Автотранспорт и химия окружающей среды

      Количество  сажи зависит от температуры в  зоне сгорания. Существуют другие факторы  образования сажи - зоны обогащенной  смеси и зоны контакта топлива  с холодной стенкой, а также неправильная турбуленция смеси. Скорость сжигания сажи зависит от размера частиц, например, сажа сжигается полностью  при размере частиц меньше 0,01 мкм.

      SO2 (оксид серы) - образуется во время  работы двигателя из топлива,  получаемого из сернистой нефти  (особенно в дизелях); эти выбросы  раздражают глаза, органы дыхания. SO2,H2S - очень опасны для растительности.

      Главным загрязнителем атмосферного воздуха  свинцом в Российской Федерации  в настоящее время является автотранспорт, использующий этилированный бензин: от 70 до 87 % общей эмиссии свинца по различным оценкам. РЬО (оксиды свинца) - возникают в ОГ карбюраторных двигателей, когда используется этилированный бензин, чтобы увеличить октановое число для уменьшения детонации (это очень быстрое, взрывное сгорание отдельных участков рабочей смеси в цилиндрах двигателя со скоростью распространения пламени до 3000 м/с, сопровождающееся значительным повышением давления газов). При сжигании одной тонны этилированного бензина в атмосферу выбрасывается приблизительно 0,5... 0,85 кг оксидов свинца. По предварительным данным, проблема загрязнения окружающей среды свинцом от выбросов автотранспорта становится значимой в городах с населением свыше 100 000 человек и для локальных участков вдоль автотрасс с интенсивным движением. Радикальный метод борьбы с загрязнением окружающей среды свинцом выбросами автомобильного транспорта - отказ от использования этилированных бензинов. По данным 1995г. 9 из 25 нефтеперерабатывающих заводов России перешли на выпуск неэтилированных бензинов. В 1997 году доля неэтилированного бензина в общем объеме производства составила 68%. Однако, из-за финансовых и организационных трудностей полный отказ от производства этилированных бензинов в стране задерживается.

      Альдегиды (RxCHO) - образуются, когда топливо  сжигается при низких температурах или смесь очень бедная, а также из-за окисления тонкого слоя масла в стенке цилиндра. При сжигании топлива при высоких температурах эти альдегиды исчезают.

      Загрязнение воздуха идет по трем каналам: 1)ОГ, выбрасываемые  через выхлопную трубу (65%); 2)картерные газы (20%); 3)углеводороды в результате испарения топлива из бака, карбюратора и трубопроводов (15%). 

      2.2 Распространение и трансформация автомобильных выбросов в атмосфере

      Каждый  автомобиль выбрасывает в атмосферу  с отработавшими газами около 200 различных компонентов. Самая большая  группа соединений - углеводороды. Эффект падения концентраций атмосферных  загрязнений, то есть приближение к  нормальному состоянию, связан не только с разбавлением выхлопных газов  воздухом, но и со способностью самоочищения атмосферы. В основе самоочищения лежат  различные физические, физико-химические и химические процессы. Выпадение  тяжелых взвешенных частиц (седиментация) быстро освобождает атмосферу только от Грубых частиц. Процессы нейтрализации  и связывания газов в атмосфере  проходят гораздо медленнее. Значительную роль в этом играет зеленая растительность, поскольку между растениями идет интенсивный газообмен. Скорость газообмена между растительным миром в 25 - 30 раз превышает скорость газообмена между человеком и ОС в расчете  на единицу массы активно функционирующих  органов. Количество атмосферных осадков  оказывает сильное влияние на процесс восстановления. Они растворяют газы, соли, адсорбируют и осаждают на земную поверхность пылевидные частицы.

      Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям.

      Так, твердые частицы размером более 0,1 мм оседают на подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил.

      Частицы, размер которых менее 0,1 мм, a также  газовые примеси в виде CO, СХНУ, NOX, SOX распространяются в атмосфере  под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического  взаимодействия между собой и  с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях  в пределах определенных регионов.

