицательно воздействуют на организм человека. Степень воздей­ствия зависит от их концентраций в атмосфере, состояния человека и его ин­дивидуальных особенностей.

Оксид углерода

Оксид углерода (СО) – бесцветный, не имеющий запаха газ. Плот­ность СО меньше, чем воздуха, и поэтому он легко может распространятся в атмосфере. Поступая в организм человека с вдыхаемым воздухом, СО сни­жает функцию кислородного питания, вытесняя кислород из крови. Это объясняет­ся тем, что поглощаемость СО кровью в 240 раз выше поглощаемости кисло­рода. Прямое влияние оказывает СО на тканевые биохимические процессы, влекущие за собой нарушение жирового и углеводного обмена, витаминного баланса и т.д. В результате кислородного голодания токсический эффект СО связан с непосредственным влиянием на клетки центральной нервной системы. Повышение концентрации окиси углерода опасны и тем, что в результате кислородного голодания организма ослабляется внимание, замедля­ется реакция, падает работоспособность водителей, что влияет на безопас­ность дорожного движения.

Характер токсического воздействия СО можно проследить по диаграмме, представленной на рисунок.

Рис. Диаграмма воздействия СО на организм человека:
1 – смертельный исход; 2 – смертельная опасность; 3 – головная боль, тошнота; 4 – начало токсического действия; 5 – начало заметного действия; 6 – незаметное действие; Т,ч - время воздействия

Из диаграммы следует, что даже при незначительной концентрации СО в воздухе (до 0,01%) длительное воздействие его вызывает головную боль и приводит к снижению работоспо­собности. Более высокая концентрация СО (0,02…0,033%) приводит к развитию атеросклероза, возникновению инфаркта миокарда и развитию хронических легочных заболеваний. Причем особенно вредно воздействие СО на людей, страдающих коронарной недос­таточностью. При концентрации СО около 1% наступает потеря сознания уже через несколько вздохов. СО ока­зывает негативное влияние и на нервную систему человека, вызы­вая обмороки, а также изменения цветовой и световой чувстви­тельности глаз. Симптомы отравления СО – головная боль, серд­цебиение, затрудненное дыхание и тошнота. Следует отметить, что при сравнительно небольших концентрациях в атмосфере (до 0,002%), СО связанный с гемоглобином, посте­пенно выделяется и кровь человека очищается от него на 50% каж­дые 3-4 ч.

Углеводородные соединения

Углеводородные соединения по их биологическому действию изуче­ны пока еще недостаточно. Однако экспериментальные исследования пока­зали, что полициклические ароматические соединения вызывали раку живот­ных. При наличие определенных атмосферных условий (безветрие, напряжен­ная солнечная радиация, значительная температурная инверсия) углеводоро­ды служат исходными продуктами для образования чрезвычайно токсичных продуктов – фотооксидантов, обладающих сильными раздражающим и обще­токсичным действием на органы человека, и образуют фотохимический смог. Особенно опасными из группы углеводородов являются канцерогенные веще­ства. Наиболее изученным является многоядерный ароматический углеводо­род бенз(а)пирен, известный еще под названием 3,4 бенз(а)пирен, – вещество, представляющее собой кристаллы желтого цвета. Установлено, что в местах непосредственного контакта канцерогенных веществ с тканью появляются злокачественные опухоли. В случае попадания канцерогенных веществ, осев­ших на пылевидных частицах, через дыхательные пути в легкие они задержи­ваются в организме. Токсичными углеводородами являются также и пары бен­зина, попадающие в атмосферу из топливной системы, и картерные газы, вы­ходящие через вентиляционные устройства и неплотности в соединениях от­дельных узлов и систем двигателя.

Оксид азота

Оксид азота – бесцветный газ, а диоксид азота – газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм чело­века соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях со­единения азотной и азотистой кислот, раздражающе действуя на слизистые оболочки глаз, носа и рта. Оксиды азота участвуют в процессах, ведущих к образованию смога. Опасность их воздействия заключается в том, что от­равление организма проявляется не сразу, а постепенно, причем нет каких-либо нейтрализующих средств.

Сажа

Сажа при попадании в организм человека вызывает негативные послед­ствия в дыхательных органах. Если относительно крупные частицы сажи раз­мером 2…10 мкм легко выводятся из организма, то мелкие размером 0,5…2 мкм задерживаются в легких, дыхательных путях, вызывают аллергию. Как любая аэрозоль, сажа загрязняет воздух, ухудшает видимость на дорогах, но, самое главное, на ней адсорбируются тяжелые ароматические-углеводороды, в том числе бенз(а)пирен.

Сернистый ангидрид SО2

Сернистый ангидрид SО2 – бесцветный газ с острым запахом. Раз­дражающее действие на верхние дыхательные пути объясняется поглощение SO2 влажной поверхностью слизистых оболочек и образованием в них кислот. Он нарушает белковый обмен и ферментативные процессы, вызывает раз­дражение глаз, кашель.

Диоксид углерода СО2

Диоксид углерода СО2 (углекислый газ) – не оказывает токсического действия на ор­ганизм человека. Он хорошо поглощается растениями с выделени­ем кислорода. Но при наличии в атмосфере земли значительного количества углекислого газа, поглощающего солнечные лучи, соз­дается парниковый эффект, приводящий к так называемому «теп­ловому загрязнению». Вследствие этого явления повыша­ется температура воздуха в нижних слоях атмосферы, происходит потепление, наблюдаются различные климатические аномалии. Кроме того, повышение содержания в атмосфере СО2 способствует образованию «озоновых» дыр. При снижении концентрации озона в атмосфере земли повышается от­рицательное воздействие жесткого ультрафиолетового излучения ни организм человека.

Автомобиль является источником загрязнения воздуха также пылью. Во время езды, особенно при торможении, в результате трения покрышек о поверхность дороги образует­ся резиновая пыль, которая постоянно присутствует в воздухе на магистралях с интенсивным движением. Но покрышки не являются единственным источни­ком пыли. Твердые частицы в виде пыли выделяются с отработавшими газами, завозятся в город в виде грязи на кузовах автомобилей, образуются от истира­ния дорожного покрытия, поднимаются в воздух вихревыми потоками, возника­ющими при движении автомобиля, и т.д. Пыль отрицательно сказывается на здоровье человека, губительно действует на растительный мир.

В городских условиях автомобиль является источником согревания ок­ружающего воздуха. Если в городе одновременно движется 100 тыс. автома­шин, то это равно эффекту, производимому 1 млн. л горячей воды. Отработав­шие газы автомобилей, содержащие теплый водяной пар, вносят свой вклад в изменение климата города. Более высокие температуры пара усиливают пе­ренос тепла движущейся средой (термическая конвекция), в результате чего количество осадков над городом возрастает. Влияние города на количество осадков особенно отчетливо видно по их закономерному увеличению, проис­ходящему параллельно с ростом города. За десятилетний период наблюде­ний в Москве, например, выпадало 668 мм осадков в год, в ее окрестностях – 572 мм, в Чикаго – 841 и 500 мм соответственно.

К числу побочных проявлений деятельности чело­века относятся и кислотные дожди – растворенные в атмосферной влаге продукты сгорания – оксиды азота и серы. В основном это относится к промышлен­ным предприятиям, выбросы которых отводятся высо­ко над уровнем поверхности и в составе которых мно­го оксидов серы. Вредное воздействие кислотных дож­дей проявляется в уничтожении растительности и ускорении коррозии металлических конструкций. Важным фактором здесь является и то, что кислотные дожди способны вместе с движением атмосферных воздушных масс преодолевать расстояния в сотни и тысячи километров, пересекая границы государств. В периодической печати появляются сообщения о кислотных дождях, выпадающих в разных странах Европы, в США, Канаде и замеченных даже в таких заповедных зонах, как бассейн Амазонки.

Неблагоприятное воздействие на окружающую среду оказывают температурные инверсии – особое состояние атмосферы, при котором температура воздуха с высотой увеличивается, а не уменьшается. Приземные температурные инверсии являются результатом ин­тенсивного излучения тепла поверхностью почвы, вследствие чего охлаждаются и поверхность, и прилега­ющие слои воздуха. Подобное состояние атмосферы препятствует развитию вертикальных движений воздуха, поэтому в нижних слоях накапливаются водяной пар, пыль, газообразные вещества, способствуя образованию слоев дымки и тумана, в том числе – смога.

Широкое применение соли для борьбы с гололедом на автомобильных дорогах ведет к сокращению срока службы автомобилей, вызывает неожиданные изменения в придорожной флоре. Так, в Англии отмечено появле­ние вдоль дорог растений, характерных для морских побережий.

Автомобиль – сильный загрязнитель водоемов, подземных водных ис­точников. Определено, что 1 л нефти может сделать непригодным для питья несколько тысяч литров воды.

Большой вклад в загрязнение окружающей среды вносят процессы техни­ческого обслуживания и ремонта подвижного состава которые требуют энерге­тических затрат и связаны с большим водопотреблением, выбросом загрязняю­щих веществ в атмосферу, образованием отходов, в том числе токсичных.

При выполнении технического обслуживания транспортных средств за­действованы подразделения, зоны периодических и оперативных форм тех­нического обслуживания. Выполнение ремонтных работ ведется на производ­ственных участках. Используемые в процессах ТО и ремонта технологичес­кое оборудование, станки, средства механизации и котельные установки яв­ляются стационарными источниками загрязняющих веществ.

Таблица. Источники выделения и состав вредных веществ в производственных процессах на эксплуатационных и ремонтных предприятиях транспорта

Сточные воды

При эксплуатации автомобилей образуются сточные воды. Состав и количество этих вод различны. Сточные воды возвращаются обратно в окружающую среду, главным образом в объекты гидросферы (река, канал, озеро, водохранилище) и суши (поля, накопители, подземные горизонты и др.). В зависимости от вида производства сточными водами на предприятиях транспорта могут являться:

• сточные воды от мойки автомобилей
• нефтесодержащие стоки от производственных участков (моющие растворы)
• сточные воды, содержащие тяжелые металлы, кислоты, щелочи
• сточные воды, содержащие краску, растворители

Сточные воды от мойки автомобилей составляют от 80 до 85% от объема производственных стоков автотранспортных организаций. Основными загрязнителями являются взвешенные вещества и нефтепродукты. Их содержание зависит от типа автомобиля, характера дорожного покрытия, погодных условий, характера перевозимого груза и др.

