Влияние выхлопных газов на биосферу

Человек с момента его появления на Земле, постоянно стремится преобразовывать свою жизнь, а значит преобразовывать планету. Главной проблемой были расстояния, которые преодолевались с помощью наземных средств. В настоящее время самым распространенным транспортным средством стал автомобиль. Он принес облегчение людям при перевозке грузов, но люди сильно увлеклись этим транспортом. Сейчас на планете насчитывается более 600 млн. автомобилей. Для сгорания 1 литра бензина требуется 2,5 кг кислорода. В среднем за год автомобиль сжигает 10 т бензина, расходуя 35 т кислорода и выбрасывая в атмосферу 160 т выхлопных газов, в которых обнаружено 200 различных веществ, за счет чего происходят отрицательные влияния на почву и растения. Атмосферные осадки способствуют проникновению ядовитых веществ в грунтовые и поверхностные воды.

Очень актуален закон Б. Коммонера «За все надо платить». Человечество платит своим здоровьем за автомобильный бум.

В нашем Баганском районе по данным ГИБДД насчитывается 4021 единиц автотранспорта, при этом сжигается 140735 т горючего, с выбросом в атмосферу 643360 т выхлопных газов. По всем дорогам района и сел рассеиваются выхлопные газы, несущие болезни, стрессы.

Очень важна проблема загрязнения выхлопными газами автомобилей атмосферы, почвы, растений, воды. Ее необходимо раскрывать через все источники информации.

Важнейшие свойства почвы как среды обитания

Чтобы растения могли выжить, почва как среда обитания должна удовлетворять их потребность в минеральных элементах питания, воды и кислорода. Очень важны также ее рН (относительная кислотность) и соленость (концентрация солей).

Для питания растений необходимы такие минеральные питательные компоненты (биогены) как нитраты (NO3-), фосфаты (РО43-), калий (К+) и кальций (Са2+). За исключением соединений азота, которые образуются из атмосферного N2 при круговороте этого элемента .

Поскольку вода – хороший растворитель, она редко встречается в абсолютно чистом виде. Пригодность воды для питья и наполнения плавательных бассейнов зависит от ее качества. Если загрязняющие органические вещества сбрасываются в воду, в них начинается их естественная очистка. Она происходит в результате действия определенных микроорганизмов, которые используют растворенный в воде кислород для окисления загрязняющих веществ. Считается, что в зависимости от степени загрязненности воды БПК (потребности в кислороде) имеют следующие значения – Практически чистая 30 мг/дм3, слабая загрязненность 30-80 мг/дм3, сильное загрязнение > 80 мг/дм3 .

Загрязнение воды – это понижение ее качества в результате попадания в реки, ручьи, озера, моря и океаны различных физических, химических или биологических веществ. Загрязнение воды имеет много причин.

Промышленные стоки, содержащие неорганические и органические отходы, нередко спускаются в реки и моря. Ежегодно в водные источники попадают тысячи химических веществ, действие которых на окружающую среду заранее не известно. Сотни из этих веществ представляют собой новые соединения.

Бытовые сточные воды, содержащие синтетические моющие средства, в конце концов, попадают в реки и моря. Удобрения, смываемые с поверхности почвы, попадают в водостоки, ведущие к озерам и морям. Все эти причины приводят к сильному загрязнению воды, особенно в замкнутых бассейнах – озерах, заливах и малых рек.

Если в воде находится большое количество взвешенных твердых веществ, они делают ее непрозрачной для солнечного света и тем самым препятствуют процессу фотосинтеза в водных бассейнах. Это в свою очередь вызывает нарушения в цепи питания в таких бассейнах.

В промышленных и сельскохозяйственных сточных водах, которые попадают в водные источники, велико содержание нитратов и фосфатов. Это приводит к пресыщению удобряющими веществами замкнутых водоемов и вызывает в них усиленный рост простейших микроорганизмов – водорослей (сине – зеленая).

Уменьшение концентрации кислорода в результате разрастания водорослей и микроорганизмов, разлагающих мертвые ткани, приводит к старению озер и их заболачиванию. Этот процесс называется эвтрофиксацией..

По данным международной организации труда, 70% населения земного шара пользуются некачественной водой. Приблизительно 90% всех сельских жителей постоянно пользуются для питья и купания загрязненной водой. По оценкам Всемирной организации здравоохранения 80% заболеваний в мире обусловлены недостаточным качеством и антисанитарным состоянием воды. Из-за этого возникают такие заболевания, как холера, тиф, малярия, паразитарный цирроз (глистное заболевание) и проказа.

