XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Влияние автомобильного транспорта на загрязнение снежного покрова придорожных территорий

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Низамова В.Д. 1

---

1МАОУ Ильинская СОШ им. И.И. Сидорова

Крапчатова А.В. 1

---

1МАОУ Ильинская СОШ им. И.И. Сидорова

Работа в формате PDF

290.5 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

ВВЕДЕНИЕ

С начала двадцатого века роль автомобилей стала очень важной, хотя и противоречивой. Они используются во всем мире и стали самым популярным видом транспорта во многих более развитых странах. В развивающихся странах, влияние автомобиля на общество не столь заметно, однако, тем не менее, оно значительно [1-3]. Разработка автомобиля, построенного на транспортном секторе, впервые была начата железными дорогами. Это привело к радикальным изменениям в структуре занятости, социальных взаимодействиях, инфаструктуре и распределении товаров.

Несмотря на положительное влияние автомобиля на доступ к отдаленным местам и мобильность, комфорт, обеспечиваемый автомобилем, позволяющий людям географически расширять свои социальные и экономические взаимодействия, негативное влияние автомобиля на повседневную жизнь значительно. Хотя появление серийного автомобиля стало революцией в промышленности и удобстве, создало спрос на рабочие места и налоговые поступления, высокие темпы автомобилизации также привели к серьезным последствиям для общества и окружающей среды [2-4].

С тем, что автомобили наносят вред экологии, уже давно согласились даже самые отчаянные скептики. Во многих странах власти стараются этот вред минимизировать, используя свои рычаги влияния. Методов много: от жестких вроде ограничения передвижения особо чадящих машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) до более мягких, например субсидий на покупку электромобилей.

Автомобильные компании тоже постоянно работают над экологичностью своей продукции. Развитие технологий позволяет сокращать количество вредных веществ в выхлопах бензиновых и дизельных двигателей. Отдельная тема — автомобили, не использующие привычные типы топлива. Гибридные технологии уже используются во множестве серийных моделей, а в ближайшем будущем так и вовсе настанет эра электрокаров.

Практически все крупные автопроизводители активно внедряют «зеленые» автомобили без ДВС в свои модельные линейки. Многие компании в будущем хотят сделать ставку именно на электрокары, отказавшись при этом от дизельных и бензиновых машин. Это обусловлено не только желанием развивать новые технологии, но и теми самыми мерами по борьбе за чистоту окружающей среды, которую ведут правительства многих стран [1-4].

Актуальность: Автотранспорт имеет крупнейшее значение для нас в современном мире. Сегодняшний мир просто не мыслим без применения автомобильного транспорта. Автотранспорт является одним из основных источников загрязнения атмосферы, количество автомашин непрерывно растет, особенно в крупных городах; а вместе с этим растет валовой выброс вредных продуктов в атмосферу. Его вклад в загрязнение окружающей среды, в основном атмосферы составляет 60-90% [7]. Автомобиль – главный источник экологических проблем. Основными факторами отрицательного влияния автомобильного транспорта является: загрязнение воздуха, загрязнение окружающей среды, шум, вибрация, выделение тепла (рассеяние энергии).

Гипотеза: выбросы автомобильного транспорта оказывают влияние на состояние атмосферы, а значит на состояние здоровья человека и почвы.

Цель: исследовать влияние автомобильного транспорта на состояние окружающей среды придорожной территории села Ильинское, г. Домодедово, Московской области

Задачи:

• оценить влияния автотранспорта на окружающую среду;

• определить наличие загрязняющих веществ от автотранспортных средств в нежном покрове придорожных территорий;

• предложить способы уменьшения влияния автомобильного транспорта на окружающую среду придорожных территорий;

Глава 1. Экологическое влияние автомобильного транспорта: проблемы и решения.

1. 1. Транспорт, виды транспорта:

«Из всех творений рук человеческих автомобиль больше всего похож на живое существо».

