Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга (на примере ул. Юных ленинцев)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Оренбургский государственный университет

Геолого-географический факультет

Кафедра экологии и природопользования

Курсовая работа

Исследование процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга (на примере ул. Юных-Ленинцев)

Оренбург 2014

Содержание

Введение

1. Анализ литературных данных

1.1 Характеристика основных источников загрязнения воздуха

1.2Характеристика веществ загрязняющих атмосферный воздух

1.3 Влияние загрязнения атмосферного воздуха на объекты окружающей среды

1.3.1Влияние на гидросферу

1.3.2 Влияние на литосферу

1.3.3 Влияние на почву, рост и развитие растений

1.3.4 Влияние на здоровье человека

2. Исследования процессов формирования пылегазовых примесей в атмосферном воздухе придорожных территорий улиц города Оренбурга. (На примере улицы Юных Ленинцев)

2.1 Характеристика объекта исследований и применяемых методик

2.1.1 Характеристика объекта исследования

2.1.2 Характеристика применяемых методик

2.2 Исследование степени загрязнения снежного покрова

2.3 Комплексная оценка степени загрязнения атмосферных осадков

2.4 Определение суммарных экологических нагрузок загрязняющих веществ

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Жизнь начинается с дыхания и заканчивается с его прекращением. Человек может отказаться от приёма недоброкачественной пищи, не пить загрязнённую воду, но не дышать он не может. Стремительный рост численности человечества и его научно-технической вооружённости в корне изменили ситуацию на Земле. Современная цивилизация осуществляет невиданное воздействие на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное воздействие на людей, животных, растения, почву, здания, сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами и т. д.

Не следует забывать и о таком источнике загрязнения воздуха как автомобильный транспорт. В наше время во всём мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. К сожалению, человек сам создаёт себе то, что его убивает. В крупных городах, где существует большое скопление автомобилей, из-за выхлопов газа атмосфера загрязняется ещё сильнее. Кроме того, резко повышается температура воздуха, что, в свою очередь, приводит к нарушению озонового слоя. Во многих городах России загрязнение воздуха выхлопными газами превышает 50 % от общего загрязнения. В 44 городах нашей страны концентрация опасных веществ превышает норму. В России отсутствует закон, в отличие от многих стран, обязывающий применять бензин с ограничением количества свинца. В центре Европейской части страны в атмосферных осадках наблюдается большая концентрация цинка, свинца и кадмия.[6]

Анализ экологической ситуации в России свидетельствует о том, что кризисные тенденции, с полной отчетливостью проявившиеся в предшествующие 15 лет, не преодолены, а в отдельных аспектах даже углубляются, несмотря на принимаемые меры.

Россия, где на сохранившиеся сплошные массивы ненарушенных экосистем приходится почти 65% площади страны (11 млн. км²), имеет ключевое значение для глобальной экодинамики. Вместе с некоторыми прилегающими территориями этот массив образует крупнейший в мире Северный Евразийский центр стабилизации окружающей среды, значение которого для восстановления биосферы Земли будет все больше возрастать.

Однако 15% территории России (по площади больше, чем Западная и Центральная Европа, вместе взятые), на которой сосредоточена основная часть населения и производства, находится в неудовлетворительном экологическом состоянии, экологическая безопасность здесь не гарантирована. При этом удельные показатели негативных воздействий на окружающую среду в расчете на душу населения и единицу валового внутреннего продукта в России являются одними из самых высоких в мире.[6]

Целью данной работы является оценка экологического состояния придорожных территорий, для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- исследовать содержание загрязняющих веществ в снежном покрове придорожных территорий;

- определить рН талой воды;

- рассчитать коэффициент концентрации загрязняющих веществ и ПХЗ атмосферных осадков;

-исследовать экологические нагрузки загрязняющих веществ на придорожную территорию;

- дать оценку экологического состояния придорожной территории по рН, показателю химического загрязнения осадков и суммарной экологической нагрузки;

-разработать мероприятия, направленные на улучшение экологической ситуации придорожной территории.

1. Анализ литературных данных

1.1 Характеристика основных источников загрязнения воздуха

Состав и свойства атмосферы на разных высотах неодинаковы, поэтому ее подразделяют на тропо-, страто-, мезо-, термо- и экзосферы. Последние три слоя иногда рассматривают как ионосферу.[11]

Источники загрязнения атмосферы подразделяются на естественные (природные) и искусственные (антропогенные). Естественные (извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары) мало влияют на общий уровень загрязнения. Наиболее опасными источниками загрязнения атмосферы являются антропогенные. Мировое хозяйство ежегодно выбрасывает в атмосферу более 15 млрд. т С0₂, 200 млн т СО, более 500 млн т углеводородов, 120 млн т золы, более 160 млн т оксидов серы и 110 млн т оксидов азота и др. Общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу составляет, по некоторым данным, более 19 млрд т.[11]

Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими и газообразными и оказывать вредное воздействие непосредственно после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами.