      В этом случае рассеивание примесей в  атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит  от многих факторов.

      Степень загрязнения атмосферного воздуха  выбросами объектов АТК зависит  от возможности переноса рассматриваемых  загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения.

      Компоненты  вредных выбросов с повышенной реакционной  способностью, попадая в свободную  атмосферу, взаимодействуют между  собой и компонентами атмосферного воздуха. При этом различают физическое, химическое и фотохимическое взаимодействия.

      Примеры физического реагирования: конденсация  паров кислот во влажном воздухе  с образованием аэрозоля, уменьшение размеров капель жидкости в результате испарения в сухом теплом воздухе. Жидкие и твердые частицы могут  объединяться, адсорбировать или  растворять газообразные вещества.

      Реакции синтеза и распада, окисления  и восстановления осуществляются между  газообразными компонентами загрязняющих веществ и атмосферным воздухом. 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.

      При выполнении транспортной работы существенным является выброс соединений углерода в виде CO и СХНУ.

      Моноксид  углерода в атмосфере быстро диффундирует и обычно не создает высокой концентрации. Его интенсивно поглощают почвенные  микроорганизмы; в атмосфере он может  окисляться до СО2 при наличии примесей - сильных окислителей (О,Оз), перекисных соединений и свободных радикалов.

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

      В свободной атмосфере сернистый  газ (SО2) через некоторое время  окисляется до сернистого ангидрида (SОз) или вступает во взаимодействие с  другими соединениями, в частности  углеводородами. Окисление сернистого ангидрида в серный происходит в  свободной атмосфере при фотохимических и каталитических реакциях. В обоих  случаях конечным продуктом является аэрозоль или раствор серной кислоты  в дождевой воде.

      B сухом воздухе окисление сернистого  газа происходит крайне медленно. В темноте окисления SO2 не наблюдается.  При наличии в воздухе оксидов  азота скорость окисления сернистого  ангидрида увеличивается независимо  от влажности воздуха. 

      Сероводород и сероуглерод при взаимодействии с другими загрязнителями подвергаются в свободной атмосфере медленному окислению до серного ангидрида. Сернистый ангидрид может адсорбироваться  на поверхности твердых частиц из окислов металлов, гидрооксидов или  карбонатов и окисляться до сульфата.

      Соединения  азота, поступающие в атмосферу  от объектов АТК, представлены в основном NO и NO2.  Выделяемый в атмосферу  моноксид азота под воздействием солнечного света интенсивно окисляется атмосферным кислородом до диоксида азота. Кинетика дальнейших превращений  диоксида азота определяется его  способностью поглощать ультрафиолетовые лучи и диссоциировать на моноксид азота и атомарный кислород в  процессах фотохимического смога.    
 

      3. Загрязнение литосферы

      Вещества, попадающие с выхлопными газами в  атмосферный воздух, а затем, оседают на почву. Почвы обладают способностью удерживать и сохранять как атмосферные, так и грунтовые воды, обогащающие почву химическими соединениями и тем самым оказывающие  влияние на формирование того или  иного типа почв. Определено, что почва делает конечное количество элементов, бесконечным. Происходит это потому, что почва задействована в целом ряде биосферных  циклических  процессов. Элементы, находящиеся в почве, в воде, в почвенном воздухе, могут вступать практически в неограниченное число контактов и образовывать бесконечное число связей.

      Почва – составная часть почти всех биосферных круговоротов веществ. В  роли основных загрязнителей почв выступают  металлы и их соединения. Массовый и опасный характер носит загрязнение  почв свинцом. Известно, что при  выплавке одной тонны свинца в  окружающую среду с отходами выбрасывается  его до 25 кг. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным  источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль  крупных автострад. 

      3.1 Влияние тяжелых металлов (свинца) на почву

      Почвы, будучи компонентами, очень тонко  сбалансированных природных экосистем, находятся в динамическом равновесии со всеми другими компонентами биосферы. Однако при использовании в разнообразной  хозяйственной деятельности почвы  часто теряют природное плодородие или даже полностью разрушаются.