Уильям Лайонс

Одним из начинателей отечественного автомобилестроения в России был Е.А. Яковлев, четырёхколёсный легковой автомобиль которого успешно демонстрировался в 1896 году на Всероссийской промышленной выставке в Нижнем Новгороде.

Первый отечественный грузовой автомобиль, построенный русским изобретателем Борисом Луцким, экспонировался в 1900 году на Всемирной выставке в Париже и получил большую серебряную медаль.

Транспорт (от лат. trans «через» + portare «нести») — совокупность всех видов путей сообщения, транспортных средств, технических устройств и сооружений на путях сообщения, обеспечивающих процесс перемещения людей и грузов различного назначения из одного места в другое; и соответствующая отрасль экономики, связанная с перевозкой пассажиров и грузов [1].

Московский столичный регион (МСР; включает Москву и Московскую область) – крупнейший в России транспортный узел. Московский транспортный узел (МТУ) обеспечивает значительную часть перевозки грузов и пассажиров автомобильным, железнодорожным и воздушным транспортом страны.

По среде перемещения транспорт может быть наземным (самокаты, велосипеды, средства индивидуальной мобильности, мопеды, мотоциклы, мотороллеры, автомобили, вездеходы, поезда, троллейбусы, трамваи, автобусы, тракторы, прицепы, тягачи), воздушным (самолеты, аэробусы, аэропланы, вертолеты, дирижабли), водным (паромы, баржи, речные трамваи, суда на воздушных подушках, круизные лайнеры, тяжеловозы, танкеры, контейнеровозы, судна, лодки, катера, парусники, плоты, катамараны), космическим (космические корабли), трубопроводным [3].

По способу движения по поверхности транспорт может быть колесным, гусеничным или рельсовым.

По используемым источникам энергии транспортные средства классифицируются на:

• транспорт с электрическим двигателем;

• транспорт с тепловым двигателем;

• транспорт с гибридным двигателем;

• транспорт без собственного двигателя – парусный и приводимый в движение мускульной силой;

• транспорт на магнитной подушке.

Автомоби́ль (от др.-греч.. αὐτός — сам и лат. mobilis — подвижной, скорый) — моторное безрельсовое дорожное и/или внедорожное, чаще всего автономное, транспортное средство, имеющее от четырёх колёс.

Основное назначение автомобиля заключается в совершении транспортной работы. Автомобильный транспорт в промышленно развитых странах занимает ведущее место по сравнению с другими видами транспорта по объёму перевозок пассажиров. Современный автомобиль состоит из 15—20 тысяч деталей, из которых 150—300 являются наиболее важными и требующими наибольших затрат в эксплуатации и обслуживании.

1.2 Воздействие транспорта на окружающую среду

В воздействие транспорта на окружающую среду значительно, потому что транспорт является основным потребителем энергии и сжигает большую часть нефти в мире. Это создает загрязнение воздуха, включая оксиды азота и твердые частицы, и вносит значительный вклад в глобальное потепление за счет выбросов углекислого газа [3-4]. В транспортном секторе автомобильный транспорт вносит наибольший вклад в глобальное потепление.

Отрицательное влияние транспорта на окружающую среду выражается в:

• загрязнении воздуха выхлопными газами и мельчайшими твёрдыми частицами, загрязнении грунтовых вод токсичными стоками с автодорог, автомоек и стоянок автотранспорта;

• шумовом загрязнении;

• вибрации;

• потере городского жизненного пространства (до 50 % площади современных городов отводится на дороги, парковки, гаражи и заправочные станции).

1.2.1 Глобальное потепление

Легковые и грузовые автомобили выбрасывают в атмосферу углекислый газ и другие парниковые газы, на долю которых приходится пятая часть общего объема загрязнения в результате глобального потепления.