Из всей массы загрязняющих веществ, которые поступают в атмосферу от антропогенных источников, 90% составляют газообразные вещества (оксиды серы, азота, углерода, тяжелых и радиоактивных металлов и др.), 10% - твердые и жидкие вещества.[11]

Тепловые электростанции, автотранспорт, черная и цветная металлургия, целлюлозно-бумажная промышленность, угольная, промышленность строительных материалов - это все источники загрязнения атмосферного воздуха, но в данной работе рассматривается автомобильный транспорт. Он выделяет 60% газообразных загрязнителей воздуха. В состав выхлопных газов карбюраторных и дизельных двигателей входит до 200 химических соединений, из которых наиболее токсичны Pb, COx, NOx, CxHy, бензапирен. В выхлопных газах содержится большое количество углеводородов, их доля резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости при старте. В настоящее время на долю автомобильного транспорта приходится больше половины всех вредных выбросов в окружающую среду, которые являются главным источником загрязнения атмосферы особенно в крупных городах. В среднем при пробеге 15 тыс. км за год каждый автомобиль сжигает 2 т топлива и около 26 - 30 т воздуха, в том числе 4,5 т кислорода, что в 50 раз больше потребностей человека. При этом автомобиль выбрасывает в атмосферу (кг/год): угарного газа-700, диоксида азота-40, несгоревших углеводородов - 230 и твердых веществ - 2 - 5. Кроме того, выбрасывается много соединений свинца из-за применения в большинстве своем этилированного бензина. Наблюдения показали, что в домах, расположенных рядом с большой дорогой (до 10 м), жители болеют раком в 3 - 4 раза чаще, чем в домах, удаленных от дороги на расстояние 50 м. Транспорт отравляет также водоемы, почву и растения.[11]

Наземные транспортные средства - это механизмы, передвигающиеся по шоссейным и железным дорогам, а также строительное, сельскохозяйственное и военное оборудование. В соответствии с различиями в количествах и видах выбрасываемых загрязняющих веществ целесообразно рассматривать в отдельности двигатели внутреннего сгорания (особенно двух- и четырехтактные) и дизели и, аналогичным образом, паровые и дизельные локомотивы. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания имеют автомобили, автобусы и самолеты; двухтактный двигатель внутреннего сгорания - мотоциклы, вспомогательные моторы; дизельный тип двигателя у автобусов, тракторов, машин; газовые турбины имеют самолеты, корабли, поезда; паровой котел у кораблей и паровозов.[11]

Вредные вещества при эксплуатации подвижных транспортных средств поступают в воздух с отработавшими газами, испарениями из топливных систем и при заправке, а так же с картерными газами. На выбросы оксида углерода значительное влияние оказывает рельеф дороги и режим движения автомашины. Так, например, при ускорении и торможении в отработавших газах увеличивается содержание оксида углерода почти в 8 раз. Минимальное количество оксида углерода выделяется при равномерной скорости автомобиля 60 км/ч. В таблице 4 приведены значения концентрации основных примесей карбюраторного двигателя при различных режимах его работы.

Таблица 1.1 Концентрация оксида углерода и бенз(а)пирена в выхлопных газах бензиновых двигателей

Содержание вредных веществ в составе отработавших газов зависит от типа двигателя, режима его работы, общетехнического состояния автомобиля, марки бензина.[11]

Основной вклад в загрязнение атмосферы вносят автомобили, работающие на бензине (75%), затем автомобили с дизельными двигателями (около 4%), трактора и другие сельскохозяйственные машины (около 4%)

Наибольшее количество загрязняющих веществ выбрасывается при быстром разгоне автомобиля, а также при движении с малой скоростью. Относительная доля (от общей массы выбросов) углеводородов и оксида углерода наиболее высока при торможении и на холостом ходу, доля оксидов азота - при разгоне. Из этих данных следует, что автомобили особенно сильно загрязняют воздушную среду при частых остановках и при движении с малой скоростью.[11]

Создаваемые в городах системы движения в режиме зелёной волны, существенно сокращающие число остановок транспорта на перекрёстках, призваны сократить загрязнения атмосферного воздуха в городах. Большое влияние на качество и количество выбросов примесей оказывает режим двигателя, частичности состояние между массами топлива и воздуха, момент зажигания, качество топлива, отношение поверхности камеры сгорания к её объёму ид. При увеличении отношения массы воздуха и топлива, поступающих в камеру сгорания, сокращаются выбросы оксида углерода и углеводородов, но возрастает выброс оксидов азота.

Несмотря на то что дизельные двигатели более экономичны, таких веществ, как СО, HnCm, NOx, выбрасывают не более, чем бензиновые, они существенно больше выбрасывают дыма (преимущественно несгоревшего углерода), который к тому же обладает неприятным запахом создаваемым некоторыми несгоревшими углеводородами). В сочетании с шумам дизельных двигатели не только сильнее загрязняют среду, но и воздействуют на здоровье человека гораздо в большей степени чем бензиновые.[11]

Уровень загрязнения воздуха зависит от расхода топлива. Отечественные легковые автомобили расходуют около 10 л на 100 км пробега, среднетяжёлые грузовики 20-30 л., а тяжёлые 40-5 л. не 100 км. Санитарные требования по управлению загрязнения и шума допускают поток транспорта в жилой зоне, интенсивностью не более 200 автомобилей в час при уровне шума от 35 до 5 Д/В. При расходе бензина 0,1 л/км, каждой автомашины на 1 км. магистрали выделяется до 40-60г. свинца в час, из этого количества 80% расслаивается в полосе автомагистрали. Примерно 3,65 кг. оксида углерода в сутки выбрасывается одним автомобилем. [11]

