И человека

Общий мировой парк автомобилей ныне превышает 800 млн еди­ниц и быстро приближается к миллиарду. Его рост является одним из немногих показателей развития цивилизации, который заметно опе­режает прирост населения планеты и даже энергии. Подсчитано, что выставленные бампер к бамперу автомобили (со средней длиной 5 м и шириной 2 м составили бы цепочку длиной более 4 млн км (сто экваторов Земли и более чем 10-кратное расстояние до Луны), а суммарная площадь, занятая автомобилями, превысила бы 8 тыс. км2. Прогнозируется, что при сохранении тенденций роста автомобилей их число к 2015 г. может возрасти до 1,5 млрд штук.

В автомобильных двигателях внутреннего сгорания в мире ежегодно сжигается более 2 млрд т нефтяного топлива. При этом коэффициент полезного действия в среднем составляет 23%, остальные 77% уходят на обогрев окружающей среды.

В наиболее развитой автомобильной стране мира США на их про изводство расходуется пятая часть производимой в стране стали. Та­ким образом, автомобильная промышленность является одной из наи­более ресурсопотребляющих отраслей экономики. Автомобиль заби­рает из атмосферного воздуха его самый ценный для живых организмов компонент — кислород, а взамен выбрасывает в него ядовитые выхлопные газы, а также углеводороды. Так, современный автомобиль для сжигания 1 кг бензина расхо­дует 12 м3 воздуха (~2,5 м3 кислорода). Для сравнения: взрослый чело­век потребляет в сутки 15,5 м3 воздуха, в котором содержится около 3 м3 кислорода. Подсчитано, что автомобильный транспорт США по­глощает кислорода существенно больше, чем его генерирует раститель­ность на всей территории страны. В городах, особенно крупных и на­сыщенных автотранспортом (в одной Москве автомобилей более 2 млн единиц), кислорода сжигается намного больше, чем потребляет их население.

Везде, где эксплуатируется автомобиль, в воздух поступает боль­шое количество вредных веществ. Согласно исследованиям НИИ нор­мальной физиологии, в Москве 92—95% загрязнения воздуха дает ав­томобильный транспорт, а прочие отходы хозяйственной деятельнос­ти составляют лишь 7 %. Согласно экспертным оценкам, более чем в 150 городах России именно автотранспорт оказывает преобладающее влияние на загрязнение воздушного бассейна. К их числу относятся курорты и зоны массового отдыха: Сочи, Анапа, Ессентуки, Кисло­водск, Нальчик, Пятигорск, Минеральные Воды, а также ряд круп­ных центров с населением более 500 тыс. человек (Москва, С.-Петер­бург, Ростов-на-Дону, Воронеж, Краснодар, Пенза, Тюмень и др.). Кстати, Тюменской области принадлежит рекорд выбросов автотран­спортом вредных веществ: свыше 1,95 млн т.

Выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания (особенно кар­бюраторных) содержат огромное количество токсичных соединений -бенз(а)пирена, альдегидов, оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в случае применения этилированного бензина).

Наибольшее количество вредных веществ в составе отработавших газов образуется при неотрегулированной топливной системе автомо­биля. Правильная ее регулировка позволяет снизить их количество в 1,5 раза.

Компонентный состав и удельные выбросы загрязняющих веществ зависят от вида потребляемого топлива (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Состав основных примесей в выбросах автотранспорта (в кг на тонну топлива)

Компонент выбросов	Двигатель
	бензиновый	дизельный
Оксиды: углерода азота серы	395,0 20,0 1,6	9,0 33,0 6,0
Углеводороды	34,0	20,0
Альдегиды, органические кислоты	1,4	6,0
Твердые частицы (сажа)	2,0	16,0

Из табл. 4.1 видно, что экологически менее опасными являются дизельные двигатели. Несмотря на больший выброс последними ок­сидов азота и серы, общая масса поступающих в атмосферу загрязня­ющих веществ с учетом класса их опасности для здоровья оказывается примерно в 2,5 раза меньше.