Парниковые газы удерживают тепло в атмосфере, что приводит к повышению температуры во всем мире. Без парниковых газов Земля была бы покрыта льдом, но сжигание чрезмерного количества ископаемого топлива, такого как бензин и дизельное топливо, привело к повышению глобальной температуры на 0,6 градуса Цельсия, или 1 градус F, начиная с доиндустриального периода, и это будет продолжаться в предстоящие десятилетия. Более высокие мировые температуры сказываются на сельском хозяйстве, дикой природе, уровне моря и природных ландшафтах [3].

1.2.2 Воздух, почва и вода

Последствия автомобильного загрязнения широко распространены, влияя на качество воздуха, почвы и воды. Закись азота способствует истощению озонового слоя, который защищает Землю от вредного ультрафиолетового излучения Солнца.

Двуокись серы и азота смешиваются с дождевой водой, создавая кислотные дожди, которые наносят ущерб сельскохозяйственным культурам, лесам и другой растительности, и зданиям.

Разливы нефти и топлива с легковых и грузовых автомобилей просачиваются в почву вблизи шоссейных дорог, а топливо и твердые частицы от выбросов транспортных средств загрязняют озера, реки и водно-болотные угодья [3].

1.2.3 Здоровье человека

Твердые частицы, углеводороды, окись углерода и другие автомобильные загрязнители наносят вред здоровью человека. Дизельные двигатели выбрасывают большое количество твердых частиц, которые находятся в воздухе и представляют собой частицы сажи и металла.Они вызывают раздражение кожи и глаз и аллергию, а очень мелкие частицы скапливаются глубоко в легких, где они вызывают проблемы с дыханием.Озон раздражает легкие, вызывая боли в груди, кашель и затруднение дыхания. Шум от автомобилей также является вредным, повреждая слух и вызывая психологические расстройства [3].

1.3 Виды топлива для автомобиля

К основным видам топлива автомобилей относят:

• Бензин. У автомобилей с бензиновыми двигателями отмечается плавное движение, легкое торможение и маневренность. В морозы моторы редко «замерзают». Но сложная конструкция двигателей провоцирует частые поломки по сравнению с дизелем.

• Дизель. Преимущество дизельных двигателей в мощности, небольшой энергозатратности и надежности за счет отсутствия системы зажигания. Негативный момент — шум при работе и более высокий уровень вибраций, чем в бензиновых авто.

• Электричество. Электромобили позволяют экономить на топливе. Преимущество в динамичности и безопасности. Но высокая стоимость авто и небольшое количество зарядных станций, медленная зарядка делают их менее популярными. Хотя альтернативой становятся гибридные двигатели.

• Газ. Альтернативное топливо. Из плюсов — низкая стоимость топлива, бесшумная работа. Из минусов — объемные газовые баллоны и более частое обслуживание.

Бензин - это смесь лёгких углеводородов с температурой кипения от 30° С до 200° C. Плотность бензина составляет около 0,7 г/см³. Это созданное человеком вещество, которое люди используют в первую очередь для заправки транспортных средств и других машин, использующих двигатель.

Выхлопные газы, продукты горения – все это, несомненно, является источником загрязнения воздуха [4]. Однако необходимо учесть и возросшее количество автозаправочных станций, построенных, зачастую, без учета социально-экологических последствий.

1.3.1 Преимущества и недостатки дизтоплива

Преимущества. Уменьшение содержания серы в топливе приведёт к снижению выбросов вредных оксидов серы, что позволит улучшить состояние атмосферы, особенно в крупных промышленных центрах. В дизельном топливе ЕВРО для регионов с умеренным климатом содержание полициклических ароматических углеводородов не должно превышать 11 % (масс.), а октановое число таких топлив не должно быть менее 51, что также благоприятно отразится на экологической ситуации в нашей стране.

Недостатки. При сгорании дизтоплива уровень выбросов загрязняющих веществ выше. Это оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Кроме того, силовые агрегаты на дизеле более шумные по сравнению с бензиновыми. Это может быть нежелательным фактором, особенно в случае использования в легковых автомобилях или в местах, где требуется низкий уровень шума.