1.2 Характеристика веществ, загрязняющих атмосферный воздух

Современная цивилизация осуществляет невиданное давление на природу. Загрязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий. Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функций среды по отношении к любому биологическому или технологическому объекту. Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет её качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. К числу крупнейших источников загрязнения атмосферного воздуха всегда относился автотранспорт. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми автотранспортом, считаются сажа, зола, углекислый газ, угарный газ, оксиды азота, серы, аэрозоли, пыль, тяжелые металлы.[3]

Зола - несгораемый остаток, образующийся из минеральных примесей топлива при полном его сгорании. Содержание золы в каменных и бурых углях находится в пределах примерно от 1 до 45% и более, в горючих сланцах -- от 50 до 80%, в топливном торфе -- от 2 до 30%, в дровах -- от 0.5% до 2%, в растительном топливе др. видов -- от 3 до 5%, в мазуте -- чаще до 0,15%, но иногда выше. Верхний предел содержания минеральных примесей определяется технической возможностью и экономической целесообразностью использования данного ископаемого в качестве топлива.[1]

Сажа - аморфный углерод, продукт неполного сгорания или термического разложения углеводородов в неконтролируемых условиях. В больших количествах её используют для приготовления чёрной краски в полиграфической и лакокрасочной промышленности. Во Франции во времена Карла II с использованием сажи изготовляли ваксу. Термин «сажа» иногда неточно применяют для наименования углеродного продукта Ї технического углерода, производимого в промышленных масштабах для наполнения резин и других пластических масс. Сажа входит в категорию частиц, опасных для лёгких, так как частицы менее пяти микрометров в диаметре не отфильтровываются в верхних дыхательных путях. Дым от дизельных двигателей, состоящий в основном из сажи, считается особенно опасным из-за того, что его частицы обладают канцерогенными свойствами.[1]

Диоксид углерода (углекислый газ) - бесцветный газ (в нормальных условиях), без запаха, со слегка кисловатым вкусом продукт окисления соединений, содержащих углерод. Углекислый газ -- это вещество, существующее обычно в газообразном состоянии. Он может стать твердым, если немного охладится. В воздухе всегда содержится небольшое количество углекислого газа, около 1 литра в 2560 литрах воздуха. Большая часть углекислого газа поступает в воздух, когда животные и растительные ткани, состоящие из углерода, разлагаются. Топливо, состоящее из углерода, такое, как древесина или каменный уголь, дают большое количество двуокиси углерода при сгорании. Человеческому организму требуется для существования небольшое количество углекислого газа. Он контролирует скорость биения сердца и некоторые другие функции организма. Но перенасыщение организма углекислым газом может причинить вред и даже стать причиной смерти. Человек получает кислород из воздуха, которым дышит. Кислород поступает в кровь. Там он соединяется с пищей и превращается в результате химических реакций в углекислый газ. Углекислый газ возвращается в легкие и выдыхается. Деревья, в свою очередь, испытывают жизненную необходимость в углекислом газе. Зеленые растения поглощают углекислый газ из воздуха через поры в листьях. Он соединяется с водой, а затем с помощью солнечного света углекислый газ и вода превращаются в крахмал и другую пищу для растения. Растение при этом выделяет кислород.[1]

Угарный газ - (монооксид углерода, СО), бесцветный, лишенный запаха ядовитый газ, который образуется при неполном сгорании ископаемых топлив; он присутствует, например, в составе угольного газа и выхлопных газов автомобилей. Ядовитое действие угарного газа заключается в том, что он связывает гемоглобин в эритроцитах (красных кровяных тельцах) и тем самым препятствует переносу кислорода по телу. Это случается, если вдыхаемый воздух содержит всего лишь 0,1% угарного газа по объему. В металлургии монооксид углерода используют как восстановитель. Свойства: плотность 0,968 (воздух=1), температура плавления -205 °С, температура кипения -191,5 °С. Окись углерода (СО), или угарный газ, является продуктом неполного сгорания любого топлива, содержащего углерод, -- бензина, солярки, мазута, природного газа, угля, дров. При полном сгорании любых органических материалов образуются двуокись углерода и вода. Если кислорода в процессе горения не хватает, окисление органических веществ происходит не полностью и образуется недоокисленный моноксид углерода -- СО.[1]

Оксиды азота. Из 6 известных соединений азота и кислорода, в качестве загрязнителей атмосферы значение имеют оксид и диоксид азота, которые образуются при сгорании топлива в промышленности и на транспорте. Соединяясь с парами воды, они образуют азотистую и азотную кислоты. Последние составляют 1/3 кислотных компонентов в соответствующих дождях. При взаимодействии с углеводородами выхлопных газов оксиды азота образуют фотохимический туман - смог. При высоких концентрациях оксидов азота в атмосфере возможно отравление человека, сопровождающееся отеком легких, изъязвлением слизистых оболочек, головными болями, бессонницей. В РБ в 1997-1999 гг. выбросы оксида азота составляли соответственно 115,9; 119,1; 96 тыс.[1]