Сточные воды от мойки агрегатов, узлов и деталей (отработанные моющие растворы) отличаются наличием в них значительного количества нефтепродуктов, взвешенных веществ, щелочных компонентов и поверхностно-активных веществ.

Сточные воды, содержащие тяжелые металлы (хром, медь, никель, цинк), кислоты и щелочи наиболее характерны для авторемонтных производств, использующих гальванические процессы. Они образуются в процессе приготовления электролитов, подготовки поверхностей (электрохимическое обезжиривание, травление) гальванопокрытий и промывки деталей.

В процессе проведения малярных работ (методом пневматического распыления) 40% лакокрасочных материалов поступает в воздух рабочей зоны. При проведении этих операций в окрасочных камерах, оборудованных гидрофильтрами, 90% этого количества оседает на элементах самих гидрофильтров, 10% уносится с водой. Таким образом, в сточные воды окрасочных участков попадает до 4% израсходованных лакокрасочных материалов.

Основным направлением в области снижения загрязнения водных объектов, грунтовых и подземных вод промышленными стоками, является создание систем оборотного водоснабжения производства.

Ремонтные работы сопровождаются также загрязнением почвы, на­коплением металлических, пластмассовых и резиновых отходов вблизи про­изводственных участков и отделений.

При строительстве и ремонте путей сообщения, а также производственно-бытовых объектов предприятий транспорта происходит изъятие из экосистем воды, грунта, плодородных почв, минеральных ресурсов недр, разрушение природных ландшафтов, вмешательство в животный и растительный мир.

Шум

Наряду с другими видами транспорта, промышленным оборудованием, бытовыми приборами автомобиль является источником искусственного шу­мового фона города, как правило, отрицательно воздействующего на челове­ка. Следует отметить, что и без шума, если он не превышает допустимых пре­делов, человек чувствует дискомфорт. Не случайно исследователи Арктики не раз писали о «белом безмолвии», которое угнетающе действует на челове­ка, тогда как «шумовое оформление» природы положительно влияет на психи­ку. Однако шум искусственного происхождения, особенно сильный шум, отри­цательно влияет на нервную систему. Перед населением современных горо­дов возникает серьезная проблема борьбы с шумом, так как сильный шум не только ведет к потере слуха, но и вызывает психические расстройства. Опас­ность шумового воздействия усугубляется свойством человеческого организ­ма накапливать акустические раздражения. Под действием шума определен­ной интенсивности возникают изменения в циркуляции крови, работе сердца и желез внутренней секреции, снижается мышечная выносливость. Статисти­ческие данные свидетельствуют о том, что процент нервно-психических забо­леваний выше среди лиц, работающих в условиях повышенного уровня шума. Реакция на шум зачастую выражается в повышенной возбудимости и раздражительности, охватываю­щих всю сферу чувствительных восприятий. Люди, подвергающиеся постоян­ному воздействию шума, часто становятся трудными в общении.

Шум оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анали­заторы, снижает устойчивость ясного видения и рефлекторную деятельность. Чувствительность сумеречного зрения ослабевает, снижается чувствительность дневного зрения к оранжево-красным лучам. В этом смысле шум является кос­венным убийцей многих людей на автотранспортных магистралях мира. Это от­носится как к водителям автотранспорта, работающим в условиях интенсивного шума и вибрации, так и к жителям крупных городов с высоким уровнем шума.

Особенно вреден шум в сочетании с вибрацией. Если кратковременная вибрация тонизирует организм, то постоянная вызывает так называемую виб­рационную болезнь, т.е. целый комплекс нарушений в организме. У водителя снижается острота зрения, сужается поле видимости, может изменится вос­приятие цвета или способность оценивать расстояние до встречного автомо­биля. Нарушения эти, конечно, индивидуальны, однако для профессиональ­ного водителя они всегда нежелательны.

Опасным является также инфразвук, т.е. звук с частотой менее 17 Гц. Этот индивидуальный и неслышный враг вызывает реакции, противопоказан­ные человеку за рулем. Воздействие инфразвука на организм вызывает сон­ливость, ухудшение остроты зрения и замедленную реакцию на опасность.

Из источников шума и вибрации в автомобиле (коробка передач, задний мост, карданный вал, кузов, кабина, подвеска, а также колеса, шины) основным является двигатель с его системами впуска и выпуска, охлаждения и питания.

Рис. Анализ источников шума грузового автомобиля:
1 – суммарный шум; 2 – двигатель; 3 – система выпуска отработавших газов; 4 – вентилятор; 5 – впуск воздуха; 6 – остальное

Тем не менее, при скорости движения автомобиля более 50 км/ ч преобладающим является шум создаваемый шинами автомобиля, который увеличивается пропорционально скорости движения.

Рис. Зависимость шума автомобиля от скорости движения:
1 – диапазон рассеивания шума из-за разных сочетаний дорожных покрытий и шин

Совокупное действие всех источников акустического излучения и приво­дит к тем высоким уровням шума, которыми характеризуется современный автомобиль. Эти уровни зависят и от других причин:

• состояния дорожного по­крытия
• скорости и изменения направления движения
• изменения частоты вра­щения коленчатого вала двигателя
• нагрузки
• и т.д.

Различают гужевой, автомобильный, сельско­хозяйственный (трактора и комбайны), железнодорожный, вод­ный, воздушный и трубопроводный транспорт. Протяженность магистральных автомобильных дорог мира с твердым покрытием превышает 12 млн. км, воздушных ли­ний - 5,6 млн. км, железных дорог - 1,5 млн. км, магистральных трубопроводов - около 1,1 млн. км, внутренних водных путей - более 600 тыс. км. Морские линии составляют многие миллионы километров.

Все транспортные средства с автономными первичными дви­гателями в той или иной степени загрязняют атмосферу химиче­скими соединениями, содержащимися в отработанных газах. В среднем вклад отдельных видов транспортных средств в загрязне­ние атмосферы следующий:

автомобильный – 85 %;

морской и речной - 5,3 %;

воздушный - 3,7 %;

железнодорожный - 3,5 %;

сельскохозяйственный - 2,5 %.

Во многих больших городах, таких, как Берлин, Мехико, То­кио, Москва, Петербург, Киев, загрязнение воздуха автомобиль­ными выхлопами составляет по разным оценкам от 80 до 95 % всех загрязнений.

Что касается загрязнения атмосферы другими видами транс­порта, то здесь проблема имеет меньшую остроту, поскольку транспортные средства этих видов не концентрируются непо­средственно в городах. Так, в крупнейших железнодорожных уз­лах все движение переведено на электротягу и лишь на маневро­вой работе используют тепловозы. Речные и морские порты, как правило, размещены за пределами жилых кварталов городов, а движение судов в районах портов практически незначительно. Аэропорты, как правило, относят от городов на 20-40 км. Кроме того, большие открытые пространства над аэродромами, как и над речными и морскими портами, не создают опасности высо­ких концентраций токсичных примесей, выделяемых двигателя­ми. Наряду с загрязнениями окружающей среды вредными вы­бросами следует отметить физическое воздействие на атмосферу в виде образования антропогенных физических полей (повышен­ный шум, инфразвук, электромагнитные излучения). Из этих факторов наиболее массовое воздействие оказывает повышенный шум. Транспорт - основной источник акустического загрязнения окружающей среды. В крупных городах уровень шума достигает 70-75 дБА, что в несколько раз превышает допустимые нормы.

10.2. Автомобильный транспорт

Общий мировой парк автомобилей насчитывает более 800 млн. еди­ниц, из которых 83-85 % составляют легковые автомобили, а 15-17 % - грузовые и автобусы. Если тенденции роста выпуска автотранспортных средств останутся неизменными, то к 2015 г. число автомобилей может возрасти до 1,5 млрд. шт. Автомобильный транспорт, с одной стороны, потребляет из атмосферы кислород, а с другой - выбрасывает в нее отработав­шие газы, картерные газы и углеводороды из-за испарения их из топливных баков и не герметичности систем подачи топлива. Автомобиль отрицательно воздействует практически на все составляющие биосферы: атмосферу, водные ресурсы, земельные ресурсы, литосферу и человека. Оценка экологической опасности через ресурсоэнергетические переменные всего цикла жизни автомобиля с момента добычи минеральных ресурсов, нужных для его производства, до рециклирования отходов после окончания его службы показала, что экологическая «стоимость» 1-тонного автомобиля, в котором примерно 2/3 массы составляет металл, равна от 15 до 18 т твердых и от 7 до 8 т жидких отходов, размещаемых в окружающей среде.

Выхлопы от автотранспорта распространяются непосредст­венно на улицах города вдоль дорог, оказывая непосредственное вредное воздействие на пешеходов, жителей расположенных ря­дом домов и растительность. Выявлено, что зоны с превышением ПДК по диоксиду азота и оксиду углерода охватывают до 90 % го­родской территории.

Автомобиль - самый активный потребитель кислорода возду­ха. Если человек потребляет воздуха до 20 кг (15,5 м 3) в сутки и до 7,5 т. в год, то современный автомобиль для сгорания 1 кг бензина расходует около 12 м 3 воздуха или в кислородном эквиваленте около 250 л кислорода. Так, весь автомобильный транспорт США потребляет в 2 раза больше кислорода, чем его регенерирует при­рода на всей их территории.

Таким образом, в крупных мегаполисах автомобильный транс­порт поглощает кислорода в десятки раз больше, чем все их население . Исследования, проведенные на автомагистралях Москвы, по­казали, что при тихой безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживленных автомобильных трассах сжигание кисло­рода в воздухе нередко повышается до 15 % его общего объема.

Известно, что при концентрации кислорода в воздухе ниже 17 % у людей появляются симптомы недомогания, при 12 % и меньше возникает опасность для жизни, при концентрация ниже 11 % - на­ступает потеря сознания, а при 6 % - прекращается дыхание. С другой стороны, на этих магистралях не просто мало кисло­рода, но воздух еще насыщен вредными веществами автомобиль­ного выхлопа. Особенностью автомобильных выбросов является также то, что они загрязняют воздух на высоте человеческого роста, и люди дышат этими выбросами.

В состав выбросов от автомобилей входит около 200 химиче­ских соединений, которые в зависимости от особенностей воз­действия на организм человека подразделяют на 7 групп.