Сотни миллионов людей подвержены заболеванию, называемому трахомой, которое нередко приводит к слепоте.

В естественных экосистемах основной источник биогенов – разлагающиеся детрит метаболические отходы животных. В агроэкосистемах происходит неизбежное удаление биогенов с собранным урожаем, так как они входят в состав растительного материала.

Почва, не защищенная растительным покровом, страдает от ветровой и водной эрозии. Специалисты считают, что нельзя недооценивать роль следов тяжелых металлов и органических соединений в воздухе. Свинец – загрязнитель, заслуживающий особого внимания, так как отрицательно влияет на растения и способствует тяжелым заболеваниям людей (умственная отсталость).

Повышенное содержание свинца распространено гораздо шире, чем ожидалось. Загрязнителями стали считать этилированный бензин, содержащий тетраэтилсвинец. Продукты его сгорания вдыхаются, оседают на растения, пищу, воду и так далее. При горении бензина, топлива, ГСМ 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 (СО) возникают из-за того, что процесс горения происходит в воздухе, на 21% состоящем из кислорода и на 78% из азота.

Органические соединения образуются в результате химических взаимодействий между оксидами азота и летучими углеводородами, стимулируемых солнечным светом. Диоксид азота распадается на монооксид и атом кислорода, а тот соединяется с О2, давая озон (О3). Образуются очень агрессивные и вредные органические соединения, известные под названием пероксиацилнитратов, NO, таким образом, связывается и происходит накопление озона. Серная, азотистая кислоты образуются при взаимодействии паров воды с оксидами серы и азота соответственно. Наконец, сами взвеси так же становятся более опасными, так абсорбируют на поверхности частиц огромное количество других загрязняющих веществ. Под адсорбцией подразумевается простое прикрепление к поверхности (как мухи к липучке), в отличие от абсорбции, т. е. поглощения. Именно поэтому активированный уголь является таким прекрасным химическим фильтром.

Источники загрязнения воздуха обобщены.

Акт о чистом воздухе от 1970 г. предусматривает стандарты для следующих пяти загрязнителей, которые в то время считались наиболее распространенными и вредными: все взвеси; сернистый газ; озон; угарный газ и оксиды азота. Это Критерии загрязнения. Первичный стандарт, или предельно допустимая концентрация (ПДК), для каждого из них – это максимальный уровень, который человек может переносить без ущерба для здоровья, + 10 – 50% как «запас прочности».

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.

Акт о чистом воздухе потребовал сокращения этих выбросов на 90% к 1975 г. Испарения из топливных баков предотвращают с помощью системы трубок, идущих к емкости с активированным углем .

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 .

В учебном пособии В. А. Чулкина «Агротехнический метод защиты растений» указано, что 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 4,5.

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.

Лесопарки и природные леса называют легкими городов, в процессе фотосинтеза поглощается диоксид углерода и выделяется кислород.

В городах России чаще всего выращивают тополь и американский клен. Экологически наиболее полезен тополь, растет быстрее, чем другие деревья.

Опадающие листья деревьев в городе насыщены тяжелыми металлами и другими вредными веществами. Их нельзя сжигать (все поглощенное листьями вернется в атмосферу) и использовать на корм скоту, а нужно вывозить из города для захоронения.

Чем больше листьев у деревьев, тем оно полезнее для города – больше усваивает углекислого газа и задерживает пыли, уменьшает шум, выделяет кислород, увлажняет атмосферу, очищает ее от болезнетворных микроорганизмов выделением биологически активных веществ (фитонцидов) .

Чем выше дерево и шире его крона, тем лучше.

Польза от рудеральных растений в экосистемах бесспорна. Они способствуют закреплению поверхности, препятствуют ее размыванию или развеиванию ветром. Рудераны, как и другие любые растения, усваивают диоксид углерода и продуцируют кислород. Многие из них (в особенности одуванчик) концентрируют тяжелые металлы и очищают от них почву.

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. Когда скорость автомобилей регулируется так, их постоянно встречал зеленый свет светофора.

Маршруты грузового автотранспорта следует выносить за город на объездные дороги, а в центр города заезжать только по необходимости.

Задача экологии – любыми способами увеличивать площадь зеленых насаждений, проводить вертикальное озеленение и разводить вьющиеся растения на балконах вдоль стен. Деревья нужно сажать везде, где они могут расти, в особенности во дворах домов и на пустырях.

По санитарным нормам на каждого человека приходится 350 м2 лесов (в том числе 50 м2 непосредственно в селе, остальное – в зеленой зоне вокруг него) .