Бензапирен-- химическое соединение, представитель семейства полициклических углеводородов, вещество первого класса опасности. Образуется при сгорании углеводородного жидкого, твёрдого и газообразного топлива (в меньшей степени при сгорании газообразного). В окружающей среде накапливается преимущественно в почве, меньше в воде. Из почвы поступает в ткани растений и продолжает своё движение дальше в трофической цепи, при этом на каждой её ступени содержание БП в природных объектах возрастает на порядок. Контроль содержания бензпирена в природных продуктах производится методом жидкостной хроматографии. Бензапирен является наиболее типичным химическим канцерогеном окружающей среды, он опасен для человека даже при малой концентрации, поскольку обладает свойством биоаккумуляции. Будучи химически сравнительно устойчивым, бензапирен может долго мигрировать из одних объектов в другие. В результате многие объекты и процессы окружающей среды, сами не обладающие способностью синтезировать бензапирен, становятся его вторичными источниками. Бензапирен оказывает также мутагенное действие. Международная группа экспертов отнесла бензапирен к числу агентов, для которых имеются ограниченные доказательства их канцерогенного действия на людей и достоверные доказательства их канцерогенного действия на животных. В экспериментальных исследованиях бензапирен был испытан на девяти видах животных, включая обезьян. В организм бензапирен может поступать через кожу, органы дыхания, пищеварительный тракт и трансплацентарным путём. При всех этих способах воздействия удавалось вызвать злокачественные опухоли у животных.

Пыль -- мелкие твёрдые частицы органического или минерального происхождения. К пыли относят частицы среднего диаметра от долей микрона и до максимального -- 0,1 мм. Более крупные частицы переводят материал в разряд песка, который имеет размеры от 0,1 до 5 мм. Под действием влаги пыль обычно превращается в грязь. В больших промышленных городах воздух в наибольшей степени загрязняется наземной пылью. Только во время дождя воздух городов на непродолжительное время в некоторой степени освобождается от пыли и становится более чистым. Меньшее содержание пылевых частиц отмечается в воздухе сельских местностей и еще меньшее в воздухе приморских побережий и над поверхностью моря. Значительная запыленность воздуха больших промышленных городов отрицательно сказывается на интенсивности солнечной инсоляции, препятствует озеленению города хвойными зелеными насаждениями. Высокая запыленность воздуха больших городов способствует обострению и прогрессированию хронических заболеваний бронхов и легких, в том числе и туберкулеза. В связи с этим одной из важнейших проблем является охрана атмосферного воздуха от различных видов его загрязнения, особенно промышленными выбросами. При запыленности воздуха дыхание человека становится поверхностным, а поверхностное дыхание отражается на здоровье и работоспособности. Большое количество пыли во вдыхаемом воздухе у некоторых людей вызывает насморк, а у людей, страдающих бронхиальной астмой, -- приступы удушья.[3]

Аэрозомль -- дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых или жидких частиц, взвешенных в газовой среде (обычно в воздухе). Аэрозоли, дисперсная фаза которых состоит из капелек жидкости, называются туманами, а в случае твёрдой дисперсной фазы -- дымами; пыль относят к грубодисперсным аэрозолям. Размеры частиц в аэрозолях изменяются от нескольких миллиметров до 10?7 мм. По способу образования различают конденсационные и диспергационные аэрозоли. Первые возникают в результате присоединения друг к другу молекул вещества в пересыщенном паре (так называемая гомогенная нуклеация) или конденсации пара на присутствующих в нем ионах или мельчайших частицах другого вещества - ядрах конденсации (гетерогенная нуклеация). Конденсационные аэрозоли с жидкой дисперсной фазой называют туманами, с твердой - дымами. К конденсационным относятся и аэрозоли, образующиеся при горении, химических и фотохимических реакциях в газовой фазе, например при получении оксидов Si и Ti термическим гидролизом их хлоридов в пламени. Важнейший из таких аэрозолей - смог, возникающий в атмосфере в результате фотохимических реакций между газообразными примесями под действием интенсивного солнечного освещения. Особенность конденсации продуктов химических реакций - возможность каталитического действия конденсированных частиц на превращение исходных веществ. Конденсационные аэрозоли могут образоваться также вследствие испарения тел, в том числе в результате воздействия плазмы и лазерного излучения, с последующей конденсацией паров. Диспергационные аэрозоли с твердыми частицами (пыли) образуются в атмосфере в природных условиях, а также при измельчении твердых тел в шахтах, пересыпании порошков (муки, мела) и т.п. Аэрозоли с жидкой дисперсной фазой (иногда их называют спреями) возникают при распаде струй или пленок жидкости, например при распылении жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. Важные практические случаи образования жидких аэрозолей - распыление жидкости под воздействием расположенного в ней источника акустических колебаний, разрушение струй при воздействии поля электрического потенциала. Часто возникают смешанные аэрозоли, состоящие из частиц различного происхождения. Так, при взрывном разрушении твердых тел происходит, как правило, диспергирование вещества и его испарение с последующей конденсацией паров и образованием аэрозолей. [3]