В 1-ю группу входят химические соединения, содержащиеся в естественном составе атмосферного воздуха: вода (в виде пара), водород, азот, кислород и диоксид углерода. Автотранспорт выбрасывает в атмосферу такое огромное количество пара, что в Ев­ропе и Европейской части России оно превышает по массе испа­рения всех водоемов и рек. Из-за этого растет облачность, а число солнечных дней заметно снижается. Серые, без солнца, дни, не­прогретая почва, постоянно повышенная влажность воздуха - все это способствует росту вирусных заболеваний, снижению урожай­ности сельскохозяйственных культур.

Во 2-ю группу включен оксид углерода (ПДК 20 мг/м3; 4 кл.). Это бесцветный газ без вкуса и запаха, очень слабо растворимый в воде. Вдыхаемый человеком, он соединяется с гемоглобином кро­ви и подавляет его способность снабжать ткани организма кисло­родом. В результате наступает кислородное голодание организма и возникают нарушения в деятельности центральной нервной системы. Последствия воздействия зависят от концентрации ок­сида углерода в воздухе; так, при концентрации 0,05 % через 1 ч появляются признаки слабого отравления, а при 1 % наступает по­теря сознания после нескольких вдохов.

В 3-ю группу входят оксид азота (ПДК 5 мг/м 3 , 3 кл.) - бес­цветный газ и диоксид азота (ПДК 2 мг/м 3 , 3 кл.) - газ краснова­то-бурого цвета с характерным запахом. Указанные газы являют­ся примесями, способствующими образованию смога. Попадая в организм человека, они, взаимодействуя с влагой, образуют азо­тистую и азотную кислоты (ПДК 2 мг/м 3 , 3 кл.). Последствия воз­действия зависят от их концентрации в воздухе, так, при концен­трации 0,0013 % происходит слабое раздражение слизистых обо­лочек глаз и носа, при 0,002 % - образование метагемоглобина, при 0,008 % - отек легких.

В 4-ю группу входят углеводороды. К наиболее опасным из них относится 3,4-бенз(а)пирен (ПДК 0,00015 мг/м 3 , 1 кл.) - мощный канцероген. При нормальных условиях это соединение представ­ляет собой иглообразные кристаллы желтого цвета, плохо раство­римые в воде и хорошо - в органических растворителях. В сыво­ротке человека растворимость бенз(а)пирена достигает 50 мгк/мл.

В 5-ю группу входят альдегиды. Наиболее опасны для человека акролеин и формальдегид. Акролеин - альдегид акриловой кислоты (ПДК 0,2 мг/м 3 , 2 кл.), бесцветная, с запахом пригорелого жира и весьма летучая жидкость, хорошо растворяющаяся в воде. Концен­трация 0,00016 % является порогом восприятия запаха, при 0,002 % запах трудно переносим, при 0,005 % непереносим, а при 0,014 через 10 мин наступает смерть. Формальдегид (ПДК 0,5 мг/м 3 , 2 кл.) - бесцветный с резким запахом газ, легко растворяющийся в воде.

При концентрации 0,007 % вызывает легкое раздражение слизи­стых оболочек глаз и носа, а также верхних органов дыхания, при концентрации 0,018 % осложняется процесс дыхания.

В 6-ю группу входит сажа (ПДК 4 мг/м 3 , 3 кл.), которая оказывает раздражающее воздействие на органы дыхания. Исследования, про­веденные в США, выявили, что 50...60 тыс. человек умирают еже­годно от загрязнения воздуха сажей. Было выяснено, что частички сажи активно адсорбирует на своей поверхности бенз(а)пирен, вследствие этого резко ухудшается здоровье детей, страдающих респираторными заболеваниями, лиц, больных астмой, бронхитом, воспалением легких, а также людей престарелого возраста.

В 7-ю группу входят свинец и его соединения. В бензин в каче­стве антидетонационной присадки вводят тетраэтилсвинец (ПДК 0,005 мг/м 3 , 1 кл.). Поэтому около 80 % свинца и его соединений, загрязняющих воздух, попадают в него при использовании этили­рованного бензина. Свинец и его соединения снижают актив­ность ферментов и нарушают обмен веществ в организме челове­ка, а также обладают кумулятивным действием, т.е. способностью накапливаться в организме. Соединения свинца особенно вредны для интеллектуальных способностей детей. В организме ребенка остается до 40 % попавших в него соединений. В США примене­ние этилированного бензина запрещено повсеместно, а в России - в Москве, Петербурге и ряде других крупных городов.

ТЕМА: Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду

ПЛАН:

1.3.2 Последствия влияния ТДК на биоту экосистем

2. Проблемы городского транспорта

2.1. Влияние автотранспорта на городскую среду

2.2. Мировой уровень автомобилизации

2.3. Пути экологизации городского транспорта

2.4. Муниципальный опыт управления пробегом личных автомобилей

2.5. Роль общественного транспорта

2.6. Проблема утилизации старых автомобилей

3.1. Авиация и ракетоносители

Транспортный комплекс, в частности в России, включающий в себя автомобильный, морской, внутренний водный, железнодорожный и авиационный виды транспорта, - один из крупнейших загрязнителей атмосферного воздух его влияние на окружающею среду выражается, в основном, в выбросах в атмосферу токсикантов с отработавшими газами транспортных двигателей и вредных веществ от стационарных источников, а также в загрязнении поверхностных водных объектов, образовании твердых отходов и воздействии транспортных шумов.

К главным источникам загрязнения окружающей среды и потребителям энергоресурсов относятся автомобильный транспорт и инфраструктура автотранспортного комплекса.

Загрязняющие выбросы в атмосферу от автомобилей по объему более чем на порядок превосходят выбросы от железнодорожных транспортных средств. Далее идут (в порядке убывания) воздушный транспорт, морской и внутренние водный. Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям, продолжающееся увеличение транспортных потоков, неудовлетворительное состояние автомобильных дорог – все это приводит к постоянному ухудшению экологической обстановки.

1. Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду

В последнее время, в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта существенно обострились проблемы воздействия на окружающую среду.

Автомобильный транспорт необходимо рассматривать как индустрию, связанную с производством, обслуживанием и ремонтом автомобилей, их эксплуатацией, производством горючего и смазочных материалов, с развитием и эксплуатацией дорожно-транспортной сети.

С этой позиции можно сформулировать следующие негативные воздействия автомобилей на окружающую среду.

Первая группа связана с производством автомобилей:

– высокая ресурсно-сырьевая и энергетическая емкость автомобильной промышленности;

– собственное негативное воздействие на окружающую среду автомобильной промышленности (литейное производство, инструментально-механическое производство, стендовые испытания, лакокрасочное производство, производство шин и др.).

Вторая группа обусловлена эксплуатацией автомобилей:

– потребление топлива и воздуха, выделение вредных выхлопных газов;

– продукты истирания шин и тормозов;

– шумовое загрязнение окружающей среды;

– материальные и человеческие потери в результате транспортных аварий.

Третья группа связана с отчуждением земель под транспортные магистрали, гаражи и стоянки:

– развитие инфраструктуры сервисного обслуживания автомобилей (автозаправочные станции, станции технического обслуживания, мойки автомобилей и др.);

– поддержание транспортных магистралей в рабочем состоянии (использование соли для таяния снега в зимние периоды).

Четвертая группа объединяет проблемы регенерации и утилизации шин, масел и других технологических жидкостей, самих отслуживших автомобилей.

Как уже отмечалось наиболее актуальной проблемой является за­грязнение атмосферы.

1.1. Загрязнение атмосферы автотранспортом

По данным государственного доклада "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 году" автомобиль­ным транспортом выброшено в атмосферу 10955 тыс. тонн загряз­няющих веществ. Автотранспорт относится к основным источникам загрязнения окружающей среды в большинстве крупных городов, при этом на 90 % воздействие на атмосферу связано с работой авто­транспортных средств на магистралях, остальной вклад вносят ста­ционарные источники (цеха, участки, станции технического обслу­живания, стоянки и т.д.)

В крупных городах России доля выбросов от автотранспорта соизмерима с выбросами от промышленных предприятий (Москва и Московская область, Санкт-Петербург, Краснодар, Екатеринбург, Уфа, Омск и др. В городах с менее развитой промышленностью вклад автотранспорта в суммарное загрязнение атмосферного воздуха возрастает и в отдельных случаях достигает 80 % 90 % (Нальчик, Якутск, Махачкала, Армавир, Элиста, Горно-Алтайск и др).

Основной вклад в загрязнение воздушной среды Москвы вносит автотранспорт, доля которого в суммарном выбросе загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников возросла с 83,2 % в 1994 году, до 89,8 % - в 1995 году.

Автопарк Московской области насчитывает примерно 750 тысяч автомобилей (из них 86% находятся в индивидуальном пользовании), выброс загрязняющих веществ от которых, составляет около 60% суммарных выбросов в атмосферный воздух.

Вклад автотранспорта в загрязнение воздушного бассейна Санкт-Петербурга превышает 200 тыс.т/год, а доля его в суммарных выбро­сах достигает 60 %.

Отработанные газы автомобильных двигателей содержит около 200 веществ, большинство из которых токсичны. В выбросах карбюраторных;двигателей основная доля вредных продуктов приходится на оксид углерода, углеводороды и окислы азота, а в дизельных - на оксиды азота и сажу.

Главной причиной неблагоприятного воздействия автотранспор­та на окружающую природную среду остается низкий технический уровень эксплуатируемого подвижного состава и отсутствия системы нейтрализации отработавших газов.

Показа тельной является структура источников первичных загрязнений США, представленная в таблице 1, из которой видно, что вы­бросы автомобильного транспорта по многим полютантам являются доминирующими.

Воздействие отработанных газов автомобилей на здоровье населе­ния. Отходящие газы двигателей внутреннего сгорания (ОГ ДВС) содержат сложную смесь, насчитывающую более 200 соединений. В основном это газообразные вещества и небольшое количество твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Газовая смесь твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии. Газовая смесь состоит из инертных газов, проходящих через камеру сгорания без изменения, продуктов сгорания и несгоревшего окислителя. Твердые частицы это продукты дегидрирования топлива, металлы, а также другие вещества, которые содержатся в топливе и не могут сгореть. По химическим свойствам, характеру воздействия на орга­низм человека вещества, составляющие ОГ, разделяют на нетоксичные (N 2 , О 2 , СО 2 , Н 2 O, H 2) и токсичные (СО, C m H n , H 2 S, альдегиды и др).