МЕТОДИКИ

1. Отбор образцов почвы.

В трехстах метрах от развилки дороги Баган – Карасук проводили отбор образцов. Так как транспорт на этом участке притормаживает (часто на перекрестке стоит пост ГИБДД) 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 лесополосы (отступали от деревьев 1,5 м). За контроль брали почву огорода и в середине лесополосы .

Почвенные образцы отбирали с глубины 0 – 5 см и 5 – 10 см ссыпали в целлофановые мешочки с этикетками.

2. Определение рН в почвенных растворах при помощи лакмусовой бумажки.

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.

3. Определение целлюлозо - разрушающие действия бактерий почвы.

Микроорганизмы – это биологические индикаторы почв. Мы использовали метод целлюлозо – разрушающего действия бактерий .

Для определения целлюлозо - разрушающего действия бактерий почву ссыпали в стаканчики, подписывали этикетки к каждому образцу в трехкратной повторности.

Фильтровальную бумагу диаметром 6,8 см (площадь фильтра 36,3 см2), закладывали в капроновые мешочки и закапывали вертикально в почву. Через 4 недели определяли визуально процент разложения бумаги бактериями. Данные в таблицах даны по средним результатам.

4. Определение отрицательного воздействия выхлопных газов на биосферу методом биоиндикации.

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

Лучшим индикатором загрязнения почвы считается фасоль. Подбирали фасоль 1 сорта и года урожая, пять суток проводили барботирование, т. е. стимуляцию прорастания семян кислородом в аквариуме с компрессором.

Посев проводили в почвы на глубину 2,5 см по 2 наклюнувших семян фасоли. Трехкратная повторность. В таблицу записывали дату всходов, высоту растений и фенологию. Последний учет проводился через три недели после посева. В таблицах даны средние данные.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

По данным ГИБДД в Баганском районе насчитывается 4021 единица автотранспорта, в среднем они сжигают 140735 тонн горючего, выбрасывая в атмосферу 643360 тонн выхлопных газов.

Повышенное содержание формальдегида, бензапирина, диоксида азота и серы, сажи содержится во всех марках бензина, а в этилированных - еще большее количество свинца, которое отравляет окружающий живой мир.

НИИ гигиены выявлено, что повышенное содержание этих веществ особенно высоко на основных автомагистралях .

Мы заинтересовались этими данными, т. к. рядом с Баганом имеется оживленная автотрасса Купина – Карасук. Дорога с небольшим подъемом к перекрестку, особенно со стороны Купино. На развилке часто стоит пост ГИБДД. По нашим подсчетам в конце сентября по ней проезжает за день 60 легковых и 80 грузовых автомашин. Летом на этой трассе движение становится интенсивнее.

Замечено, что в последние годы древесная растительность (дикая яблоня, американский клен) с западной стороны автотрассы стали сохнуть. Ветер со стороны Казахстана (южный и юго – восточный) направляет продукты сгорания автомобилей на лесополосу и в сторону нашего села.

Автомобильные выбросы, содержащие углекислый газ, двуокись азота, серы и тяжелые металлы загрязняют почву и кюветы дорог, что приводит к сдвигу кислотности почв.

Для проверки этой гипотезы мы отобрали образцы почв с двух сторон дороги (горизонт 0 – 5 см и 5 – 10 см) в кюветах и в лесополосе.

По двух годичным данным определение рН в почвенной вытяжке (образцы брали в конце августа) мы получили, что в кювете с западной стороны (около лесополосы) в поверхностном горизонте 5 – 10 см почва кислее, чем с восточной. При исследовании почвы, взятой по над дорогой эта зависимость проявилась еще ярче. Со стороны лесополосы (с запада) рН почвы в горизонте 0 – 5 см имел критический уровень 4,5 .

Листья растений, растущих по сторонам автотрассы, насыщаются тяжелыми металлами и другими ядовитыми веществами. Свинец, формальдегид и кислотные остатки выхлопных газов не только изменяют рН почвы, но и влияют на микробиологические процессы.

Работа целлюлозо – разрушающих бактерий – это один из показателей насыщенности почвы тяжелыми металлами и другими ядовитыми веществами.

По нашим данным, полученным в ходе опытов с разложением фильтровальной бумаги активность целлюлозо – разрушающих бактерий выше в горизонте 0 - 5 см, чем в горизонте 5 – 10 см .