Диоксины - большая группа полихлорированных гетероциклических соединений, которые относятся к самым ядовитым веществам из известных на сегодняшний день, и рассматриваются как супертоксиканты. К этой же группе принадлежат еще два класса органических соединений - полихлорированные дибензофураны и бифенилы (токсичность последних заметно ниже). Диоксины растворяются в органических веществах, обладают токсичным действием при очень низкой концентрации и химически очень устойчивы. Период их полураспада в почве составляет 10-20 лет. Загрязнение диоксинами отмечено в РБ, основным их источником являются гербициды группы 2,4-Д, которые выпускаются предприятием "Химпром". Среда загрязняется также и в процессе производства препарата, поскольку на территории предприятия накапливается большое количество шлама, содержащего диоксины. Для выявления степени загрязненности ими в Башкортостане была разработана и реализована специальная республиканская программа "Диоксин". Основной вывод, который сделали ученые: уровень загрязнения диоксинами территории РБ не превышает среднеевропейский и не представляет непосредственной опасности для здоровья жителей республики. Основной источник попадания диоксинов в организм человека - продукты питания, в которые они поступают по трофическим цепям.

Тяжёлые металлы -- группа химических элементов со свойствами металлов (в том числе и полуметаллы) и значительным атомным весом либо плотностью. Известно около сорока различных определений термина тяжелые металлы, и невозможно указать на одно из них, как наиболее принятое. Соответственно, список тяжелых металлов согласно разным определениям будет включать разные элементы. Используемым критерием может быть атомный вес свыше 50, и тогда в список попадают все металлы, начиная с ванадия, независимо от плотности. Другим часто используемым критерием является плотность, примерно равная или большая плотности железа (8 г/см3), тогда в список попадают такие элементы как свинец, ртуть, медь, кадмий, кобальт, а, например, более легкое олово выпадает из списка. Существуют классификации, основанные и на других значениях пороговой плотности или атомного веса. Некоторые классификации делают исключения для благородных и редких металлов, не относя их к тяжелым, некоторые исключают не цветные металлы (железо, марганец). Среди разнообразных загрязняющих веществ тяжёлые металлы (в том числе ртуть, свинец, кадмий, цинк, мышьяк) и их соединения выделяются распространенностью, высокой токсичностью, многие из них -- также способностью к накоплению в живых организмах. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистительные мероприятия, содержание соединения тяжелых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Многие металлы образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих комплексов способствует миграции тяжелых металлов в природных водах. К тяжелым металлам относят более 40 химических элементов, но при учете токсичности, стойкости, способности накапливаться во внешней среде и масштабов распространения токсичных соединений, контроля требуют значительно меньшее число элементов. Свинец -- рассеянный элемент, содержащийся во всех компонентах окружающей среды: в горных породах, почвах, природных водах, атмосфере, живых организмах. Помимо того, свинец поступает в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человека, в том числе до 2000 года с выхлопными газами поступал используемый в топливе тетраэтилсвинец. Через атмосферу океан получал 20-30 тысяч тонн свинца в год с континентальной пылью. В организм человека свинец попадает как с пищей и водой, так и из воздуха. Свинец может выводиться из организма, однако малая скорость выведения может приводить к накоплению в костях, печени и почках. Кадмий - является относительно редким и рассеянным элементом, в природе концентрируется в минералах цинка. Поступает в природные воды в результате смыва почв, выветривания полиметаллических и медных руд, и со сточными водами рудообогатительных, металлургических и химических производств. Кадмий в норме присутствует в организме человека в микроскопических количествах. При накоплении организмом соединений кадмия поражается нервная система, нарушается фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.[1]

экологический нагрузка загрязнение придорожный

Таблица 1.2 Классификация по природе и происхождению основных, загрязняющих атмосферу веществ

1.3 Влияние загрязнения атмосферного воздуха на объекты окружающей среды

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений. Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы.

В последние годы получены данные о существенной роли для сохранения биосферы озонового слоя атмосферы, поглощающего губительное для живых организмов ультрафиолетовое излучение Солнца и формирующего на высотах около 40 км тепловой барьер, предохраняющий охлаждение земной поверхности.

Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека. Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.

Основные агенты воздействия атмосферы на гидросферу - атмосферные осадки в виде дождя и снега, в меньшей степени смога, тумана. Поверхностные и подземные воды суши имеют главным образом атмосферное питание и вследствие этого их химический состав зависит в основном от состояния атмосферы.

Отрицательное влияние загрязненной атмосферы на почвенно-растительный покров связано как с выпадением кислотных атмосферных осадков, вымывающих кальций, гумус и микроэлементы из почв, так и с нарушением процессов фотосинтеза, приводящих к замедлению роста и гибели растений. Высокая чувствительность деревьев (особенно березы, дуба) к загрязнению воздуха выявлена давно. Совместное действие обоих факторов приводит к заметному уменьшению плодородия почв и исчезновению лесов. Кислотные атмосферные осадки рассматриваются сейчас как мощный фактор не только выветривания горных пород и ухудшения качества несущих грунтов, но и химического разрушения техногенных объектов, включая памятники культуры и наземные линии связи. Во многих экономически развитых странах в настоящее время реализуются программы по решению проблемы кислотных атмосферных осадков. В рамках Национальной программы по оценке влияния кислотных атмосферных осадков, учрежденной в 1980 году многие федеральные ведомства США начали финансировать исследования атмосферных процессов, вызывающих кислотные дожди, с целью оценки влияния последних на экосистемы и выработки соответствующих природоохранных мер. Выяснилось, что кислотные дожди оказывают многоплановое воздействие на окружающую среду и являются результатом самоочищения (промывания) атмосферы. Основные кислотные агенты - разбавленные серная и азотная кислоты, образующиеся при реакциях окисления оксидов серы и азота с участием пероксида водорода.[4]