         При сгорании 1 л этилированного бензина выделяется от 200 до 500 мг свинца. Этот высокоактивный, находящийся в состоянии рассеяния свинец обогащает почву вдоль дорог. Из почвы и частично из воздуха он попадает в растения. Есть сведения о том, что при содержании 0,1 г свинца в 1 кг сена он может явиться причиной гибели крупного рогатого. Человек, представляющий одно из последних звеньев пищевой цепи, испытывает на себе наибольшую опасность нейротоксического действия тяжелых металлов. До  тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с  составными  частями

      почвы и труднодоступны, их  отрицательное  влияние  на  почву  и окружающую среду  будет  незначительным.  Однако,  если  почвенные  условия   позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор,  появляется  прямая  опасность загрязнения  почв, возникает  вероятность  проникновения  их  в  растения,  а также  в организм человека  и  животных,  потребляющие  эти  растения.  Кроме того, тяжелые металлы могут  быть  загрязнителями  растений   и  водоемов  в результате использования сточных  ила  вод.  Опасность  загрязнения  почв  и растений зависит: от вида растений;  форм  химических  соединений  в  почве; присутствия  элементов  противодействующих  влиянию   тяжелых   металлов   и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции  и

десорбции; количества доступных форм этих  металлов  в   почве  и почвенно-климатических  условий.   Следовательно,   отрицательное   влияние   тяжелых  металлов зависит, по существу, от их подвижности, т.е. растворимости.

      Самоочищение  почв, как правило, - медленный процесс. Токсичные вещества накапливаются, что способствует постепенному изменению  химического состава почв,  нарушению  единства геохимической среды и  живых организмов. Из почвы токсические  вещества могут попасть в организмы  животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

      Содержание   свинца   в растениях, выращенных в  тяжелосуглинистых  почвах,  может  достигать  самой высокой  отметки. (7  мг/кг).  Боле  высокие  концентрации  свинца  (до  1000 мг/кг)   характерны   для   растительности   на   техногенно    загрязненных территориях. Так, например,  в  окрестностях  металлургических  предприятий, рудников по добыче полиметаллов и, главным образом, вдоль автострад.

      Размеры зоны влияния автотранспорта на  экосистемы  сильно  меняются. Ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может  достигать  100-150м. Лесные полосы вдоль дорого задерживают  в своих  кронах  потоки  свинца от  автотранспорта.  В  условиях  города   размеры   свинцовых   загрязнений определяются условиями  застройки и структурой зеленых  насаждений.  В  сухую погоду происходит  накопление  свинца  на  поверхности  растений,  но  после обильных дождей значительная его часть (до 45%) смывается.

      Загрязнение чернозема оподзоленного свинцом  и кадмием приводит к резкому  увеличению содержания подвижных и  кислоторастворимых форм этих элементов. Под  влиянием свинцового и кадмиевого загрязнения почв происходят изменения в поступлении в растения микроэлементов.

      На  загрязненных свинцом почвах безопаснее всего  выращивать  зерновые культуры. Возделывание в этих зонах овощей, кукурузы   на   силос,  кормовых трав может оказаться рискованным.

      Аккумуляция  свинца  представителями  животного   мира   зависит   от множества  факторов   и,   в   первую   очередь,   от   их   таксономической  принадлежности. Подтверждена прямая зависимость  между  уровнем  загрязнения  атмосферного  воздуха  свинцом  и  степенью  его  накопления   в   организме теплокровных животных, обитающих рядом с металлургическими  производствами.

      У  беспозвоночных  животных,  имеющих  твердые  покровы,   свинец   в наибольшей степени концентрируется  в них. У позвоночных  животных  свинец  в наибольшей степени  накапливается в костной ткани, у рыб - в гонадах, у  птиц - в  перьях, у млекопитающих - в головном мозге и печени. Систематические  наблюдения  за  содержанием  свинца  в  тканях  животных  на территории России не проводились.