На московской кольцевой дороге крупные частицы свинца оседают на обочинах на расстоянии до 30 м, а при отсутствии зеленых насаждений – до 400 м.
Свинец и его соединения снижают активность ферментов, нарушают обмен веществ, способствуя тем самым снижению урожаев, потерям в животноводстве, постоянной гибели деревьев. Поскольку в растениях может аккумулироваться значительное количество свинца, употреблять в пищу злаки и фрукты, выращенные вдоль автодорог, опасно.
Фотохимический смог:
образование и последствия.
Отдельные компоненты выхлопных газов автотранспорта в атмосфере могут вступать в дальнейшие реакции, давая вторичные продукты.
Озон и многочисленные активные органические соединения образуются в результате химических взаимодействий между оксидами азота и летучими углеводородами, стимулируемых солнечным светом. Так как последний сообщает энергию для этих растений, их продукты называют фотохимическими окислителями.
Под действием световой энергии диоксид азота распадается на монооксид NO и атом кислорода, а тот соединяется с О2, образуя озон О3. Процесс спонтанно (самопроизвольно) обратим. Если отсутствуют другие факторы, озон и монооксид азота вновь реагируют с образованием NO2 и О2, поэтому заметного накопления озона не происходит. Однако в присутствии углеводородов NO реагирует с ними, в результате чего образуются очень агрессивные и вредные соединения, известные под названием пероксиацилнитратов (ПАН); кроме того, монооксид азота, таким образом, связывается и происходит накопление озона.
Следует указать, что химические вещества, которые содержатся в выхлопных газах, обладают подчас значительным временем «жизни» в атмосферном воздухе, поэтому процесс самоочищения последнего от различных ингредиентов может колебаться от 1 часа до нескольких тысяч лет (табл. 2).
Таблица 2.
Время «жизни» компонентов выхлопных газов ДВС
при взаимодействии атмосферными составляющими
до разложения 60% исходного количества примеси
(по данным ЕРА, США)
Компонент | Реакции с ОН‾ | Реакции с О2 | Реакции с NO3‾ | Реакции с NO2‾ |
| NO2 | 2 дня | 12 часов | 1 час | 2 часа |
| NO | 4 дня | 1 мин | 3 мин | 20 мин |
| HNO2 | 4 дня | >33 дней | ― | ― |
| HNO3 | 180 дней | ― | ― | ― |
| SO2 | 26 дней | 200 лет | ― | 600 лет |
| NH3 | 140 дней | ― | ― | ― |
| CH3NH2 | 12 часов | 2 года | ― | ― |
| NCH | 2 года | ― | ― | ― |
| H2S | 5 дней | 2 года | 4 дня | ― |
| CH3SN | 8 часов | ― | 1 час | ― |
| Пропан | 19 дней | 7 тыс. лет | ― | ― |
| н-Бутан | 9 дней | 4,5 тыс. лет | 9 лет | ― |
| 1,2-Дихлорэтан | 100 дней | ― | ― | ― |
| Формальдегид | 3 дня | 20 тыс. лет | 210 дней | 23 дня |
Особое внимание заслуживает фотохимический смог, в возникновении которого вносят вклад отдельные компоненты выхлопных газов автотранспорта.
Фотохимический смог, инициируемый солнечным светом, представляет собой желтовато-коричневатую дымку над городами, уменьшающую видимость, с наличием химических веществ, которые вызывают раздражение дыхательных путей и слезоточивость. Указанный цвет объясняется присутствием диоксида азота NO2, а раздражение вызывают озон, алифатические альдегиды и органические нитраты.
Появление фотохимического смога инициируется сочетанием следующих факторов:
1) солнечный свет
2) оксиды азота NOx
3) углеводороды
4) температура выше 18ºC
При этих значениях реакции происходят достаточно быстро для устойчивого формирования вредных веществ.
Известно, что ранним утром уровень загрязнения низкий. Концентрация NO и несгоревших углеводородов возрастает, когда люди отправляются на работу в автомашинах. С восходом солнца в утренние часы и увеличением интенсивности излучения, NO превращается в NO2 и, соответственно, возрастает содержание озона и альдегидов. Последние достигают максимума в полдень, при наибольшей солнечной активности. Надо отметить, что концентрация NOxпадает после 10 часов утра и не возрастает снова во время вечернего транспортного пика.