Дизельное топливо, как и другие нефтепродукты, опасно для водоплавающих животных и птиц. Оно растворяется в жире, покрывающем их шерсть или перья, и снижает его водоотталкивающие свойства. Кроме того, нефтепродукты образуют на воде пленку, которая снижает поступление кислорода. Это приводит к замору рыб и других организмов, обитающих в толще воды. Некоторые составляющие дизельного топлива тяжелее воды. При попадании в водоем дизельное топливо загрязняет его по всей глубине. Этим оно отличается от бензина [4].

1.3.2 Преимущества и недостатки бензина

Преимущества. Бензиновые моторы легче запускаются в холодных условиях по сравнению с дизельными. Бензин воспламеняется при помощи искры от свечи зажигания, что облегчает пуск при низких температурах.
Также бензиновые двигатели широко используются в легковых автомобилях различных моделей и марок. Это обеспечивает большой выбор для потребителей. По сравнению с дизелем, сгорание бензина приводит к меньшим выбросам загрязняющих веществ. Это позитивно сказывается на экологической стороне использования бензина.

Недостатки. У бензиновых силовых агрегатов более высокий расход топлива по сравнению с дизельными. Это приводит к повышению затрат. Кроме того, у бензиновых моторов меньшая тяга на низких оборотах, особенно в сравнении с дизельными. Это требует более активного использования педали акселератора при обгоне или движении под нагрузкой [4].

Также это вредно для экологии: все эти соединения легче воздуха, они постепенно устремляются вверх, на верхние слои атмосферы, и там образуют парниковый эффект.

Приоритетными направлениями снижения загрязнения окру­жающей среды автомобильным транспортом являются:
— применение новых видов автотранспорта, минимально за­грязняющих окружающую среду (например, электромобили);
— рациональная организация и управление транспортными потоками;
— использование более качественных или экологически чис­тых видов топлива (например, газ);— применение совершенных систем – катализаторов топлива и систем шумоглушения – глушителей шума.

Глава 2. Методика исследования.

2.1.Расчет пропускной способности

Пропускная способность – максимальное число автомобилей, которое может пропустить участок дороги в единицу времени в одном или двух направлениях в рассматриваемых дорожных и погодно-климатических условиях. Пропускная способность автомобильных дорог зависит от числа полос движения и пропускной способности каждой полосы движения [5-6].

Пропускная способность наиболее заметно снижается в неблагоприятные для движения осенне-весенний и зимний периоды года, особенно в периоды действия неблагоприятных погодно-климатических факторов: во время дождей, снегопадов, гололеда, тумана и др. В этих условиях чаше всего происходят заторы на участках дорог с высокой интенсивностью движения, когда требуемые по безопасности движения интервалы между автомобилями существенно превышают оптимальные по пропускной способности.

Чтобы оценить вклад автомобиля в загрязнение окружающей среды нами была рассчитана пропускная способность выбранного участка автодороги.

Под пропускной способностью дороги Р_a  понимают максимально возможное число транспортных средств, которое может пройти через сечения дороги за единицу времени.

Р_а = N/t

Р_а - пропускная способность дороги.

N– количество автомобилей

t– отрезок времени

Для обеспечения бесперебойного движения необходим резерв пропускной способности, поэтому принято считать допустимым значение z≤ 0,85. Если значение коэффициента загрузки выше, данный участок следует считать перегруженным.

Пропускную способность дороги можно определить:

- расчетным путем, используя математические модели транспортного потока и эмпирические формулы, основанные на обобщении исследовательских данных;

- на основании натурных исследований на действующих  дорогах и в сложившихся условиях дорожного движения. Эти данные имеют особенно большое практическое значение, так как позволяют реально оценить пропускную способность дороги при обеспечении определенного уровня скорости и безопасности движения.

Пропускная способность дороги определяется плотностью транспортного потока (числом транспортных средств на одну полосу, на 1 км дороги или временным интервалом между транспортными средствами) и скоростью его движения.