Многообразие соединений выхлопа ДВС можно свести к несколь­ким группам, каждая из которых объединяет вещества, в той или иной мере сходные по характеру воздействия на организм человека или родственные по химической структуре и свойствам.

Нетоксичные вещества вошли в первую группу.

Ко второй ipyrare отнесен оксид углерода, присутствие которого в больших количествах до 12 % характерно для ОГ бензиновых двигателей (БД) при работе на богатых топливовоздушных смесях.

Третью группу образуют оксиды азота: оксид (NO) и диоксид (NO:). Из общего количества оксидов азота в ОГ БД содержится 98 – 99 % NO и только 1 2 % N02 , а дизельных двигателей соответст­венно 90 и 100%.

Четвертая, самая многочисленная группа, включает углеводороды, среди которых обнаружены представители всех гомологических рядов: алканы, алкены, алкадиены, циклические и в том числе арома­тические углеводороды, среди которых немало канцерогенов.

Пятую группу составляют альдегиды, причем на долю формальдегида приходится 60%, алифатических альдегидов 32 % , аромати­ческих 3 %.

К шестой группе отнесены частицы, основная часть которых сажа твердые углеродные частицы, образующиеся в пламени.

Из общего количества органических компонентов, содержащихся в ОГ ДВС в объеме более 1 %, на долю предельных углеводородов приходится 32 %, непредельных 27,2 %, ароматических 4 %, альде­гидов, кетонов 2,2 %.Следует отметить, что в зависимости от каче­ства топлива состав ОГ ДВС дополняется весьма токсичными соеди­нениями, такими, как диоксид серы и соединения свинца (при ис­пользовании тетраэтилсвинца (ТЭС) в качестве антидетонатора).

До настоящего времени около 75 % выпускаемых в России бензинов являются этилированными и содержат от 0,17 до 0,37 г/л свинца. В выбросах дизельного транспорта отсутствует свинец, однако со­держание в дизельном топливе некоторого количества серы обуслав­ливает в ОГ наличие 0,003 0,05 % сернистого ангидрида. Таким образом, автотранспорт источник эмиссии в атмосферу сложной смеси химических соединений, состав которых зависит не только от вида топлива, типа двигателя и условий его эксплуатации, но и от эффективности контроля выбросов. Последнее особенно стимулирует мероприятия по сокращению или обезвреживанию токсич­ных компонентов ОГ.

Попадая в атмосферу, компоненты ОГ ДВС, с одной стороны, смешиваются с имеющимися в воздухе загрязнителями, с другой претерпевают ряд сложных превращений, приводящих к образова­нию новых соединений. Одновременно идут процессы разбавления и удаления загрязнителей из атмосферного воздуха путем мокрого и сухого высаживания на землю. В связи с огромным многообразием химических превращений загрязнителей в атмосферном воздухе со­став их чрезвычайно динамичен.

Риск вреда, наносимого организму токсическим соединением, зависит от трех факторов: физических и химических свойств соедине­ния, дозы, взаимодействующей с тканями органа-мишени (органа, которому токсикантом причинен вред), и времени воздействия, а также биологического отклика организма на воздействие токсиканта.

Если физическое состояние загрязнителей воздуха определяет их распределение в атмосфере, а при ингалировании с воздухом - в рес­пираторном тракте индивидуума, то химические свойства в конечном счете, мутагенный потенциал токсиканта. Так, растворимость токсиканта обуславливает различное размещение его в организме. Растворимые в биологических жидкостях соединения быстро перено­сятся из респираторного тракта по всему телу, а нерастворимые за­держиваются в респираторном тракте, в легочной ткани, прилегающих лимфатических узлах, или, продвигаясь к глотке, проглатыва­ются.

Внутри организма соединения подвергаются метаболизму, в про­цессе которого облегчается их экскреция, а также проявляется ток­сичность. Следует отметить, что токсичность образующихся метабо­литов может иногда превышать токсичность исходного соединения, а в целом дополняет ее. Баланс между метаболическими процессами, усиливающими токсичность, уменьшающими ее или благоприятст­вующими элиминированию соединений важный фактор чувстви­тельности индивидуума к токсичным соединениям.

Понятие "доза" в большей степени может быть отнесено к кон­центрации токсиканта в тканях органа-мишени. Ее аналитическое определение достаточно затруднено, т.к необходимо наряду с идентификацией органа-мишени понимание механизма взаимодействия токсиканта на клеточном и молекулярном уровне.

Биологический отклик на действие токсикантов ОГ включает многочисленные биохимические процессы, находящиеся в то же вре­мя под сложным генетическим контролем. Суммируя такие процессы, определяют индивидуальную восприимчивость и соответственно ре­зультат воздействия токсичных веществ.

Ниже представлены данные исследований воздействия отдельных компонентов ОГ ДВС на здоровье человека.

Угарный газ (СО) является одним из преобладающих компонен­тов в сложной композиции ОГ автомобилей. Оксид углерода бес­цветный газ, не имеющий запаха. Токсическое действие СО на орга­низм человека и теплокровных животных заключается в том, что он взаимодействует с гемоглобином (НЬ) крови и лишает его возможно­сти выполнять физиологическую функцию переноса кислорода, т.е. протекающая в организме при воздействии на него избыточной кон­центрации СО альтернативная реакция приводит прежде всего к на­рушению тканевого дыхания. Таким образом, происходит конкурен­ция О 2 и СО за одно и то же количество гемоглобина, но сродство гемоглобина к СО примерно в 300 раз больше чем к О 2 , поэтому СО способен вытеснять кислород из оксигемоглобина. Обратный про­цесс диссоциации карбоксигемоглобина протекает в 3600 раз мед­леннее, чем оксигемоглобина. В целом эти процессы приводят к на­рушению обмена кислорода в организме, кислородному голоданию тканей, особенно клеток центральной нервной системы, т.е отравле­нию организма угарным газом.

Первые признаки отравления (головная боль в области лба, уста­лость, раздражительность, обморок) появляются при 20 30 % пре­вращения НЬ в НЬСО. Когда превращение достигает 40 - 50 %, по­страдавший падает в обморок, а при 80 % наступает смерть. Таким образом, длительное вдыхание СО в концентрации более 0,1 % опас­но, а концентрация 1 % смертельна при воздействии в течение не­скольких минут.

Полагают, что воздействие ОГ ДВС, основную долю которых со­ставляет СО, является фактором риска в развитии атеросклероза и болезней сердца. Аналогия связана с повышенной заболеваемостью и смертностью курящих, подвергающих организм продолжительному воздействию дыма сигарет, содержащего, как и ОГ ДВС, значитель­ное количество СО.

Оксиды азота. Из всех известных оксидов азота в воздухе автома­гистралей и прилегающей к ним зоне в основном определяются оксид (NO) и диоксид (NO 2). В процессе сгорания топлива в ДВС сначала образуется N0, концентрации NО 2 значительно ниже. При сгорании топлива возможны три пути образования N0:

1. 
   При высоких температурах, присущих пламени, атмосферный азот реагирует с кислородом, образуя термический N0, скорость образования термического N0 гораздо меньше скорости горения топлива и увеличивается она с обогащением топливовоздушной смеси;
2. 
   Наличие в топливе соединений с химически связанным азотом (в асфалменовых фракциях очищенного топлива содержание азота 2,3% по массе, в тяжелых топливах 1,4 %, в сырой нефти среднее содержание азота по массе составляет 0,65 %) обуславливает образование при горении топливного N0. Окисление азотосодержащих соединений (в частности простых NH3, HCN) происходи! быстро, за время, сравнимое с временем реакции горения. Выход топливного N0 мало зависит от температуры;
3. 
   Образующийся на фронтах пламени N0 (не из атмосферных N2 и Oi ) называется быстрым. Считается, что режим протекает через промежуточные вещества, содержащие группы CN, быстрое исчезновение которых вблизи зоны реакции приводит к образованию N0.

2 NO + O2 -» 2NO 2 ; NO + Оз

В то же время в солнечный полдень происходит фотолиз N02 с образованием N0:

N0 2 + h -> N0 + О.

Таким образом, в атмосферном воздухе существует конверсия N0 и N02, которая вовлекает во взаимодействие с оксидами азота орга­нические соединения загрязнители с образованием весьма токсич­ных соединений. например, нитросоединений, нитро-ПАУ (полициклические ароматические углеводороды) и др.

Воздействие окислов азота в основном связано с раздражением слизистых оболочек. Длительное воздействие приводит к возникно­вению острых заболеваний органов дыхания. При остром отравле­нии оксидами азота может возникнуть отек легких. Диоксид серы. Доля диоксида серы (SO2) в ОГ ДВС невелика по сравнению с оксидами углерода и азота и зависит от содержания се­ры в используемом топливе, при сгорании которого она образуется. Особенно следует отметить вклад автотранспорта с дизельными дви­гателями в загрязнение атмосферы соединениями серы, т.к. содержа­ние сернистых соединений в топливе относительно велико, масштабы его потребления огромны и увеличиваются с каждым годом. Повы­шенное содержание диоксида серы чаще можно ожидать вблизи ав­тотранспорта, работающего на холостом ходу, а именно на автосто­янках, вблизи регулируемых перекрестков.

Диоксид серы -- бесцветный газ, с характерным удушливым запа­хом горящей серы, достаточно легко растворим в воде. В атмосфере диоксид серы вызывает конденсацию водяных паров в виде тумана даже в условиях, когда давление паров меньше требуемого для кон­денсации. Растворяясь в имеющейся на растениях влаге, диоксид се­ры образует кислый раствор, губительно действующий на растения. Особенно от этого страдают хвойные породы деревьев, расположен­ные вблизи городов. На высших животных и человека диоксид серы действует в первую очередь как местный раздражитель слизистой оболочки верхних дыхательных путей. Изучение процесса поглоще­ния SO2 в респираторном тракте ингалированием воздуха, содержа­щего определенные дозы данного токсиканта, показало, что противоточный процесс адсорбции, десорбции и удаления из организма SO2 после десорбции при выдохе, уменьшает общую нагрузку его в верхних дыхательных путях. В процессе дальнейших исследований в этом направлении было установлено, что повышение специфическо­го отклика (в виде бронхоспазма) на воздействие SO2 коррелирует с размером площади респираторного тракта (в облаете зева), адсорбировавшей двуоксид серы.