С западной стороны биоактивность бактерий ниже, чем с восточной стороны. У лесополосы и за ней большая активность целлюлозо-разрушающих бактерий за счет того, что имеется большое количество растительных остатков древесной и травянистой растительности

Вероятно из-за сильного уплотнения почвы в самой лесополосе низкая активность бактерий.

Учеными выявлено, что большинство токсических газов концентрируется в дождевой воде, почве и зеленых растениях .

На всех оживленных автомагистралях по данным НИИ гигиены имеет место превышение допустимых доз концентрации (ПДК) оксида углерода (1,2 – 2,0), формальдегида (2. 0 – 12), оксида азота (1,2 – 3,3), фенола (5,0 – 10), сажа (4,0 – 6,0). Мы не имеем возможности провести такие анализы, но, используя биоиндикатор (фасоль) по его росту и развитию можно определить отрицательное воздействие всех ингредиентов бензина на биосферу.

Таблица 1

Процент активности целлюлозо-разрушающих бактерий (2005-2006 гг. в среднем)

№ п/п № образца Место взятия почвенных образцов % активности бактерий горизонт 0 – 5 см горизонт 5 – 10 см

1 1 Кювет с восточной стороны. 60 20

2 2 У дороги с восточной стороны. 20 5

3 3 У дороги с западной стороны. 20 5

4 4 Кювет с западной стороны у лесополосы. 30 5

5 5 У лесополосы. 90 40

6 6 За лесополосой. 90 90

7 7 Внутри лесополосы (контроль). 10 10

8 8 Огород (контроль). 50 50

В результате двух годичных исследований было выявлено, что хорошо росла и развивалась фасоль на почвах, взятых с горизонта 0 – 5 см. Сильное отставание роста или гибель растений наблюдали на почвах с горизонта 5 – 10 см. Аналогичные данные получены и в опыте с целлюлозо-разрушающими бактериями, Вероятно в горизонте 5 – 10 см происходит накопление тяжелых металлов и ядовитых веществ, т. к. листья древесных растений способны накапливать эти элементы.

На почвах, взятых внутри лесополосы, самые низкие показатели по всем горизонтам, фасоль выросла в среднем на 1,5 см, а активность целлюлозо – разрушающих бактерий 10% .

По нашим подсчетам на каждые 100 м лесополосы 15 сухих яблонь и кленов. Наши исследования доказывают, что выхлопные газы автотрассы способствуют их гибели.

Таблица 2

Влияние ингредиентов выхлопных газов на рост растений и фасоли (в среднем)

№ п/п Варианты Горизонт (см) Высота фасоли на конец опыта (см)

2005 2006 в среднем за 2 года

1 Кювет с восточной стороны 0-5 39 30 35

5-10 28 34 31

2 Край дороги с восточной стороны 0-5 40 38 39

5-10 10 15 12

3 Край дороги с западной стороны (лесополоса) 0-5 29 38 33,5

5-10 0 3,1 1,6

4 Кювет с западной стороны (лесополоса) 0-5 30 34 32

5-10 8 0 4,0

5 У лесополосы 0-5 55 41 48

5-10 15 0 7,5

6 За лесополосой 0-5 33 38,5 35,7

5-10 0 0 0

7 Внутри лесополосы (контроль) 0-5 1,5 1,5 1,5

5-10 1,5 1,5 1,5

8 Огород (контроль) 0-5 18 19 18,5

5-10 20 19 19,5

Интенсивное движение на автотрассе Купино – Карасук влияет на жизнедеятельность флоры и фауны, т. к. ингредиенты выхлопных газов оседают по обочинам дороги и влияют на кислотную среду почвы.

Аналогичные данные получены по работе целлюлозо-разрушающих бактерий.

Примеси выхлопных газов влияют на биоиндикатор (фасоль).

Почвы, взятые с западной стороны автотрассы менее пригодны для роста и развития растений.

Работа целлюлозо – разрушающих бактерий в почве и показатели биоиндикатора (фасоли) доказывают, что в почве происходит накопление токсических веществ с подветренной стороны автомагистрали.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Экологическую и оздоровительную роль для села Баган играют насаждения - лесополосы. Однако, в последние годы много деревьев погибло из – за интенсивного движения автотранспорта по трассе Купино – Карасук.

Лесополоса засажена в основном растениями, неустойчивыми к загрязнению атмосферы.

Необходимо провести очистку лесополосы от сухостоя, подсадить устойчивые к выхлопным газам древесные растения: березу, лиственницу, иву, а так же кустарники – боярышник, лох, рябину и т. д.

Растения , которые растут вдоль дорог, нельзя использовать для корма животным.