1.3.1 Влияние на гидросферу

Интенсивное загрязнение гидросферы автотранспортом происходит вследствие следующих факторов. Одним из них является отсутствие гаражей для тысяч индивидуальных автомобилей, хранящихся на открытых площадках, во дворах жилых застроек. Положение усугубляется ещё и тем, что сеть ремонтных служб для автомобилей личного пользования недостаточно развита. Это вынуждает их владельцев производить ремонт и техническое обслуживание своими силами, что они и делают, конечно, без учёта экологических последствий. Примером могут служить частные мойки или несанкционированные площадки для мойки автомобилей: из-за отсутствия моечных пунктов эту операцию зачастую выполняют на берегу реки, озера или пруда.

Между тем автолюбители всё в больших объёмах пользуются синтетическими моющими средствами, которые представляют определённую опасность для водоёмов. Ливневые сточные воды с поверхности автомагистралей, площадок АЗС, с территории автотранспортных и авторемонтных предприятий также являются мощным источником загрязнения водных бассейнов в городской местности нефтепродуктами, фенолами и легкоокисляющимися органическими веществами. Поступление со стоками тяжелых металлов и токсичных веществ резко ограничивает потребление и использование водных ресурсов.

Для снижения загрязнения поверхностных вод открытых водоемов необходимо создание бессточной системы водоснабжения на участках, используемых для мытья автомобилей, а также строительство локальных очистных сооружений с последующим разбавлением остаточного количества загрязняющих веществ. Практика показала, что существующие технологические процессы по обезвреживанию сточных вод способствуют удалению 95-99% органических веществ и 40-99% взвешенных веществ. Однако они практически не снижают содержание в них солей, из которых наибольшую опасность представляют токсические вещества, в том числе канцерогенные.[4]

1.3.2 Влияние на литосферу

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. Соединения свинца используются в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт является серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.

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, потребляющих эти растения. 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.

Размеры зоны влияния автотранспорта на экосистемы сильно меняются. Ширина придорожных аномалий содержания свинца в почве может достигать 100-150м. Лесные полосы вдоль дорог 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.

Для того чтобы уменьшить загрязнение среды свинцом необходимо уменьшить использование этилированного бензина, т.к. этот бензин и является источником выбросов свинца в атмосферу. Также необходимо создать ряд установок, которые бы задерживали свинец, т.е. количество свинца оседало в этих установках. Естественной такой установкой являются любые виды растительности.[4]

1.3.3 Влияние на почву, рост и развитие растений

Деятельность человека оказывает значительное влияние на состояние литосферы. При этом наибольшую антропогенную нагрузку испытывает её поверхностный слой - почва.

По оценкам специалистов, наряду с зелёными насаждениями почва - один из главных природных компонентов, поддерживающих необходимое для сохранения здоровья человека состояние окружающей среды. «Живые» почвы поглощают и утилизируют 70-80% окиси углерода и 80-85% диоксида серы. Почва служит естественным фильтром загрязнений, поступающих на её поверхность с атмосферными осадками, а также из других источников. Однако в настоящее время в городах практически не осталось «живых» почв. Их повсеместно заменили урбанозёмы.

В масштабах планеты застроенные земли занимают более 150 млн га. Ожидается, что уже через несколько лет эта площадь увеличится вдвое. Полностью урбанизированная поверхность земли, где дождевая вода не проникает в почву, составляет около 50 млн га и соответствует площади такого, например, государства, как Франция. Эта ситуация представляет особую опасность, так как приводит к нарушению круговорота воды и водного баланса, что отрицательно влияет на состояние экосистемы Земли в целом.[8]

В крупных городах России запечатывание почв асфальтом и другими дорожными покрытиями достигает значительных масштабов. Так, например, в Москве запечатанность почвы в пределах Садового кольца составляет 90-95%, в промышленных зонах - до 80%, в жилых кварталах - 60%. Асфальтобетонные покрытия оказывают двоякое действие. С одной стороны, они нарушают водный баланс, лишают экосистему универсального фильтра, каким является почва. Кроме того, они изменяют характер теплообмена почвы с атмосферой, способствуют образованию «острова тепла» на территории города. С другой стороны, покрытия защищают почву от химических загрязнений, которые, минуя почвенное тело, поступают через канализацию в водоёмы и речную сеть.

О масштабах химического загрязнения поверхности литосферы говорят следующие данные: за сто лет (1870-1970) на земную поверхность осели свыше 20 млрд т шлаков, 3 млрд т золы; выбросы цинка и сурьмы составили по 600 тыс. т, мышьяка 1,5 млн т, кобальта - свыше 0,9 млн т, никеля - более 1 млн т. Суммарные выбросы ртути составляют 4-5 тыс. т в год, а из каждой тонны добываемого свинца до 25 кг поступает в окружающую среду. Огромное количество свинца, в итоге оседающего на землю, выделяется в атмосферу с выхлопными газами автомобилей.