Следует отметить, что люди с респираторными заболеваниями очень чувствительны к эффектам воздействия воздуха, загрязненного SO2. Особенно чувствительны к ингаляции даже самых низших доз SO2 астматики, у которых развивается острый, порой симптоматиче­ский бронхоспазм в процессе даже краткого воздействия низких доз диоксида серы.

Изучение синергического эффекта воздействия оксидантов, в ча­стности, озона и диоксида серы выявило значительно большую токсичность смеси по сравнению с отдельными компонентами.

Свинец. Использование свинецсодержащих антидетонациониых добавок к топливу привело к тому, что автотранспорт является ос­новным источником выброса в атмосферу свинца в виде аэрозоля неорганических солей и оксидов. Доля свинцовых соединений в ОГ ДВС составляет от 20 до 80% массы выбрасываемых частиц и меняет­ся она в зависимости от размера частиц и режима работы двигателя.

Использование этилированного бензина при интенсивном транс­портном потоке приводит к значительному загрязнению свинцом атмосферного воздуха, а также почвы и растительности на площа­дях, прилегающих к автострадам.

Замена ТЭС (тетраэтилсвинца) на другие более безвредные со­единения антидетонаторы и последующий постепенный переход на неэтилированный бензин способствуют уменьшению содержания свинца в атмосферном воздухе.

В нашей стране, к сожалению, продолжается выпуск этилирован­ного бензина, хотя и предусмотрен в ближайшее время переход на использование автотранспортом неэтилированного бензина.

Свинец поступает в организм либо с продуктами питания, либо с воздухом. Симптомы свинцовой интоксикации известны давно. Так в условиях длительного производственного контакта со свинцом ос­новные жалобы были на головную боль, головокружение, повышен­ную раздражительность, быструю утомляемость, нарушение сна. В легкие могут поступать частицы соединений свинца, имеющие вели­чину, менее 0,001 мм. Более крупные задерживаются в носоглотке и бронхах.

По данным от 20 до 60 % ингалированного свинца размещается в респираторном тракте. Большая часть его затем выводится из респи­раторного тракта потоком биологических жидкостей. Из всего коли­чества абсорбированного организмом свинца на долю атмосферного приходится 7-40 %.

О механизме действия свинца на организм пока нет единого пред­ставления. Полагают, что соединения свинца действуют как прото­плазм атический яд. В раннем возрасте воздействие свинца наносит необратимый вред центральной нервной системе.

Органические соединения. Среди многих органических соедине­ний, идентифицированных в ОГ ДВС, в токсикологическом отноше­нии выделяются 4 класса:

Алифатические углеводороды и продукты их окисления (спирты, альдегиды, кислоты);

Ароматические соединения, включая гетероциклы и их окислен­ные продукты (фенолы, хиноны);

• 
  алкилзамещенные ароматические соединения и их окисленные
• 
  продукты (алкилфенолы, алкилхиноны, ароматические карбоксиальдегиды, карбоновые кислоты);

Следует отметить, что токсикологические исследования большин­ства ингалируемых соединений, входящих в перечень атмосферных загрязнителей, проводились в основном в чистом виде, хотя боль­шинство выбрасываемых в атмосферу, органических соединений ад­сорбируется на твердых относительно инертных и нерастворимых частицах. Твердые частицы это сажа продукт неполного сгорания топлива, частицы металлов, их оксидов или солей, а также частицы пыли, всегда присутствующие в атмосфере. Известно, что 20 30 % твердых взвешенных частиц в городском воздухе составляют микро­частицы (размером менее 10 мкм), выбрасываемые с ОГ ДД грузовых автомобилей и автобусов.

Выброс твердых частиц с ОГ зависит от многих факторов, среди которых особо следует выделить конструктивные особенности дви­гателя, режим его работы, техническое состояние, и состав исполь­зуемого топлива. Адсорбция органических соединений, содержащих­ся в ОГ ДВС, на твердых частицах зависит от химических свойств взаимодействующих компонентов. В дальнейшем степень токсиколо­гического воздействия на организм будет зависеть от скорости раз­деления ассоциированных органических соединений и твердых час­тиц, скорости мегаболизма и нейтрализации органических токси­кантов. Твердые частицы также могут воздействовать на организм, и токсический эффект может быть не менее опасным, чем рак.

Окислители. Композицию соединений ОГ, попавших в атмосферу, нельзя рассматривать изолированно из-за происходящих физических и химических превращений и взаимодействий, которые приводят, с одной стороны, к трансформации химических соединений, с другой стороны к их удалению из атмосферы. Комплекс процессов, происхо­дящих с первичными выбросами ДВС включает:

Сухое и мокрое высаживание газов и частиц;

Химические реакции газообразных эмиссий ОГ ДВС с ОН, 1ЧОз, радикалами, Оз, N2O5 и газообразной HNO3; фотолиз;

Реакции органических соединений, адсорбированных на части­цах с соединениями в газовой фазе или в адсорбированном виде; - реакции различных реакционноспособных соединений в водной фазе, приводящие к образованию кислотных осадков.

Процесс сухого и мокрого высаживания химических соединений выбросов ДВС зависит от размера частиц, адсорбционной способно­стью соединений (константы адсорбции и десорбции), их раствори­мости. Последнее особенно важно для хорошо растворимых в воде соединений, концентрация которых в атмосферном воздухе во время дождя может быть доведена до нуля.

Физические и химические процессы, происходящие в атмосфере с исходными соединениями ОГ ДВС, а также их воздействие на людей и животных тесно связаны с их временем жизни в атмосферном воз­духе.

Таким образом, при гигиенической оценке воздействия ОГ ДВС на здоровье населения следует учитывать то, что соединения первич­ного состава ОГ в атмосферном воздухе претерпевают различные трансформации. При фотолизе ОГ ДВС происходит диссоциация многих соединений (N02, Ог, Оз, НСНО и др.) с образованием высо-кореакционноспособных радикалов и ионов, взаимодействующих как между собой, так и с более сложными молекулами, в частности, с соединениями ароматического ряда, которых достаточно много в ОГ.

В итоге, среди вновь образующихся в атмосфере соединений появ­ляются такие опасные загрязнители воздуха, как озон, различные неорганические и органические перекисные соединения, амино-, нитро- и нитрозосоединения, альдегиды, кислоты и др. Многие из них сильные канцерогены.

Несмотря на обширную информацию об атмосферных трансфор­мациях химических соединений, входящих в состав ОГ, к настоящему времени эти процессы в полной мере не изучены, а следовательно, не идентифицированы многие продукты этих реакций. Однако даже то, что известно, в частности, о воздействии фотооксидантов на здоро­вье населения, особенно на астматиков и ослабленных хроническими легочными заболеваниями людей подтверждает токсичность ОГ ДВС.

Нормативы выбросов вредных веществ с отработанными газами автомобилей - одно из основных мероприятий снижение токсичности автомобильных выбросов, постоянно возрастающее количество ко­торых оказывает угрожающее влияние на уровень загрязнения атмо­сферного воздуха крупных городов и соответственно на здоровье человека. Впервые внимание к автомобильным выбросам было привлечено при исследовании химии атмосферных процессов (1960-е г.г., США, Лос-Анжелес), когда было показано, что фотохимические реакции углеводоро­дов и окиси азота способны образовывать многие вторичные загрязните­ли, раздражающие слизистые оболочки глаз, дыхательных путей и ухудшающие видимость.

В связи с тем, что основной вклад в общее загрязнение атмосферного воздуха углеводородами и оксидами азота вносят ОГ ДВС, последние бы­ли признаны причиной фотохимического смога, а перед обществом поя­вилась проблема законодательного ограничения вредных автомобильных выбросов.

В связи с этим в конце 50-х годов в Калифорнии была начата разра­ботка стандартов на выброс загрязнителей, содержащихся в ГО автомоби­лей, как часть законодательства штата, касающаяся качества атмосферно­го воздуха.

Целью стандарта было "установление максимально допустимых норм содержания загрязнителей в автомобильных выбросах, увязанных с охра­ной здоровья населения, предотвращением раздражения органов чувств, ухудшения видимости и ущерба растительности".

В 1959 г. в Калифорнии были установлены первые в мире стандарты -предельные значения в ОГ СО и СmНn, в 1965 г. - принят в США закон о контроле за загрязнением воздуха автотранспортом, а в 1966 г. - утвер­жден государственный стандарт США.

Государственный стандарт был в сущности техническим заданием для автомобильной промышленности, стимулируя разработку и внедрение многих мероприятий, направленных на совершенствование автомобиле­строения.

Одновременно это позволяло Агентству по охране окружающей среды США регулярно ужесточать стандарты, снижающие количественное со­держание токсичных компонентов в ОГ.

В нашей стране первый государственный стандарт по ограничению вредных веществ в ОГ автомобилей с бензиновыми двигателями был при­нят в 1970 г.

В последующие годы были разработаны и действуют различные нор­мативные и технические документы, в том числе отраслевые и государст­венные стандарты, в которых отражено поэтапное снижение норм выброса вредных компонентов ОГ.

1.2. Снижение выбросов от автотранспорта

В настоящее время для снижения вредных выбросов от автотранспорта предложено много способов: применение новых (Н 2 , СН4 и другое газовое топливо) и комбинированных топлив, электроники для регулирования работы двигателя на обедненных смесях, усовершенствования процесса сгорания (форкамерно-факельное), каталитической очистки выхлопных газов и др.

При создании катализаторов используют два подхода - разрабатывают системы для окисления оксида углерода и углеводородов и для комплекс­ной ("трехкомпонентной") очистки, основанной на восстановления окси­дов азота оксидом углерода в присутствии кислорода и углеводородов. Наиболее привлекательна полная очистка, однако при этом требуются дорогостоящие катализаторы. В двухкомпонентной очистке наибольшую активность показали платино-палладиевые катализаторы, а в трехкомпо­нентной очистке - платино-родиевые или более сложные - содержащие платину, родий, палладий, церий на гранулированном оксиде алюминия.