Автомобиль загрязняет атмосферный воздух не только токсичны­ми компонентами отработанных газов, парами топлива, но и продук­тами износа шин, тормозных накладок. В городские водоемы и почву попадают топливо и масла, моющие средства и грязная вода после мойки, сажа. Наибольший ущерб здоровью наносят машины, стоящие в непосредственной близости от жилых зданий.

Количество выделяемых в окружающую среду вредных веществ зависит от численности и структуры автомобильного парка, а также от технического состояния автомобилей и в первую очередь их двига­телей. Так, из-за отсутствия регулировки карбюратора бензинового двигателя внутреннего сгорания выброс оксида углерода может возра­сти в 4—5 раз.

На состав отработанных газов двигателя большое влияние оказы­вает режим работы автомобиля в городских условиях. Низкая скорость движения и частые ее изменения, многократные торможения и разго­ны способствуют повышенному выделению вредных веществ.

Автомобиль отрицательно воздействует практически на все состав­ляющие биосферы: атмосферу, водные ресурсы, земельные ресурсы, литосферу и человека. Оценка экологической опасности через ресур-соэнергетические переменные всего цикла жизни автомобиля с мо­мента добычи минеральных ресурсов, нужных для его производства, до рециклирования отходов после окончания его службы показала, что экологическая «стоимость» 1-тонного автомобиля, в котором пример­но 2/3 массы составляет металл, равна от 15 до 18 т твердых и от 7 до 8 т жидких отходов, размещаемых в окружающей среде.

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

Выхлопные газы автомобилей, а также газы, образующиеся при испарении топлива, масла (неплотности), содержат около 200 хими­ческих соединений. В зависимости от особенностей их воздействия на организм человека указанные загрязняющие вещества подразделя­ют на 7 групп.

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

Во 2-ю группу включен оксид углерода (ПДК 20 мг/м3; 4 класс опас-ности). Этот бесцветный газ без вкуса и запаха, вдыхаемый человеком, соединяется с гемоглобином крови и подавляет его способность снабжать ткани организма кислородом. В результате наступает кислородное голодание организма и возникают нарушения в деятельности центральной нервной системы. Последствия воздействия зависят от концентрации оксида углерода в воздухе; так, при концентрации 0,05% через 1 ч появляются признаки слабого отравления, а при 1 % наступа­ет потеря сознания после нескольких вздохов. Добавим к сказанному, что оксид углерода может быть косвенной причиной многочисленных аварий на дорогах. Его действие на водителя автомашины в неболь­ших концентрациях сходно с действием алкоголя или состоянием утом­ления. В гаражах, в тоннелях и даже на напряженных магистралях со­держание оксида углерода часто достигает токсичных для человека уровней.

В 3-ю группу входят оксид азота NO (ПДК 5 мг/м3, 3 кл.) — бес­цветный газ и диоксид азота NO2 (ПДК 2 мг/м3, 3 кл.) — газ краснова­то-бурого цвета с характерным запахом. Указанные газы являются при­месями, способствующими образованию смога. Попадая в организм человека, они, взаимодействуя с влагой, образуют азотистую и азотную кислоты (ПДК 2 мг/м3, 3 кл.). Последствия воздействия зависят от кон­центрации в воздухе, так, при концентрации 0,0013% происходит сла­бое раздражение слизистых оболочек глаз и носа, при 0,002% — образо­вание метагемоглобина, при 0,008% — отек легких.

В 4-ю группу входят углеводороды. К наиболее опасным из них от­носится 3,4-бенз(а)пирен (ПДК 0,00015 мг/м3, 1 кл.) — мощный кан­цероген.

В 5 -ю группу входят альдегиды. Наиболее опасны для человека ак­ролеин и формальдегид. Акролеин — альдегид акриловой кислоты (ПДК 0,2 мг/м3, 2 кл.). Концентрация 0,00016% является порогом вос­приятия запаха, при 0,002% запах трудно переносим, при 0,005% не­переносим, а при 0,014% через 10 мин наступает смерть. Формальде­гид (ПДК 0,5 мг/м3, 2 кл.) —бесцветный с резким запахом газ, при кон­центрации 0,007% вызывает легкое раздражение слизистых оболочек глаз и носа, а также верхних органов дыхания, при концентрации 0,018% осложняется процесс дыхания.