Выбросы автомобилей служат причиной увеличения концентрации NO, которая затем окисляется в NO2. Диоксид азота фотолизуется на солнечном свете, и эта реакция протекает тем быстрее, чем выше интенсивность фотонов. Происходит накопление «приземного» (в противоположность атмосферному) озона и его фотолиз ведет к формированию ОН. Выбросы автомашин также поставляют органические вещества (субстраты) реакций с OH; промежуточные и побочные продукты окисления этих веществ – такие, как альдегиды и органические нитриты, - являются компонентами смога, вызывающими раздражение слизистых оболочек. Многие из этих реакций зависят от температуры и поэтому в жаркое время года смог проявляется гораздо заметнее.
Впервые фотохимический смог зафиксирован в г. Лос-Анжелесе (штат Калифорния, США), обладающем своеобразным климатом. В городе с огромным числом автомобилей весьма часты температурные инверсии – до 260 дней в году. Инверсионный слой располагается на небольшой высоте, а интенсивность солнечной радиации в этом месте достаточно велика, поэтому явно выраженный фотохимический туман наблюдается здесь более 60 дней в году.
Все четыре условия фотохимического смога должны проявиться одновременно, поэтому место и время возникновения этого явления могут быть предсказаны. Так как именно автотранспорт поставляет NOx и углеводороды, поэтому фотохимический смог – явление, характерное для больших, насыщенных автомобилями городов, особенно расположенных в низких широтах и в котлованах. Таковыми являются Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Токио, Милан, Москва и др.
Следует подчеркнуть, что в густонаселенных районах Северной Америки, Европы возможен трансграничный перенос ЗВ. Так, причиной возникновения смога в Торонто (Канада) признаны выбросы автомобилей в соседних городах среднего Запада США. Россия (ее европейская территория) в качестве трансграничных загрязнений «получает» 129 тыс. тонн соединений серы из Германии, 128 тыс. тонн из Польши, 395 тыс. тонн – с Украины, в то же время Украина получает из России 37 тыс. тонн, Беларусь – 14 тыс. тонн и т.д. Трансграничные загрязнения в России составляют 48% от всей суммы выпадения серы на ее государственной территории.
Фотохимический туман сопровождается неприятным запахом, резко снижается видимость, у людей воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, возникает удушье, обостряются легочные заболевания, бронхиальная астма. Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрескивание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду, нарушает работу транспорта.
Озон и ПАН (компоненты смога) особенно токсичны для растений. При концентрации 0,1 ppmvO3 в воздухе даже астматики еще не испытывают раздражающего воздействия, в то время как скорость фотосинтеза у растений падает вдвое. Это очень серьезная проблема в южных сельскохозяйственных регионах, таких как Краснодарский край в России, Калифорния в США, центральная часть Таиланда, юго-запад Кореи, где развитое сельское хозяйство сочетается с развитой промышленностью и высокой плотностью населения, использующего большое количество автомобилей. Только в Калифорнии потери сельскохозяйственной продукции от таких газов, как O3 и ПАН, оцениваются ежегодно в миллиарды долларов.
Сокращение выбросов автотранспорта,
работающего на углеводородном топливе.
Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. Расплачиваться за это приходится ухудшением здоровья людей, как собственников автомобилей, так и пешеходов. К тому же на фоне безудержного роста числа автомобилей в России увеличивается доля подержанных, длительно эксплуатируемых, в частности иностранного производства.
В защите среды обитания от загрязнения автомобильными выхлопами наша страна существенно отстала от развитых стран Запада, причем по многим показателям. Двигатели даже новых отечественных автомобилей, выбрасывают в расчете на 1 км пройденного пути в 3-5 раз больше вредных веществ, чем их зарубежные аналоги. Проверки показывают, что каждый пятый автомобиль эксплуатируется с повышенной токсичностью или дымностью отработанных газов. В ряде городов содержание оксида углерода в воздухе над автомагистралями в 10-12 раз превышает предельно допустимую норму. По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения.
В связи с этим возникла острая необходимость в осуществлении таких мероприятий, которые бы позволили снизить выбросы автотранспорта или ослабить его негативное воздействие на качество среды обитания людей, особенно жителей городов.
Планировочно-градостроительные мероприятия. Они включают специальные приемы застройки и озеленения автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования. В первом эшелоне застройки – от магистрали – размещаются здания пониженной этажности, затем – дома повышенной этажности и в глубине застройки - детские и лечебно-оздоровительные учреждения. Тротуары, жилые, торговые и общественные здания изолируются от проезжей части улиц с напряженным движением многорядными древесно-кустарниковыми посадками. Важное значение имеют сооружения транспортных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства для размещения гаражей и автостоянок.