Долгое время создавалось впечатление, что применение дизельных двигателей способствует экологической чистоте. Однако, несмотря на то, что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, NO X выбрасывают не более чем бензиновые, они существенно больше выбра­сывают сажи (очистка от которой до сих пор не имеет кардинальных ре­шений), диоксида серы. В сочетании же с создаваемым шумом дизельные двигатели не являются более экологичными по сравнению с бензиновыми.

Дефицит жидкого топлива нефтяного происхождения, а также доста­точно большое количество вредных веществ в ОГ при его использовании способствуют поиску альтернативных видов топлива. С учетом специфики автомобильного транспорта сформулированы пять основных условий пер­спективности новых видов топлива: наличие достаточных энергосырьевых ресурсов, возможность массового производства, технологическая и энер­гетическая совместимость с транспортными силовыми установками, при­емлемые токсические и экологические показатели процесса энергопользования, безопасность и безвредность эксплуатации. Таким образом, пер­спективным автомобильным топливом может быть тот химический источ­ник энергии, который позволяет решить в какой-то степени энергоэкологическую проблему.

По мнению специалистов в наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют углеводородные газы естественного происхождения и синтетические топлива-спирты. В ряде работ в качестве перспективных видов топлива названы водород и такие азотосодержащие соединения, как аммиак и гидразин. Водород как перспективное автомобильное топливо давно привлекал внимание ученых, что обу­словлено его высокими энергетическими показателями, уникальными кинетическими характеристиками, отсутствием большинства вред­ных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой.

Водородный двигатель является экологически чистым, т.к при сгорании водородовоздушных смесей образуется водяной пар и ис­ключается образование каких-либо токсических веществ, кроме ок­сидов азота, эмиссия которых также может быть доведена до незна­чительного уровня.

Получают водород в основном при переработке природного газа и нефти, в качестве перспективного метода рассматриваются газифи­кации углей под давлением на парокислородном дутье, изучается также использование избыточной энергии электростанций для полу­чения водорода электролизом воды.

Многочисленные схемы возможного применения водорода на ав­томобиле делят на две группы: в качестве основного топлива и до­бавки к современным моторным топливам, причем водород можно использовать в чистом виде или в составе вторичных энергоносите­лей. Водород как основное топливо - далекая перспектива, связанная с переходом автотранспорта на принципиально новую энергетиче­скую базу.

Более реально применение водородных добавок, позволяющих улучшить экономические и токсические показатели автомобильных двигателей.

Наибольший интерес в качестве вторичных энергоносителей представляет аккумулирование водорода в составе металлогидридов. Для зарядки металлогидридного аккумулятора через гидрид некоторых металлов при низких температурах пропускаю! водород и отво­дят тепло. При работе двигателя гидрид нагревается горячей водой или ОГ с выделением водорода.

Как показали исследования на транспортных установках наибо­лее целесообразно использовать комбинированную систему хране­ния, включающую гидриды железо-титан и магний-никель.

По сравнению с водородом, рассматриваемым пока как перспек­тивный вид газового моторного топлива (т.к. не разработаны про­мышленные способы его производства в достаточном для массового применения количестве), углеводородные газы природный и нефтя­ной - являются наиболее приемлемыми для автотранспорта альтернативными видами топлив, которые могли бы покрыть все возрас­тающий дефицит жидкого моторного топлива.

Испытания работы двигателей на сжиженном газе показывают, что по сравнению с использованием бензина в ОГ содержится в 2 4 раза меньше СО, в 1,4 -1,8 раза NO X . В то же время выбросы углево­дородов, особенно при работе в низких скоростных режимах и малых нагрузках, увеличиваются в 1,2 - 1,5 раза.

Внедрение газового топлива на автомобильном транспорте сти­мулируется не только стремлением разнообразить энергоносители в условиях все большего дефицита нефти, а также экологичностью данного вида топлива, что крайне важно в условиях ужесточения норм токсичных выбросов, но и отсутствием каких-либо серьезных технологических процессов подготовки данного вида топлива к ис­пользованию.

С точки зрения экологической чистоты наиболее перспективен электромобиль. Имеющиеся на сегодняшний день проблемы (создание надежных электрохимических источников питания, высо­кая стоимость и др.) вполне могут быть решены в будущем.

Общее экологическое состояние в городах определяется также правильной организацией движения автотранспорта. Наибольший выброс вредных веществ происходит при торможении, разгоне, до­полнительном маневрировании. Поэтому создание дорожных "развязок", скоростных магистралей с сетью подземных переходов, правильная установка светофоров, регулирование движения транс­порта по принципу "зеленой волны" во многом сокращают поступ­ление в атмосферу вредных веществ и способствуют сохранности транспорта.

Шум от автомобильного транспорта - это наиболее распростра­ненный вид неблагоприятного экологического воздействия на орга­низм человека. В городах до 60 % населения проживают в зонах с повышенным уровнем шума, связанным именно с автомобильным транспортом. Уровень шума зависит от структуры транспортного потока (доли грузовых автомобилей), интенсивности движения, каче­ства дорожного покрытия, характера застройки, поведения водителя во время движения и др.

Снижение уровня шума от автомобильного транспорта может быть достигнуто на основе технического усовфшенствования авто­мобиля, противошумовых ограждающих конструкций и зеленых на­саждений. Рациональная организация движения транспорта, а также ограничение движения автомобилей в городе могут помочь в реше­нии проблемы снижения шума.

1.3. Влияние транспортно-дорожного комплекса на биоценозы

Антропическое действие ТДК обусловлено многочисленными факторами. Среди них все-же преобладающими являются два:

Отвод земель и связанное с этим нарушение природных систем,

Загрязнение окружающей среды. Отвод земель осуществляется в соответствии со СНиПами по проектированию дорог. Нормы отвода земель учитывают их ценность и зависят от категории проектируемой дороги.

Так, на 1 км автомобильной дороги V (низшей) категории с одной полосой движения отводится 2,1-2,2 га сельскохозяйственных или 3,3-3,4 га несельскохозяйственных земель, для дорог 1 категории -4,7-6,4 га или 5,5-7,5 га соответственно.

Кроме того, отводятся значительные площади для стоянок автомобилей, участков пересечения дорог, транспортных развязок и т.д. Например, для размещения транспортных развязок в разных уровнях на пересечении автомобильных дорог отводятся от 15 га на одну развязку в случае пересечения двух двухполосных дорог до 50 га в случае пересечения двух восьмиполосных дорог.

Указанные полосы отвода земель обеспечивают качество строительства и эксплуатации дорог, а значит, безопасность движения. Поэтому их следует рассматривать как неизбежные потери при повышении уровня цивилизованности.

Сеть автомобильных дорог РФ составляет около 930 тыс.км., в т.ч. 557 тыс.км общего пользования. При условном отведении на 1 км 4 га земли получится, что 37,2 тыс.км2 занято дорогами.

Автомобильный парк России составляет около 20 млн. единиц (из них только 2 % автомобилей, использующих газовое топливо). Около 4 тыс. крупных и средних автотранспортных предприятий, множество мелких, находящихся в основном в частной собственности, заняты перевозками.

Из всех веществ, загрязняющих атмосферу, 53% образованы различными видами транспортных средств. Из них 70% приходится на долю автомобильного транспорта (И.И.Мазур,1996). Суммарный выброс вредных веществ в атмосферу передвижными и стационарными источниками ТДК составляет около 18 млн.т в год. Наибольшую опасность представляют СО, углеводороды, NO 2 , сажа, SO 2 Pb, пылевидые вещества различного происхождения.

Предприятия ТДК ежегодно выбрасывают в окружающую среду миллионы тонн производственных сточных вод. Наиболее значимыми из них являются взвешенные вещества, нефтепродукты, хлориды и хозяйственно-бытовые воды.

Загрязнение окружающей среды транспортом и предприятиями ТДК неравноценны, однако, совместное воздействие их на окружающую среду колоссально и считается на сегодняшний день наиболее значимым.

Среди причин определяющего вклада ТДК в загрязнение окружающей среды РФ можно выделить следующие:

1. Отсутствует эффективная система регулирования техногенного воздействия ТДК на окружающую среду;

2. Отсутствуют гарантии заводов-изготовителей на стабильность экологических характеристик;

3. Недостаточен контроль за качеством выпускаемых и отпускаемых потребителям топливно-смазочных материалов;

4. Низкий уровень ремонтных работ на ТДК и, в частности, автомобильного транспорта (по И.И. Мазуру и др., 1996);

5. Низкий правовой и нравственно-культурный уровень значительной части лиц, обслуживающих ТДК РФ. Для улучшения сложившейся ситуации в Российской Федерации разработана и реализуется целевая комплексная программа «Экологическая безопасность России».

1.3.2 Последствия влияния ТДК на биоту экосистем

Влияние ТДК на биосферу или отдельные экосистемы – лишь часть антропического воздействия на окружающую среду. Поэтому для него характерны все черты, определяемые последствиями научно- технического прогресса, урбанизации и агломерации. Вместе с тем имеется особая специфика.

Действия транспортных систем и транспорта на окружающую среду можно условно разделить на:

1. Перманентные

2. Уничтожающие

3. Повреждающие.

Перманентное действие на экосистему приводит к периодическим изменениям, которые не выводят ее из состояния равновесия. Это касается некоторых видов загрязнения (как например, умеренное акустическое) или повышенной эпизодической рекреационной нагрузки.

В соответствии с Законом (правилом) 1% изменения энергетики естественной системы до 1% не выводит ее из состояния равновесия. Экосистема способна при указанных условиях самосохраняться и самовосстанавливаться.

Уничтожающее действие на биоту приводит к ее полному или значительному истреблению. Резко уменьшается видовое разнообразие и количество биомассы. Оно осуществляется при строительстве транспортных систем и предприятий ТДК, а также в результате техногенных аварий.

Кроме прямых негативных последствий, очевидно, что всякое хозяйственное действие, приводящее к непосредственному разрушению окружающей среды, приводит к появлению нежелательных последствий, влияющих в итоге на микроэкономические и социальные процессы. Эта закономерность была впервые высказана П.Дансеро (1957) и называется Законом обратной связи взаимодействия «человек-биосфера». Б. Коммонер в этой связи высказал один и своих экологических «постулатов» - «за все надо платить». И, наконец, повреждающее действие на экосистемы проявляется в условиях, когда изменение энергетики превышает 1% энергетического потенциала системы (см. выше), но не уничтожает ее. В условиях ТДК оно проявляется при строительстве и эксплуатации транспортных систем.