В 6-ю группу входит сажа (ПДК 4 мг/м3, 3 кл.), оказывающая раз­дражающее воздействие на органы дыхания. Частицы сажи активно адсорбируют на своей поверхности бенз(а)пирен, из-за чего резко ухуд­шается здоровье детей, страдающих респираторными заболеваниями (их частота у детей Москвы на 48% превышает среднюю величину по России), лиц, больных астмой, бронхитом, воспалением легких, а так­же престарелых людей. Исследования, проведенные в США, показа­ли, что 50—60 тыс. человек умирают ежегодно от загрязнения воздуха сажей.

В 7-ю группу входят свинец и его соединения. В бензин в качестве ан-тидетонационной присадки вводят тетраэтилсвинец (ПДК 0,005 мг/м3, 1 кл.). Поэтому около 80% свинца и его соединений, загрязняющих воздух, попадают в него при использовании этилированного бензина. Свинец и его соединения снижают активность ферментов и нарушают обмен веществ в организме человека, а также обладают кумулятив­ным действием, т. е. способностью накапливаться в организме. Соеди­нения свинца особенно вредны для интеллектуальных способностей детей. В организме ребенка остается до 40% попавших в него соедине­ний.

Особое внимание заслуживает явление, называемое фотохимичес­ким смогом, в возникновение которого вносят весомый вклад отдель­ные компоненты выхлопных газов автотранспорта.

Фотохимический смог, инициируемый солнечным светом, представ­ляет собой желтовато-коричневую 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 18°С (при этих значениях реакции про­исходят достаточно быстро для устойчивого формирования вредных веществ).

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.

В ясные дни солнечная радиация вызывает расщепление молекул диоксида азота с образованием оксида азота и атомарного кислорода; атомарный кислород с молекулярным кислородом дает озон.

В результате продолжающегося явления фотолиза новые массы ди­оксида азота расщепляются и дают дополнительные количества озона, возникает цепная реакция, и в атмосфере происходит постепенное на­копление озона. Ночью процесс образования озона прекращается. При вступлении озона в реакцию с олефинами образуются различные пере­виси, которые и составляют характерные для фотохимического тумана продукты окисления (оксиданты).

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 загрязняющих веществ. Так, причиной возникновения смога в Торонто (Канада) при­знаны выбросы автомобилей в соседних городах среднего Запада США.

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 повреждает и ра­стения, вплоть до быстрого увядания.

Фотохимический туман вызывает коррозию металлов, растрески­вание красок резиновых и синтетических изделий, портит одежду, на­рушает работу транспорта.

Сами автомобили представляют прямую угрозу для здоровья и жизни людей. В результате автотранспортных происшествий в мире ежегодно погибают около 300 тыс. человек, в том числе в России - свыше 30 тыс. Автомобиль служит причиной разнообразных заболе­ваний, обусловленных малоподвижным образом жизни водителей, их психическими стрессами. Постоянная напряженность за рулем вызы­вает боли в области спины, шеи, повышение кровяного давления, яз­венную болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки.

Автомобили наносят значительный экологический ущерб поверх­ностным водоемам: часто машины моют в открытых водоемах, ставят их в непосредственной близости от воды. При этом в воду попадают нефтепродукты: бензин, технические масла и т. п. Даже небольшое их количество может резко сократить или полностью ликвидировать спо­собность водоемов к самоочищению, делает большие объемы воды непригодными для питья и хозяйственных целей.

Одним из наиболее опасных параметрических загрязнений окру­жающей среды является транспортный шум: 60—80% шумов, насти­гающих человека в жилой застройке, создают транспортные потоки.

В табл. 4.2 приводятся данные об источниках транспортного шума, которые свидетельствуют о весомом вкладе в него автомобилей.

Таблица 4.2. Источники транспортного шума