Наиболее сложная ситуация складывается при необходимости оценки пропускной способности не отдельного участка дороги, а дорожной сети [8-10]

2.2 Химический анализ проб снежного покрова

Анализ образцов снежного покрова проводился с помощью качественного химического анализа, а также с применением оборудования центра естественнонаучной и технологической направленности «Точка Роста» на базе МАОУ Ильинской СОШ им. И.И.Сидорова.

Обнаружение ионов железа: В пробирку помещают 10 мл исследуемой вытяжки, прибавляют 1 каплю концентрированной азотной кислоты, несколько капель свежеприготовленного раствора пероксида водорода и 0,5 мл раствора роданида калия. При содержании железа в пробе появляется розовое окрашивание.

FeCl₃ + 3КCNS = Fe(CNS)₃ + 3KCl

Обнаружение ионов железа(III) проводят с помощью желтой кровяной соли. В результате выпадает темно-синий осадок берлинской лазури (КFe[Fe(CN₆)]).

FeCl₃ + K₄[Fe(CNS)₆]=KCl+KFe₄[Fe(CN)₆]₃

Обнаружение ионов меди: Качественное обнаружение с концентрированным раствором аммиака NH₄OH В фарфоровую чашку поместить 3-5 мл исследуемой воды, осторожно выпарить досуха и на периферийную часть пятна нанести каплю концентрированного раствора аммиака. Появление интенсивно синей или фиолетовой окраски свидетельствуете присутствии Cu⁺:

Cu²⁺+ 4NH₄OH = [Cu(NH₃)₄]^2-+ 4H ₂O

Для обнаружения меди также используют желтую кровяную соль. Она дает с ионами меди красно-бурый комплекс:

2CuSO₄ +K₄[Fe(CN₆)]= Cu₂[Fe(CN₆)]+4K₂SO₄

Обнаружение ионов свинца

Обнаружение происходит на основании качественной цветной реакции: хромат и дихромат ионы дают с ионами свинца малорастворимый хромат свинца желтого цвета:

Pb(NO₃)₂ + K₂CrO₄ = PbCrO₄ + 2KNO₃

К полученной пробе прилить 1 мл раствора азотной кислоты (1:2). Нагреть на водяной бане 10 минут, отфильтровать и выпарить в фарфоровой чашке. К сухому остатку прилить 1 мл 0,5% раствора дихромата калия и 4 мл дистиллированной воды. Раствор перемешать и отфильтровать в пробирку. Появление желтого осадка на фильтре указывает на наличие ионов свинца в почве [8-10].

Глава 3. Анализ полученных данных.

Объектом нашего исследования стала автомобильная дорога в селе Ильинское городского округа Домодедово Московской области.

Рис.1. Участок автодороги в с. Ильинское

В ходе исследования проведен подсчет количества автомобилей, прошедших данный участок, т.е. рассчитана пропускная способность данного участка автодороги (таб. 1).

Таблица 1. Экспериментально рассчитанная пропускная способность выбранного участка автодороги.

Бензин экологически чище, чем дизельное топливо. Он лучше усваивается мотором, а значит, приносит меньший вред не только людям, но и самому автомобилю. У него класс экологического загрязнения ниже. Это следует из того факта, что при переработке нефти сначала получают бензин, а из остатков нефтепереработки — дизельное топливо. Следовательно, бензиновых автомобилей на дороге больше, чем дизельных.

Следующим этапом нашего исследования являлось проведение качественного анализа исследуемых проб снежного покрова на присутствие в них ионов тяжелых металлов.

Рис.2. Химический анализ проб снежного покрова.

Качественный химический анализ показал присутствие в пробе №2 катионов Fe³⁺, а в образцах №3 обнаружено присутствие Fe³⁺ и Pb²⁺. Медь ни в одном образце не была обнаружена. Можно сделать предположение, что концентрация данного металла оказалась ниже ПДК и наши методики не позволяют ее обнаружить.