Источники химического загрязнения почв в условиях города чрезвычайно многообразны. Среди наиболее крупных из них: загрязнения, выпадающие с атмосферными осадками; хранилища сырья и отходов промышленных предприятий; отвалы электростанций и шахт; утечки из инженерных сетей и сетей жилищно-коммунального хозяйства; полигоны и свалки промышленных и бытовых отходов. К отчуждению и загрязнению больших территорий ведут прокладка автомобильных и железнодорожных трасс, строительство зданий и сооружений, создание полей фильтрации. Важное значение в последние десятилетия приобрели типично городские проблемы: выгул животных и переуплотнение почв.[8]

По оценкам специалистов, с ростом урбанизации в городах прогрессивно уменьшается площадь озеленения и увеличивается запечатанность территории жилыми постройками, камнем, асфальтом и т.д.; ухудшаются почвенно-геологические условия, что ведёт к подтоплению, заболачиванию, просадкам, образованию карстовых зон; увеличивается загрязнение приземного воздушного слоя; наблюдается превышение норм рекреативного использования. Помимо этого вс большее значение приобретает действие других экологически неблагоприятных факторов: переуплотнения корнеобитаемого слоя и захламления поверхности, истощения и нарушения органопрофиля, сокращения биоразнообразия, микрофлоры и почвенной мезофауны и её структурных изменений, заражения патогенными микроорганизмами, внедрения загрязняющих веществ, источниками которых являются внутригородские и аварийные выбросы и глобальные массопереносы, загрязнения тяжёлыми металлами и другими токсичными веществами, изменения кислотности и щёлочности почв.

Развитие растений тесно связано с условиями окружающей среды.

Температуры, характерные для данного района, количество осадков, характер почв, биотические параметры и даже состояние атмосферы - все эти условия, взаимодействуя между собой, определяют характер ландшафта и виды растений являющихся его частью. Если окружающие условия изменяются, то изменяется и растительный мир. Изменения способна вызвать даже разница в количестве осадков, выпадающих в разные годы. Если изменение условий очень значительны, то растения, обладающие большой чувствительностью к таким изменениям, испытывают стресс и, в конечном счете, могут погибнуть. Значительные изменения даже какого-либо одного параметра могут приводить к гибели растений.

В нормальных условиях в атмосфере содержится огромное число компонентов - как газообразных, так и в виде аэрозолей. Помимо основных компонентов - кислорода и азота, а так же важного, но присутствующего в меньших количествах диоксида углерода, воздух содержит различные химические соединения, которые следует рассматривать как загрязнения. К ним относятся некоторые углеводороды, выделяемые самими растениями, а также серосодержащие соединения, являющиеся продуктами жизнедеятельности бактерий. Установлено, что такие биогенные источники ответственны за 11% от общего количества диоксида серы, попавшего в атмосферу. Оставшаяся часть образуется в результате деятельности человека, то есть поступает из антропогенных источников.[8]

В атмосфере обычно присутствуют оксиды азота. Они в основном образуются при электрических разрядах молний и в результате биологического окисления, главным образом бактериями. Из искусственных источников поступает только около 10% общего количества оксидов азота. Тем не менее, эти источники весьма существенны, поскольку вблизи городских центров происходит концентрация загрязнений в атмосфере. Антропогенными источниками оксидов являются процессы горения, при которых происходит окисление воздуха до NO. Чем выше температура, тем больше образуется оксидов. В дневное время происходит дальнейшее окисление NO до NO2 в результате химических реакций. Часть NO2 расходуется с образованием озона, пероксиацилнитратов и других загрязняющих веществ.[5]

Таким образом, предшественники многих основных загрязняющих веществ уже имеются в обычных условиях в атмосфере. Поскольку растения развивались в присутствии таких соединений в обычных концентрациях, в этих условиях редко наблюдаются какие либо отрицательные воздействия на них. Эти воздействия обнаруживаются только тогда, когда концентрация загрязнений оказывается выше допустимого порогового уровня.

Любая популяция растений включает в себя различные индивидуальности. Точно так же, как один вид растений может быть более или менее чувствительным к загрязнениям, чем другой, внутри популяции каждого вида может различаться чувствительность отдельных экземпляров. Поэтому в присутствии определенных количеств загрязнений наименее устойчивые виды и экземпляры ослабевают или гибнут, в то время как более устойчивые продолжают участвовать в производстве следующего поколения растений. В этом поколении также может проявиться аналогичное различие в устойчивости, и, таким образом, процесс селекции продолжается, и популяции растений приходится реагировать на дополнительные параметры, связанные с воздействием окружающей среды.

К сожалению, не все популяции растений обладают генетической структурой, обеспечивающей устойчивость по отношению к существующим концентрациям всех загрязнений. Во многих случаях скорость увеличения количества загрязнений в атмосфере превышает скорость перестройки генетического аппарата популяции, что не дает возможности растениям приспособиться к изменению окружающих условий. При загрязнении окружающей атмосферы такие виды исчезают.[5]

1.3.4 Влияние на здоровье человека

Атмосферные загрязнения могут быть причиной возникновения неинфекционных заболеваний у человека, кроме того, они способны ухудшать санитарные условия жизни людей и причинять экономический ущерб. Загрязнение воздуха действует на людей по-разному, Многие факторы, такие как: состояние здоровья, возраст, емкость легких и время, проведенное в загрязненной среде, могут повлиять на эффект, производимый загрязняющими веществами на здоровье.

