Влияние выхлопных газов и автомагистралей на биосферу

 

НАЦИОНАЛЬНАЯ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ  ПРОГРАММА

    «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНО-ТВОРЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РОССИИ»

Всероссийский конкурс «Научный потенциал-XXI век» 
 
 

Секция: Науки о Земле 
 
 
 
 
 

     Влияние выхлопных газов  и автомагистралей на биосферу. 
 

    Буранбаева  Лайсян 

    Уфимский  государственный нефтяной технический университет, 2 курс, г. Уфа 
 
 
 
 
 

    Научный руководитель:

    Сафаров Айрат Муратович, канд. техн. наук 
 
 
 
 
 

    г. Уфа, 2010/2011 учебный год 

Содержание  

Введение ……………………………………………………………..……3

Глава 1. Литературный обзор ……………………………….…….…..……4

Глава  2. Экспериментальная часть …………………………………..……6

Глава 3. Результаты исследований …………………………………..……8

Выводы………………………………………………………………….…..12

Литература………………………………………………………………..…13

Приложение…………………………………………………………………14 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ.

     Человек с момента его появления на Земле, постоянно стремится качественно  преобразовывать свою жизнь, познавать  окружающий мир используя природные ресурсы. Но основным лимитирующим фактором в этих действиях были расстояния. Прорывом в этом ограничении стало изобретение двигателя внутреннего сгорания.

     Двигатель внутреннего сгорания был изобретен  более ста лет назад. И на протяжении всего периода существования  он непрерывно совершенствовался. Постоянное ужесточение экологических требований в связи с глобальным загрязнением планеты и намечающимся "парниковым эффектом", а также обострение общемирового энергетического кризиса активизировали в последние годы ХХ столетия поиск новых решений, которые, с экологической точки зрения,  пока малоэффективны.

     Только  достоверно оценив влияние автотранспорта на окружающую среду можно принять организационные и технические решения для минимизации последствий данного воздействия.

     Цель  моей работы:

1. Оценить влияние автотранспорта на окружающую среду на примере автодороги Уфа – Мраково.
2. Для осуществления выше поставленной цели было принято решение произвести оценку на основании водородного показателя загрязнения снега и почвы вблизи автодороги Уфа- Мраково и оценить их токсичность различными методами биотестирования.
3. Обработать полученные данные и выработать рекомендации по минимизации выявленного воздействия.

 
 
 
 
 

   Глава 1. Литературный обзор.

   Все виды современного транспорта наносят  большой ущерб биосфере, но наиболее опасен для нее автомобильный  транспорт. В мире примерно 600 миллионов штук автомобилей. В среднем каждый из них выбрасывает в сутки   3,5 – 4 кг угарного газа, значительное количество оксидов азота, серу, сажу. Автомобили используют кислород атмосферы, ежегодно расширяют сеть дорог с твердым покрытием, которые густой сетью опутывают планету.

     Автомобили  расходуют огромное количество топлива, а его источники исчерпаемы, и  их осталось на земле не так уж много.

     Основным  источником углеводородов и оксидов  азота, приводящим к повышению приземного содержания озона, пероксиацитатов и угарного газа, признаны выхлопные газы транспортных средств. Углеводороды, кроме того, попадают в воздух при испарении бензина и других нефтепродуктов из топливных баков и двигателей внутреннего сгорания.

      При горении бензина, топлива образуются углекислый газ и вода (СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О), однако, окисление редко проходит до конца.  В основном из углерода частицы выбрасываются в воздух; взвесь мы наблюдаем как дым. Оксиды азота возникают из-за того, что процесс горения происходит в воздухе, на 21% состоящем из кислорода и на 78% из азота.