Природа постоянно стремится восстановить утраченное равновесие, используя для этого механизм сукцессий, а человек пытается сохранить полученные преимущества, например, за счет ремонта и восстановления коммуникаций и обслуживающих их территорий.

Каковы же последствия повреждения природных экосистем ТДК для биоты экосистем?

1.Часть видов живых существ может исчезнуть. Все они составляют для человека возобновимые ресурсы. Но по Закону необратимости взаимодействия «человек-биосфера» (П.Дансеро,1957) при нерациональном природопользовании они переходят в разряд невозобновимых и исчерпаемых.

2. Уменьшается численность существующих популяций. Одна из причин этого для продуцентов состоит в снижении плодородия почв и загрязнения окружающей среды. Установлено, что тяжелые металлы, традиционные загрязнители автомобильных дорог, обнаруживаются в количествах, превышающих допустимые нормы на расстоянии 100 м от дороги. Они задерживают развитие многих видов растений, сокращают их онтогенез. Так, например, липы (Tilia L.), растущие вдоль автомобильных дорог, погибают через 30-50 лет после посадки, в то время как в городских парках растут по 100-125 лет (Е.И.Павлова, 1998). Численность консументов снижается вследствие уменьшения источников корма и воды, а также возможностей для перемещения и размножения (см. лекцию №5).

3. Нарушается целостность природных ландшафтов. Поскольку все экосистемы связаны друг с другом, повреждение или уничтожение хотя бы одной из них в результате воздействия ТДК или иных структур неизбежно отражается на существовании биосферы в целом.

Примечание: настоящая лекция предназначена для студентов обучающихся по специализации «Инженерная защита окружающей среды на транспорте».

2. Проблемы городского транспорта

Центральной проблемой экологии городов является загрязне­ние атмосферы автотранспортом, «вклад» которого составляет от 50 до 90%. (В глобальном балансе загрязнения атмосферы доля автотранспорта -13,3%.)

2.1. Влияние автотранспорта на городскую среду

Автомобиль вы­жигает значительное количество кислорода и выбрасывает в ат­мосферу эквивалентное количество диоксида углерода. В составе выхлопных газов автомобиля содержится около 300 вредных ве­ществ. Основными загрязняющими атмосферу веществами явля­ются оксиды углерода, углеводороды, оксиды азота, сажа, сви­нец, диоксид серы. Среди углеводородов наиболее опасны бензопирен, формальдегид, бензол (табл. 45).

При работе автомобиля в атмосферу поступает также резино­вая пыль, образующаяся вследствие стирания покрышек. При ис­пользовании бензина с добавлением соединений свинца автомо­биль загрязняет почвы этим тяжелым металлом. Происходит загрязнение водоемов при мытье автомобилей и при попадании в воду отработанного моторного масла.

Для передвижения автомобилей необходимы асфальтовые трассы, значительную площадь занимают гаражи и места парко­вок. Наибольший вред наносят личные автомобили, так как за­грязнение среды при поездке на автобусе в пересчете на одного пассажира примерно в 4 раза меньше. Автомобили (и другой транспорт, особенно трамваи) являются источником шумового загрязнения.

2.2. Мировой уровень автомобилизации

В мире насчитывается около 600 млн автомобилей (в Китае и Индии - 600 млн велосипе­дов). Лидером по автомобилизации являются США, где на 1000 че­ловек приходится 590 автомобилей. В разных городах США на по­ездки одного жителя по городу расходуется от 50 до 85 галлонов бензина в год, что обходится в 600-1000 долл. (Браун, 2003). В дру­гих развитых странах этот показатель ниже (в Швеции - 420, в Японии - 285, в Израиле - 145). В то же время есть страны с низ­ким уровнем автомобилизации: в Южной Корее на 1000 человек населения приходится 27 автомобилей, в Африке - 9, в Китае и Индии - 2.

Сокращение количества личных автомобилей может быть дос­тигнуто при повышении цен на автомобили, оборудованные элек­тронными средствами контроля влияния на окружающую среду, и при экологически ориентированной налоговой системе. Так, в США введен сверхвысокий «зеленый» налог на моторное масло. В ряде стран Европы постоянно увеличивается плата за парковку автомобилей.

В России за последние 5 лет парк автомобилей увеличился на29%, и их среднее количество на 1000 россиян достигло 80

(в крупных городах - свыше 200). Если сложившиеся тенденции автомобилизации городов сохранятся, это может привести к рез­кому ухудшению состояния окружающей среды.

Специальной задачей, особенно актуальной для России, явля­ется уменьшение числа устаревших автомобилей, которые про­должают использоваться и загрязняют среду больше, чем новые, а также утилизация автомобилей, поступающих на свалки.

2.3. Пути экологизации городского транспорта

Снижение отри­цательного влияния автомобиля на окружающую среду - важ­ная задача городской экологии. Самый радикальный способ ре­шения вопроса - сокращение количества автомобилей и замена их велосипедами, однако, как отмечалось, оно продолжает увели­чиваться во всем мире. И потому пока наиболее реальной мерой уменьшение вреда от автомобиля является снижение затрат горю­чего путем совершенствования двигателей внутреннего сгорания. Ведутся работы по созданию двигателей автомобиля из керамики, что позволит повысить температуру сжигания горючего и умень­шить количество выхлопных газов. В Японии и ФРГ уже исполь­зуются автомобили, оборудованные специальными электронны­ми устройствами, обеспечивающими более полное сжигание топлива. В конечном итоге все это позволит снизить расход горю­чего на 100 км пути примерно в 2 раза. (В Японии компания «Тойота» готовит к выпуску модель автомобиля с расходом горю­чего 3 л на 100 км пути.)

Экологизируется горючее: используются бензин без свинцо­вых добавок и специальные добавки-катализаторы к жидкому топливу, что увеличивает полноту его сгорания. Загрязнение ат­мосферы автомобилем уменьшается также при замене бензина на сжиженный газ. Разрабатывают и новые виды топлива.

Недостатков автомобилей с двигателями внутреннего сгорания нет у электромобилей, разработка которых ведется во многих стра­нах. Начат выпуск таких автофургонов и легковых автомобилей. Для обслуживания городского хозяйства создаются минитракто-ры на электротяге. Однако в ближайшие годы электромобили вряд ли будут играть заметную роль в мировом автомобильном парке, так как они требуют частых подзарядок аккумуляторов. Кроме того, недостатком электромобиля является неизбежное загрязне­ние среды свинцом и цинком, которое происходит при производст­ве и переработке аккумуляторов.

Разрабатываются различные варианты автомобилей на водо­родном топливе, в результате сжигания которого образуется вода, и таким образом вообще не происходит загрязнения окружающей

Среды. Поскольку водород - взрывоопасный газ, для его исполь­зования в качестве топлива предстоит решить ряд сложных тех­нологических проблем безопасности.

В рамках развития физических вариантов гелиоэнергетики идет разработка моделей солнцемобилей. Пока эти транспортные средства проходят стадии экспериментальных образцов, тем не менее, в Японии регулярно проводятся их ралли, в которых учас­твуют и российские создатели нового транспорта. Стоимость мо­делей-чемпионов пока в 5-10 раз выше, чем стоимость самого пре­стижного автомобиля. Недостатком солнцемобилей являются большие размеры солнечных элементов, а также зависимость от погоды (солнцемобиль снабжается аккумулятором на случаи, когда солнце скрыто за облаками).

В больших городах строятся объездные дороги для междуго­родных автобусов и грузового транспорта, а также подземные и надземные транспортные магистрали, поскольку особенно много выхлопных газов выделяется в атмосферу при возникновении «пробок» на перекрестках улиц. В ряде городов движение автомо­билей организуется по типу «зеленой волны».

2.4. Муниципальный опыт управления пробегом личных автомобилей

Большое количество автомобилей во многих городах мира не только ведет к загрязнению атмосферы, но и становится причи­ной нарушения движения и образования «пробок», что сопровож­дается перерасходом бензина и потерей времени водителей. Осо­бенно впечатляют данные по городам США, где уровень автомобилизации населения очень высок. В 1999 г. общие потери от дорожных заторов в США составили 300 долл. в год на одного американца, а всего - 78 млрд долл. В некоторых городах эти по­казатели особенно высоки: в Лос-Анджелесе, Атланте и Хьюстоне каждый владелец автомобиля теряет в «пробках» более 50 ч в год и расходует дополнительно 75-85 галлонов бензина, что обходится ему в 850-1000 долл. (Браун, 2003).

Муниципальные власти делают все возможное, чтобы снизить эти потери. Так, в США в ряде штатов поощряются совместные поездки соседей в одном автомобиле на работу. В Милане для уменьшения пробега личных автомобилей практикуется исполь­зование их через день: по четным дням разрешается выезд авто­мобилей с четными номерами, а по нечетным дням -с нечетными. В Европе* с конца 1980-х годов растет популярность «автомобильных парков совместного пользования». Европейская сеть таких парков сегодня включает 100 тыс. членов в 230 городах Германии, Австрии, Швейцарии и Нидерландов. Каждый коллективный автомобиль заменяет 5 личных, а в целом ежегодно общий автопробег снижается более чем на 500 тыс. км.

2.5. Роль общественного транспорта

Во многих городах удалось достичь уменьшения пробега личных автомобилей за счет совер­шенной организации работы общественного транспорта (удель­ный расход горючего при этом уменьшается примерно в 4 раза). Доля общественного транспорта максимальна в Боготе (75%), в Куритибе (72%), Каире (58%), Сингапуре (56%), Токио (49%). В большинстве городов США роль общественного транспорта не превышает 10%, однако в Нью-Йорке этот показатель достигает 30% (Браун, 2003).

Самая совершенная организация работы общественного транспорта - в Куритибе (Бразилия). В этом городе с населением 3,5 млн человек по пяти радиальным маршрутам движутся трех-секционные автобусы, по трем круговым - двухсекцонные, по более коротким маршрутам ходят односекционные автобусы. Движение происходит строго по расписанию, остановки оборудо­ваны так, что пассажиры быстро входят и выходят из автобусов. В результате несмотря на то что количество личных автомобилей у жителей не меньше, чем в других городах, они пользуются ими редко, предпочитая общественный транспорт. Кроме того, в горо­де год от года увеличивается количество велосипедов, а протя­женность велосипедных дорожек превысила 150 км. С 1974 г. на­селение города увеличилось в 2 раза, а поток автомобилей на дорогах снизился на 30%.