Крупные частицы загрязняющих веществ могут отрицательно воздействовать на верхние дыхательные пути, тогда как частицы меньшего размера могут проникать в мелкие дыхательные пути и альвеолы легких.

Люди, подверженные воздействию загрязнителей воздуха, могут испытывать как краткосрочные, так и отдаленные последствия в зависимости от действующих факторов. Загрязнение окружающей среды в городах влияет на повышение числа обращений по скорой помощи и госпитализаций с заболеваниями легких, сердца и инсультами.
В исследованиях ранее изучалось влияние загрязнения воздуха в основном на легкие, как место первичного контакта загрязняющих веществ с телом человека. Однако, имеется растущее количество фактов, которые показывают отрицательный эффект загрязнения воздуха на сердце.[2]

Ущерб здоровью является самым грозным последствием загрязнения воздуха, так как большинство ксенобиотиков поступает в организм через органы дыхания, за которыми нет химического заслона. Кроме того необходимо учитывать, что человек ежесуточно потребляет значительное количество воздуха (взрослый человек - 12 м³ воздуха).[9]

Реакция организма на воздействие атмосферных загрязнений будет зависеть от индивидуальных особенностей, возраста, пола, состояния здоровья, метеоусловий. Наиболее уязвимыми являются пожилые люди, дети, больные, люди, работающие во вредных производственных условиях, курильщики.[9]

Атмосферные загрязнения могут оказывать острое и хроническое воздействие.

Острое воздействие. Острое воздействие загрязнения атмосферного воздуха проявляется только в особых ситуациях, связанных с неблагоприятными метеорологическими условиями или с аварией на предприятии - источнике загрязнения воздуха. Острое воздействие может сопровождаться повышением смертности от хронических заболеваний, общей заболеваемости, частоты обращаемости по поводу обострения хронических сердечно-сосудистых, легочных и аллергических заболеваний, а также физиологическими и биохимическими сдвигами в организме неспецифического характера. В периоды резкого повышения уровня загрязнения острота этих нарушений резко возрастает. Компоненты загрязнения воздуха в этих случаях, как правило, играют роль не этиологических, а провоцирующих факторов, способствующих повышению заболеваемости.[10]

Хроническое воздействие загрязнений атмосферы является наиболее частым и неблагоприятным:

-раздражающее. Могут поражаться верхние дыхательные пути с развитием ларингитов, трахеитов, ринитов. Поражаются легкие, хронические бронхиты, пневмонии с развитием эмфиземы, дыхательной и сердечно-сосудистой недостаточностью. Наблюдается поражение слизистой оболочки глаз с возникновением конъюнктивитов, кератитов, а также заболевания кожи (дерматиты).

-рефлекторные реакции. Загрязнение атмосферного воздуха может вызывать различные рефлекторные реакции, обусловленные раздражением рефлекторных зон. Эти реакции проявляются кашлем, тошнотой, головной болью, выраженность которых коррелирует с уровнем загрязнения воздуха. Рефлекторные реакции влияют на регуляцию дыхания, деятельность сердечно-сосудистой системы и других систем. Раздражение рецепторов слизистой оболочки носа может вызывать сужение бронхов и голосовой щели, брадикардию, приводить к снижению объема сердечного выброса. Рефлексы с глотки могут обуславливать сильное сокращение диафрагмы, наружных межреберных мышц. При раздражении гортани и трахеи возникает кашлевой рефлекс, происходит сокращение гладких мышц бронхов, а раздражение рецепторов внутрилегочных бронхов может вызывать гиперпноэ, бронхоконстрикцию, сокращение мышц гортани

-аллергенное. Возникают заболевания органов дыхания (бронхиальная астма, аллергический бронхит), кожи (аллергодерматозы), слизистой оболочки глаз (аллергический конъюнктивит). Описана «йокогамская бронхиальная астма», по месту действия промышленных выбросов. Возникновение данного заболевания обусловлено действием бифенилов. В качестве аллергенов выступают органические (БВК), неорганические вещества, ПАУ.

-канцерогенное. Канцерогенами являются 3,4 - бензапирен, мышьяк, асбест, бензол, никель и другие соединения. При поступлении данных веществ в организм у человека могут возникать злокачественные новообразования различной локализации.

-тератогенное. Вещества, загрязняющие воздух, могут провоцировать возникновение у плода врожденных дефектов развития.

-мутагенное. Возникают генеративные (происходят в половых клетках и в этом случае передаются последующим поколениям) и соматические (происходят в соматических клетках, наследуются при вегетативном размножении и могут явиться причиной развития злокачественных опухолей) мутации.

-эмбриогенное. Атмосферные загрязнения могут быть причиной невынашивания беременности и прерыванию ее на ранних сроках.

-общетоксическое. В результате воздействия атмосферных загрязнений у человека повышается общая заболеваемость, в том числе заболеваниями ССС и ЖКТ, опорно-двигательного аппарата, эндокринной системы, уменьшается продолжительность жизни.