     В настоящее время автомобили оборудованы  множеством приспособлений для борьбы с загрязнением, включая компьютерный контроль состава горючей смеси  и опережением зажигания, обеспечивающий более полное сгорание топлива и снижающий содержание углеводородов в выхлопах. Однако самым значительным усовершенствованием остается каталитический преобразователь. Когда выхлопные газы проходят через него, химический катализатор (платинированные гранулы) стимулирует окисление углеводородов до углекислого газа и воды. Каталитический преобразователь обеспечивает также доокисление угарного газа до углекислого, т.е. прекрасную борьбу и с выбросами СО. Однако,он не способен ничего сделать с оксидами азота. По наблюдениям на каждые пять машин приходится одна, в которой катализаторы не работают из-за неправильной регулировки или поломок. Самый распространенный случай – сознательное отключение каталитического преобразователя из-за ошибочного мнения, что это позволяет сэкономить топливо.

     Автомобильные выбросы содержат двуокиси азота и серы. В некоторых случаях уровень SO₂ в воздухе и влажность в воздухе могут привести к образованию серной кислоты (H₂SO₄) чем и можно объяснить сдвиг кислотности почвы близ шоссейной дороги ближе к критическому уровню.

     Данные  наблюдения объясняются тем, что  в местах подъема дороги моторы работают напряженно, сгорает большее количество топлива и выбрасывается в  атмосферу, загрязняя почву, а большая  концентрация вредных веществ, содержится в выхлопных газах.

     Особенно высоко содержание выхлопных газов в атмосфере у светофоров и в местах заторов движения. Еще у перекрестков образуются пробки автотранспорта, машины выжигают кислород и насыщают атмосферу выхлопными газами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Глава 2.Экспериментальная часть.

     В с.Мраково Кугарчинского  района Республики Башкортостан, по данным ГИБДД, насчитывается 3736 единиц автотранспорта, при этом сжигается 120839 т горючего, с выбросом в атмосферу 624360 т выхлопных газов.

    Мы  заинтересовались этой автотрассой, т.к. она довольно таки оживленная. Дорога с небольшим подъемом к перекрестку, особенно со стороны Уфы. На развилке расположен КПМ. По нашим подсчетам в конце сентября по ней проезжает за день около 120 легковых и 90 грузовых автомашин. Летом на этой трассе движение становится интенсивнее.

    В окружности диаметром 300 метров  на развилке автотрассы Уфа-Мраково-Исянгулово проводили отбор образцов. Транспорт на этом участке притормаживает (на перекрестке КПМ) или газуют, выезжая на ровный с небольшим подъемом дороги. При всех этих манипуляциях выделяется много выхлопных газов, из-за неполного сгорания бензина, солярки. Для отбора образцов почвы использовали общепринятую методику. Отбор почвы проводили с двух сторон от полотна дороги – точки 2,3 в 0,5 м от автотрассы; 1,4 в самой низине кювета; 5,7 с двух сторон лесопосадки (отступали от деревьев 1,5 м). За контроль брали почву огорода и в середине лесопосадки.

2.1.Определение водородного показателя загрязнения биосферы.

2.1.1. Определение рН  атмосферного воздуха.

     В качестве индикатора загрязнения атмосферного воздуха  был выбран снег. Снежный покров является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферного воздуха. Одним из таких загрязнителей являются кислотные осадки, возникающие главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа). Вступая в реакцию с атмосферной влагой, эти оксиды  образуют слабые растворы серной и азотной кислот и выпадают в виде осадков. Эти осадки могут привести изменению химических свойств почвы и воды. На участке, где проводилось исследование, на изменение кислотности главным образом влияют выхлопные газы автотранспорта.

     Для проведения эксперимента по измерению уровня загрязнения снега и атмосферного воздуха вблизи с.Мраково на автодороге Уфа-Мраково были отобраны образцы на 7 участках:

• Кювет с восточной стороны
• Кювет с западной стороны
• Край дороги с восточной стороны
• Край дороги с западной стороны
• У лесопосадки с южной стороны
• У лесопосадки с северной стороны
• Внутри лесопосадки

     В лаборатории отобранный  снег растопили, профильтровали и налили в пробирки предварительно подписав их.