Таблица 2. Результаты химического анализа

Наличие в снежном покрове взвешенных частиц обусловлено, во-первых, применением в качестве антигололедных средств песчано-соляной смеси, основой которой является песок; во-вторых, за счет технического фактора через осаждение пыли, золы, сажи, дыма. В зимний период времени масса сжигаемого топлива, работающего, на угле достигает максимума, и твердые вещества в результате гравитационного осаждения загрязняют снег. Попадание таких компонентов в снег, а затем в почву вызывает подкисление или подщелачивание среды.

Заключение

Сегодня экологический ущерб от автотранспорта огромен и проявляется непосредственно во многих явлениях: загрязнение почвы, воды, атмосферы, автотранспорт создает шумовые и энергетические загрязнения. Все это ведет к значительному ухудшению здоровья и сокращению жизни населения. Из данной работы был сделан вывод, что с изобретением тепловых двигателей власть человека над природой увеличилась. Но человек - часть природы, поэтому, чтобы жить на Земле без страха за своё будущее, за своё здоровье, любоваться красотами природы, нужно беречь наш дом, иначе можно погибнуть.

Приоритетными направлениями снижения загрязнения окру­жающей среды автомобильным транспортом являются:

1. Применение новых видов автотранспорта, минимально за­грязняющих окружающую среду (например, электромобили). Оценки показывают, что в 2025 году электромобили могут составить 15% от общего числа автомобилей мира.

2. Рациональная организация и управление транспортными потоками.

3. Использование более качественных или экологически чис­тых видов топлива (например, газ).

4. Применение совершенных систем - катализаторов топлива и систем шумоподавления - глушителей шума. В последнее время широкое распространение получила идея использования чистого водорода в качестве альтернативного топлива.

5. Увеличение доли зеленых насаждений вблизи автодорог.

В наше время люди, принимающие ответственные технические решения, должны владеть основами естественных наук, быть экологически грамотными, осознавать свою ответственность за действия и понимать, какой вред они могут принести природе. Автомобиль в жизни и деятельности современной цивилизации просто необходим. Но всякие недоработки научно-технического прогресса необходимо устранять своевременно с той целью, чтобы сохранить в чистоте окружающую среду. Человек должен понять, что жизнь на Земле зависит от его отношения к природе, от гармонии между ними.

Таким образом, решение проблемы загрязнения окружающей среды – сложная задача, требующая большого внимания, существенных средств и непосредственного проведения целого ряда комплексных мероприятий.

Литература

1. И. Я. Аксенов, В. И. Аксенов. Транспорт и охрана окружающей среды. М.: Транспорт, 1986. 176 с.

2. В. В. Амбарцумян, В. Б. Носов, В. И. Тагасов. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. – М.: ООО Издательство «Научтехлитиздат», 1999.

3. В.Н. Белоусов, Б.Г. Прутков, А.П. Шицкова. Борьба с шумом в городах. М.: Стройиздат, 1987. 248 с.

4. Г. П. Беспамятов, Ю. А. Кротов. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. - Л.: Химия, 1987.

5. Б. М. Куров. Как уменьшить загрязнение окружающей среды автотранспортом? – Россия в окружающем мире. - Аналитический ежегодник. 2000 г.

6. Т. А. Соколова, Т. Я. Дронова. Изменение почв под влиянием кислотных выпадении. – М.: МГУ,1993.

7. Федеральный закон от 4 мая 1999 г. № 96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (ред. от 27.12.2009 №374-ФЗ).

8. Е.В. Нефедова, М.Н. Белова Экология. Лабораторный практикум. - Новотроицк: НФ НИТУ "МИСиС", 2015. – 90 с.

9. Т.А. Трифонова, Е.Ю. Алхутова Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв на примере системы почва – гальваношлам – луговая растительность. - ЭкиП, январь 2012, с.33-37.

10. Т.И. Прожорина,Затулей Е.Д. Химический анализ почв. Часть 1 Лабораторный практикум. Воронеж: Изд-во ВГУ, 2008. - 32 с