2.6. Проблема утилизации старых автомобилей

Отслужившие автомобили являются одной из самых объемных и сложных для переработки фракций бытовых отходов (см. 7.5). В странах «золо­того миллиарда» налажена их переработка. Если раньше за сдачу автомобиля в утиль приходилось платить значительную сумму денег, то теперь это делается бесплатно: стоимость утилизации старого автомобиля включена в цену нового. Таким образом, рас­ходы по утилизации автомобильных «останков» несут производя­щие фирмы и покупатели. В Европе ежегодно перерабатывается 7 млн автомобилей, причем все новые модели в качестве обяза­тельного инженерного решения включают «легкую разбирае-мость» на узлы - в этом лидирует фирма «Рено».

В России пока утилизация старых автомобилей организована плохо (Романов, 2003). Это одна из причин того, что в действую­щем автопарке доля автомобилей старше 10 лет превышает 50%, а они, как известно, - основные загрязнители городской среды. «Останки» старых автомобилей разбросаны повсеместно и загрязняют окружающую среду. Там, где переработка старых автомоби­лей организована, она примитивна: либо прессуются старые ку­зова в брикеты (в этом случае при переплавке среда загрязняется отходами горения пластика), либо как металлолом собираются самые тяжелые части автомобиля, а все прочее выбрасывается в озера и леса.

Переработка с фракционированием автомобиля не только более экологична, но и экономически выгодна. Только в резуль­тате переработки аккумуляторов Россия может решить проблему обеспечения свинцом. В развитых странах на свалки попадает не более 10% покрышек, 40% их сжигается с получением энергии, столько же подвергается глубокой переработке и 10% перетира­ется в крошку, которая используется как ценный компонент до­рожных покрытий. Кроме того, на части шин восстанавливают протекторы. При глубокой переработке из каждой тонны покрышек получают 400 л нефти, 135 л газа и 140 кг стальной проволоки.

Впрочем, ситуация в России начинает меняться. Лидирует Московская область, где создан целый ряд производств, которые возглавляют Ногинский и Люберецкий заводы по переработке ме­таллолома. В процесс переработки включились 500 фирм и «фирмочек».

Совершенно очевидно, что России нужна новая законодатель­ная база, регламентирующая судьбу старых автомобилей.

3. Другие виды транспорта и их воздействие на окружающую среду

3.1. Авиация и ракетоносители

Исследования состава продуктов сгорания двигателей, установленных на самолетах «Боинг-747», показали, что содержание токсичных составляющих в продуктах сгорания существенно зависит от режима работы двигателя.

Высокие концентрации СО и CnHm (n – номинальное число оборотов двигателя) характерны для ГТДУ на пониженных режимах (холостой ход, руление, приближение к аэропорту, заход на посадку), тогда как содержание оксидов азота NOx (NO, NO2, N2O5) существенно возрастает при работе на режимах близких к номинальному (взлет, набор высоты, полетный режим).

Суммарный выброс токсичных веществ самолетами с ГТДУ непрерывно растет, что обусловлено повышением расхода топлива до 20 – 30 т/ч и неуклонным ростом числа эксплуатируемых самолетов.

Наибольшее влияние на условия обитания выбросы ГТДУ оказывают в аэропортах и зонах, примыкающих к испытательным станциям. Сравнительные данные по выбросам вредных веществ в аэропортах показывают, что поступления от ГТДУ в приземный слой атмосферы составляют:

Оксиды углерода – 55%

Оксиды азота – 77%

Углеводороды – 93%

Аэрозоль – 97

Остальные выбросы выделяют наземные транспортные средства с ДВС.

Загрязнение воздушной среды транспортом с ракетными двигательными установками происходит главным образом при их работе перед стартом, при взлете и посадке, при наземных испытаниях в процессе их производства и после ремонта, при хранении и транспортировке топлива, а так же при заправке топливом летательных аппаратов. Работа жидкостного ракетного двигателя сопровождается выбросом продуктов полного и неполного сгорания топлива, состоящих из O, NOx, OH и др.

При сгорании твердого топлива из камеры сгорания выбрасываются H2O, CO2, HCl, CO, NO, Cl, а также твердые частицы Al2O3 со средним размером 0,1 мкм (иногда до 10 мкм).

В двигателях космического корабля «Шатл» сжигается как жидкое так и твердое топливо. Продукты сгорания топлива по мере удаления корабля от Земли проникают в различные слои атмосферы, но большей частью в тропосферу.

В условиях запуска у пусковой системы образуется облако продуктов сгорания, водяного пара от системы шумоглушения, песка и пыли. Объем продуктов сгорания можно определить по времени (обычно 20 с) работы установки на стартовой площадке и в приземном слое. После запуска высоко температурное облако поднимается на высоту до 3 км и перемещается под действием ветра на расстояние 30 – 60 км, оно может рассеятся, но может стать и причиной кислотных дождей.

При старте и возвращении на Землю Ракетные двигатели неблагоприятно воздействуют не только на приземный слой атмосферы, но и на космическое пространство, разрушая озоновый слой Земли. Масштабы разрушения озонового слоя определяются числом запусков ракетных систем и интенсивностью полетов сверхзвуковых самолетов. За 40 лет существования космонавтики в СССР и позднее России произведено свыше 1800 запусков ракет-носителей. По прогнозам фирмы Aerospace в XXI в. для транспортировки грузов на орбиту будет осуществляться до 10 запусков ракет в сутки, при этом выброс продуктов сгорания каждой ракеты будет превышать 1,5 т/с.

Согласно ГОСТ 17.2.1.01 – 76 выбросы в атмосферу классифицируют:

По агрегатному состоянию вредных веществ в выбросах, это – газообразные и парообразные (SO2, CO, NOx углеводороды и др.); жидкие (кислоты, щелочи, органические соединения, растворы солей и жидких металлов); твердые (свинец иего соединения, органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые вещества и др.);

По массовому выбросу, выделяя шесть групп, т/сут:

Менее 0,01 вкл.;

Свыше 0,01 до 0,1 вкл.;

Свыше 0,1 до 1,0 вкл.;

Свыше 1,0 до 10 вкл.;

Свыше 10 до 100 вкл.;

Свыше 100.

В связи с развитием авиации и ракетной техники, а также интенсивным использованием авиационных и ракетных двигателей в других отраслях народного хозяйства существенно возрос их общий выброс вредных примесей в атмосферу. Однако на долю этих двигателей приходится пока не более 5% токсичных веществ, поступающих в атмосферу от транспортных средств всех типов.

3.2. Загрязнение окружающей среды судами

Для уменьшения загрязнения газов при работе дизеля металлами, сажей и другими твердыми примесями дизеле-и судостроители вынуждены в кратчайшие сроки оборудовать судовые энергетические установки и пропульсивные комплексы техническими средствами по очистке выпускных газов, более эффективными сепараторами льяльных нефтесодержащих вод, очистителями сточных и бытовых вод, современными инсинераторами.

Рефрижераторы, танкерыгазо-и химовозы, некоторые другие суда являются источниками загрязнения атмосферы фреонами (окислами азота0, используемых в качестве рабочего тела в холодильных установках. Фреоны разрушают озоновый слой атмосферы Земли, являющийся охранным щитом для всего живого от жестокого излучения ультрафиолетового излучения.

Очевидно, что чем тяжелее топливо используемое для тепловых двигателей, тем больше в нем тяжелых металлов. В связи с этим применение на судах природного газа и водорода, наиболее экологически чистых видов топлива, является весьма перспективным. Отработавшие газы дизелей, работающих на газовом топливе, практически не содержат твердых веществ (сажи, пыли) ,а также окислов серы, гораздо меньше содержат угарного газа и несгоревших углеводородов.

Серный газ SO2 входящий в состав выпускных газов, окисляясь до состояния SO3, растворяется в воде и образует серную кислоту, в связи с чем степень вредности SO2 для окружающей среды вдвое выше, чем окислов азота NO2 эти газы и кислоты нарушают экологический баланс.

Если принять за 100% весь ущерб от эксплуатации транспортных судов, то, как показывает анализ, экономический ущерб от загрязнения морской среды и биосферы в среднем составляет 405 , от вибрации и шума оборудования и корпуса судна-22%, от коррозии оборудования и корпуса –18%, от ненадежности транспортных двигателей –15%, от ухудшения здоровья экипажа-5%.

Правила ИМО от 1997 г. ограничивают предельное содержание серы в топливе на ровне 4,5% , а на ограниченных акваториях (например, в Балтийском регионе) до 1,5%. Что касается окислов азота Nox, то для всех новых строящихся судов установлены предельных нормы их содержания в выпускных газах в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля, что уменьшает загрязнения ими атмосферы на 305. При этом значение верхнего предела содержания Nox, у малооборотных дизелей выше, чем у средне и высокооборотных, так как они располагают большим временем на сгорания топлива в цилиндрах.

В результате анализа всех отрицательных факторов, влияющих на окружающую среду при эксплуатации транспортных судов, можно сформулировать основные мероприятия, направленные на уменьшения этого воздействия:

Применение более качественных сортов моторного топлив, а также природного газа и водорода в качестве альтернативного топлива;

Оптимизация рабочего процесса в дизеле на всех эксплуатационных режимах с широким внедрением систем электронно-управляемого впрыска топлива и регулирования фаз газораспределения и топливоподачи, а также оптимизации подачи масла в цилиндры дизеля;

Полное предотвращение пожаров в утилизационных котлах благодаря оборудованию их системами контроля температуры в полости котла, пожаро-тушения, сажеобдува;

Обязательное оборудование судов техническими средствами по контролю качества уходящих в атмосферу выпускных газов и удаляемых за борт нефтесодержащих, сточных и бытовых вод;

Полное запрещение использования на судах для любых целей азотосодержащих веществ (в рефрижераторных установках, противопожарных системах и т д.)

Предотвращение протечек в сальниковых и фланцевых соединениях и судовых системах.

Эффективное применение валогенераторных установок в составе судовых электроэнергетических систем и переход к эксплуатации дизель- генераторов с переменной частотой вращения.