     Если  в пробе pH меньше 5,6, то это говорит  о кислотных выпадениях в изучаемом  районе в течение зимы

       Для измерения кислотности полученных проб мы использовали специальный прибор рН-метр, который используется для того чтобы измерять степень кислотности водной среды.

     Кроме рН-метра провели анализ при помощи индикаторов  Бромтимола синего и лакмуса.

     Бромтимол синий регистрирует изменения показателя pH в диапазоне значений от 5,8 до 7,6, изменяя свой цвет с жёлтого на синий через оттенки зелёного. (Нейтральные значения (pH=7,0) соответствуют травянисто-зелёному цвету).

     Лакмусовая  бумага является одним из широко известных  кислотно-основных индикаторов, В кислых средах (pH<4,5) лакмус приобретает красную окраску, в щелочных (pH>8,3) — синюю.

     Использование цветовых индикаторов позволило  наглядно подтвердить показания рН-Метра.

2.1.2. Определение рН  почвы.

    Определение рН образцов почвы происходило непосредственно с почвенной вытяжки. С каждого образца почвы отбирали по 10 грамм, пересыпали в колбочки, которые этикировали. Заливали холодной кипяченой водой (10 мл), тщательно встряхивая 5 минут, оставляя колбы стоять 15 минут. Через 10 минут определяем кислотность вытяжки (рН). Индикаторную бумагу опускали в раствор и сравнивали окраску с контрольной шкалой. Для контроля определяли рН воды.

    2.2.Определение отрицательного воздействия выхлопных газов на почву методом биотестирования.

    Академик  В.Е. Соколов (1990 г.) отмечает, что живые  индикаторы имеют преимущество перед дорогостоящими и трудоемкими физико-химическими методами.

    2.2.1. Определение наличия тяжелых металлов в почве .

    Лучшим  индикатором загрязнения почвы  тяжелыми металлами считается фасоль обыкновенная Phasoules vulgarius . Подбирали фасоль одного сорта и одного года урожая. Посев проводили в почвы на глубины 0-5 и 5-10 см по 2 наклюнувших семян фасоли. В таблицу записывали дату всходов, высоту растений и фенологию. Последний учет проводился через три недели после посева.

     2.2.2. Определение токсичности почвы.

     Почва и  снег тесно взаимосвязаны между  собой. При растаянии снега, вместе с водой растворяются и токсичные  вещества, содержащиеся в снегу. Именно поэтому для определения токсичности почвы, мы исследуем токсичность снеговой воды, используя в качестве тест-объекта микроорганизм Paramecium caudatum (инфузория туфелька).

    Методика  биотестового анализа инфузорией-туфелькой предназначена для оперативного контроля токсичности проб почв.

     В кювету вносят 2 мл взвеси инфузорий проверенной по 2 параметрам: по чувствительности к модельному токсиканту и по характеру выхода в разбавляющую среду. К взвеси добавляют 0,35 мл 5% раствора ПВС, все тщательно перемешивают, непременно увлажнив стенки кюветы, и наслаивают 1,8 мл анализируемой водной пробы, не допуская перемешивания с нижним слоем. Через 30 минут последовательно производят определение концентрации инфузорий в контрольных и опытных пробах. Контрольные и опытные пробы готовят одновременно.

     Подготовленные  кюветы последовательно помещают в кюветный модуль прибора "Биотестер - 2".

     Если  концентрация токсикантов настолько  велика, что инфузории практически  не выходят в пробу, то начинает мигать светодиод ТРЕВОГА. Это означает, что испытуемую пробу необходимо разбавить.

     Контрольные и испытуемые пробы делают в 3 повторностях. Значения повторностей усредняют и  рассчитывают индекс tokcичhoctи.

     Индекс  токсичности определяется как: