Лекційне заняття № 10

Повітряне середовище міста: склад, властивості та нормування якості атмосферного повітря

1. Склад, основні характеристики та функції атмосферного повітря.

2. Класифікація джерел забруднень атмосфери.

3. Характеристики речовин - забруднювачів атмосфери.

4. Нормування якості атмосферного повітря.

У життєдіяльності людини повітря є головним продуктом споживання, а його наявність — основною умовою існування. Адже без їжі вона може обходитись 5 тижнів, без води — 5 днів, а без повітря — 5 хвилин. Крім того, нормальна життєдіяльність людини потребує повітря відповідної чистоти, а відхилення від норми, забруднення негативно впливають на організм. Тому охорона атмосферного повітря є важливою складовою проблеми оздоровлення зовнішнього середовища загалом.

Повітряна оболонка Землі формує атмосферу радіусом до 20 000 м. Атмосферне повітря утворене з різних газів: 78,08 % азоту, 20,95 % кисню, 0,93 % аргону, 0,03 % вуглекислого газу, 0,01 % неону, гелію, метану, радону та ін. Усі вони по-своєму важливі для людини, біосфери, формування клімату (табл. 1).

Життя на Землі неможливе без кисню. Він є продуктом життєдіяльності зелених рослин, які виділяють його, споживаючи й розщеплюючи воду та вуглекислий газ при фотосинтезі. Усі інші живі істоти тільки споживають кисень. Вуглекислий газ надходить в атмосферу в результаті дихання живих істот, спалювання палива, гниття та розкладання органічних речовин.

Таблиця 1

Основний склад сухого чистого повітря в приземному шарі

Газ	Відносний вміст у сухому повітрі, %		Загальний вміст в атмосфері Землі, т
	за обсягом	за масою
Азот (N2)	78,08	75,53	4,0.1015
Кисень (О2)	20,95	23,14	1.2.105
Аргон (Аr)	0,93	1,28	6,8.1013
Вуглекислий газ (СО2)	0,033	0,05	2,6.1012
Неон (Nе)	0,0018	0,001	5,3.1010
Гелій (Не)	0,0005	0,00007	3,9.109
Криптон (Кr)	0,00015	0,00008	4
Ксенон (Хе)	0,0001	0,00003	І,6.109
H2O	0,00005	0,00008	4,2хЮ9
Водень (Н2)	0,00005	0,000003	1,6.108
Озон (O3)	0,00004	0,00007	3,7.109

Сьогодні наука немає однозначного терміну "атмосферне забруднення У деяких країнах під атмосферним забрудненням розуміють будь-яке відхилення складу повітря від нормального (див. табл. 1.). У Німеччині, Великобританії та інших країнах, говорячи про забруднення атмосфери, вважають за необхідне вказувати джерела забруднення, дають характеристику домішок та оцінку негативних наслідків забруднення. Французькі вчені, згідно із законами Франції, спрямованими на боротьбу із забрудненням атмосфери, розуміють. під атмосферним забрудненням наявність у повітрі різних газів, парів, частинок твердих або рідких речовин, включаючи радіоактивні, які негативно впливають на живі організми, у тому числі й рослини, погіршують їхні життєві умови або завдають матеріальних збитків. Багатогранність цього термі на зумовлена великою складністю проблеми запобігання та боротьби із забрудненням атмосфери, великою кількістю джерел забруднення, кожне з яких мас свої шкідливі викиди, різнобічністю негативних впливів, що не дозволяє звести всі ці фактори в єдину класифікацію.

Основними джерелами забруднення атмосфери є природні, виробничі та побутові процеси, тому забруднювачі можуть бути зведені у такі групи:

- природні забруднювачі мінерального, рослинного, тваринного або мікробіологічного походження;

- забруднення, які утворюються при спалюванні палива для потреб промисловості, опалення житла, при роботі автомобільного, залізничного, авіаційного, морського та річкового транспорту;

- забруднювачі, що утворюються в результаті промислових викидів;

- забруднювачі, обумовлені спалюванням та переробкою побутових та промислових відходів.

У забрудненні повітря можуть брати участь одне або одночасно декілька джерел.

До природних забруднювачів атмосфери належать пил, що утворюється при ерозії ґрунту, пил рослинного, вулканічного та космічного походження, тумани й частинки морської солі, вулканічні гази, а також гази, що виділяються під час лісових та степових пожеж, різні продукти рослинного, тваринного й мікробіологічного походження. Накопичення в повітрі природних забруднювачів у великій кількості призводить інколи до унікальних природних явищ.

Так, "криваві дощі", що випали в південних районах Європи, містили червоний мілкий пісок, піднятий у атмосферу смерчами в Сахарі. Вулканічний попіл, що викидається на велику висоту, довгий час залишається у повітрі в завислому стані й утворює хмари, які можуть переноситись на значні відстані. Так, "сухий туман", що у 1783 р. протягом трьох місяців стояв над усією Європою, був наслідком діяльності вулканів Ісландії.

Люди в процесі свого життя теж забруднюють атмосферу, особливо це помітно у великих містах, де кожна людина щодоби виділяє близько 10 м³ повітря, насиченого парами води із вмістом вуглекислого газу близько 4 % та 600-900 г поту. Тому в повітря з п'ятимільярдним населенням Землі щодобово надходить близько 2 млн м³ СО₂ та 6000 м³ водяної пари. Запилення повітря в містах пов'язане також з постійним зносом взуття, покришок автомобільного транспорту та інших матеріалів. При цьому в атмосферу надходять шкідливі для здоров'я сполуки кремнію, бітумів, каучуку. Не можна не згадати і про таке шкідливе джерело забруднення, як куріння тютюну, дим якого шкідливий однаковою мірою як для самого курця, так і для оточуючих.

Подальше вивчення характеру та рівнів забруднення атмосфери природними джерелами має величезне практичне значення, оскільки дозволяє оцінити їхню небезпеку для людей та встановити їхню роль у порушенні нормального складу повітря при одночасному виділення шкідливих викидів від антропогенних джерел.

За агрегатним станом усі забруднюючі атмосферу речовини антропогенного походження можна розділити на чотири групи: тверді, рідкі, газоподібні та змішані. Джерелами антропогенного забруднення атмосфери є теплоенергетика, промисловість, нафто- та газопереробка, транспорт, випробовування ядерної зброї, тощо. Кожне з цих джерел і кожна галузь виробництва пов'язані з виділенням в атмосферу специфічних домішок, склад яких нараховує десятки тисяч речовин, які іноді зразу не можна навіть ідентифікувати. Проте найбільші за масою (багатотоннажні) викиди антропогенного походження досить нечисленні. Найпоширенішими викидами промисловості є: зола, пил, цинк оксид, силікати, плюмбум (II) хлорид, сульфур (IV) оксид, сульфур (VI) оксид, сірководень, меркаптани, альдегіди, вуглеводні, смоли, нітроген оксиди, аміак, озон, карбон оксид та діоксид, фтороводень, хлороводень, натрій гексафторосилікат, радіоактивні гази, аерозолі.

Найнебезпечнішими забруднювачами атмосфери антропогенного походження є нітроген, сульфур та карбон оксиди, аміак, вуглеводні та їхні фторо і хлорпохідні, тропосферний озон, метан і промисловий пил. За рік в атмосферу Землі викидається близько 200 млн т оксиду карбону (II), 20 млрд т діоксиду карбону, 150 млн т діоксиду сульфуру, 53 млн т оксидів нітрогену, понад 250 млн т пилу, 120 млн т золи і понад 50 млн т різних вуглеводнів. Такі колосальні викиди помітно змінили склад сучасної атмосфери порівняно з доіндустріальним періодом (див. табл. 2).

Таблиця. 2

Концентрація деяких газоподібних речовин в атмосфері

в доіндустріальну та сучасну епохи

Речовини	Концентрація речовин, млн 1
	Доіндустріальна епоха	Сучасність
Вуглекислий газ	275	354
Метан	0,7	1,7
Оксиди	0,228	0,31
Тропосферний озон	0,015	0,035
Хлорофторовуглеводні	0	0,00028

Величезна кількість забруднюючих атмосферу речовин надходить з вихлопними газами автомобілів. Нині у світі є понад 200 млн автомобілів, вихлопні гази яких місять приблизно 200 речовин. Перелік основних компонентів вихлопних газів наведено в табл. 5.3.

Як випливає з табл. 3, бензинові двигуни викидають у повітря більше не згорівших вуглеводнів і продуктів їх неповного згоряння (СО, альдегіди), ніж дизелі. Підраховано, що кожна машина з бензиновим двигуном, що пройшім 15 тис. км, споживає 4350 кг кисню, а викидає 3250 кг карбон діоксиду, 530 кг СО, 93 кг вуглеводнів та 27 кг оксидів нітрогену.

Таблиця 3

Склад вихлопних газів бензинових та дизельних двигунів (% за об'ємом)

Компоненти вихлопних газів	Бензинові двигуни	Дизельні двигуни
Азот	74-77	76-78
Кисень	0,3-8,0	2-18
Водяна пара	3,0-5,5	0,5-4,0
Карбону діоксин	5,0-12,0	1,0-10,0
Карбону оксид	5,0-10,0	0,01-0,5
Оксиди нітрогену	0-0,8	0,0002-0,5
Вуглеводні	0,2-3,0	0,009-0,5
Альдегіди	0-0,2	0,001-0,009
Сажа (г/м3)	0-0,04	0,1-1,1

Теплові електростанції виділяють в атмосферу гази, що містять сульфур та нітроген оксиди, золу, метали. На їхню частину припадає більше 50 % від загальної кількості викидів оксидів нітрогену. Підприємства чорної металургії викидають гази, що включають пил, оксиди сульфуру та металів. На 1 т чавуну припадає 4,5 кг пилу, 2,7 кг SО₂, 0,1-0,5 кг марганцю, а також виділяються сполуки арсену, гідраргіруму, рідкісних металів, смол.

Агломераційні фабрики викидають у атмосферу пил та сульфур діоксид (190 кг SО₂ на 1 т руди). Мартенівські та конверторні цехи - пил, карбон та сульфур оксиди. На 1 т мартенівської сталі виділяється в атмосферу 3000-4000 м³ газів, 60 кг СО та 3 кг SО₂.

Підприємства кольорової металургії викидають запилені гази, які містять сульфур діоксид, фтороводень та метали. З тони пилу, що виділяється в атмосферу при виплавлянні мідної руди, можна вилучити до 100 кг міді та трохи менше свинцю й цинку. Викиди нафтодобувної та нафтопереробної промисловості в атмосферу містять вуглеводні, сірководень, стирол, дивініл, толуол, ацетон, ізопрен тощо. Заводи промисловості будівельних матеріалів викидають пил, фториди, SО₂, оксиди нітрогену.

Підприємства хімічної промисловості забруднюють атмосферу пилом, неорганічними та органічними речовинами, різними газами. Найхарактерніші газові викиди хімічних виробництв наведено в табл. 4.

Таблиця 4

Найхарактерніші викиди в атмосферу основних виробництв хімічної промисловості

Виробництво	Викиди
Азотної кислоти	NO, NO2, NH3
Сульфатної кислоти	NO, NО2, SО2, SО3, Н2SО4
Соляної кислоти	HCl, Cl2
Щавлевої кислоти	NO, NO2, Н2С2О4 (пил)
Сульфамінової кислоти	NН3, NН(SО2МН4)2, Н2SО4
Фосфору та фосфатної кислоти	Р2О5, Н3РО4 НF, Са5F2(РО4)3 (пил)
Оцтової кислоти	СН3СНО, СН,СООН
Комплексних добрив	NO, NO2, NH3, НF, Н2SО4 , Р2О5, HNО3
Карбаміду	NН3, СО, (NН2)2СО (пил)
Аміачної селітри	NН3, СО, НNО3, NН4NO3 (пил)
Суперфосфату	Н2SО4, НF, пил суперфосфату
Аміачної води	NH3
Рідкого хлору	НС1, С12, Нg
Хлорного вапна	СаС12 (пил), С12
Поліхлорвінілової смоли	Нg, НgСl2, NН3
Тетрахлоретилену	НС1, С12
Ацетону	СН3СНО, (СН3)2СО
Аміаку	NНз, СО
Метанолу	СН3ОН, СО
Капролактаму	NO, NO2, SО2, Н2S, СО
Діоксиду титану	Ільменіт,ТіО2, FеО, Fе2О3
Ацетилену	С2Н2, сажа
Карбофосу	SО2, Р2О5, Н2S, пил карбофосу
Мінеральних пігментів	Fе2О3, FеSО4
Целюлози	SО2, Н2S, Сl2, (СН3)2S, СН3SН

Викидається в атмосферу й метан. За даними Дж. Голдена (1992) за останні 100 років його кількість в атмосфері збільшилась у 100 разів. Стала зростати кількість тропосферного озону, який на відміну від стратосферного, є сильним фотоокиснювачем і відіграє негативну роль у функціонуванні атмосфери. Викиди озону в тропосферу пов'язані зі спалюванням нафтопродуктів та природного газу, з роботою автотранспорту. Підраховано, що концентрація озону в атмосфері над Європою щорічно збільшується на 1 %. Уже за концентрації 360-400 мкг/м³ тропосферний озон сильно подразнює слизові оболонки, над територією Німеччині останніми роками зареєстровано його концентрацію близько 600 мкг/м³. Під загрозою опинився і кисень атмосфери - його кількість поступово зменшується.

Джерела забруднення повітряного басейну промисловими викидами можна класифікувати таким чином:

За призначенням:

а) технологічні, які містять хвостові гази після вловлювання на очисних установках (адсорбції, абсорбції, рекуперації), продування апаратури тощо. Для цих викидів характерні високі концентрації шкідливих речовин і малі об'єми повітря, яке видаляють;

б) вентиляційні - місцеві викиди від обладнання та обміну речовин у виробничих цехах.

За місцем розташування:

а) високі, які видаляють забруднення на висоту, що перевищує висоту будівель у 2,5 рази;

б) низькі, розташовані на висоті в 2,5 рази нижче висоти будівель;

в) наземні, що знаходяться поблизу земної поверхні.

За геометричною формою:

а) точкові (труби, шахти, вентилятори);

б) лінійні (аераційні ліхтарі, відкриті вікна, факели);

За режимом роботи:

а) безперервні;

б) періодичні;

в) залпові та миттєві. (У випадку залпових викидів за короткий проміжок часу в повітря піднімається велика кількість шкідливих речовин. Залпові викиди можливі при вибухах, аваріях, спалюванні швидкогорючих відходів виробництва на спеціальних площадках знищення).

За дальністю розповсюдження:

а) у межах площадок знищення, коли забруднення, що викидаються в атмосферу створюють високі концентрації тільки на території промислового виробництва;

б) поза межами площадок знищення, коли викиди в атмосферу потенційно можуть створити високі концентрації шкідливих речовин на території заселених районів.

За рівнем очищення:

а) викиди без очищення

б) викиди після очищення.

За рівнем організації видалення та контролю:

а) організовані. Організований викид - це викид, що надходить в атмосферу через спеціально обладнані газоходи, труби та ін.

б) неорганізовані . Неорганізований викид - це неспрямований потік газу, утвореного внаслідок порушення герметичності обладнання, його незадовільної роботи або відсутності.

За температурою:

а) нагріті, в яких температура вища за температуру повітря;

б) холодні.

Промислові викиди в атмосферу розділяють на первинні та вторинні. Первинні - це викиди, що безпосередньо надходять в атмосферу з тих чи інших джерел, а вторинні - похідні (продукти фізико-хімічних перетворень) первинних викидів і можуть бути більш токсичними, ніж первинні.

У зв'язку з бурхливим розвитком промисловості й спалюванням великих обсягів палива темпи використання запасів кисню та накопичення вуглекислого газу в атмосфері різко збільшились. Унаслідок цього порушився кругообіг вуглецю в природі, що спричинило екологічну кризу — різке погіршення умов існування людини, зумовлене антропогенною дією на навколишнє середовище. Саме промислова діяльність, в результаті якої в повітря викидається велика кількість оксидів вуглецю, промислових газів, є основним джерелом забруднення повітря, що завдає великої шкоди природному середовищу і людям.

У зв'язку із забрудненням атмосфери виникають проблеми видимості, неприємних запахів і запиленості. Забруднення повітря створює загрозу здоров'ю, життю людей і нормальному функціонуванню екосистем, оскільки газоподібні викиди негативно впливають на багато живих організмів.

Запиленість атмосфери змінює відбивну здатність Землі. Гігієнічний стандарт атмосфери допускає сумарну запиленість на рівні 1,5 т/га, а в окремих промислових районах вона досягає 60 т/га. Частинки пилу якийсь час залишаються в атмосфері, скорочуючи доступ ультрафіолетовій радіації та утворюючи ядра конденсації. Запиленість атмосфери сприяє збільшенню кількості відображеної сонячної радіації та зменшенню кількості радіації, яка досягає Землі, що приводить до похолодання клімату. У той же час пил, що потрапляє на поверхню льодовиків, поглинає сонячну енергію, сприяючи їх таненню.

Викиди в атмосферу пилу та золи, що містять багато токсичних речовин, створюють реальну небезпеку для здоров'я та життя людини. Негативний вплив пилу на організм людини пов'язаний з його дисперсністю. Дрібні частинки проникають у дихальні шляхи й подразнюють слизові оболонки. Довготривала дія дуже мілкого пилу може привести до закупорення пор та зниження потовиділення. У людей, які постійно проживають в умовах запиленої місцевості, спостерігається фіброзні зміни в легенях. Пил, що містить отруйні речовини (арсен, ртуть, свинець), призводить до більш тяжких наслідків. Так, свинцевий пил змінює склад крові та кісткового мозку, викликає м'язову слабкість та параліч променевого нерва, уражає головний мозок, печінку та нирки. Ртуть, що входить до складу пилу, руйнує нервову систему, послаблює розумову здатність, викликає імпотенцію, прискорює старіння.

При спалюванні палива щороку виділяється 14,2^.10¹⁶ кДж тепла, яке розсіюється в навколишньому середовищі, змінюючи температурний режим. За попередніми підрахунками, при щорічному збільшенні виробництва енергії на 6 % у середині XXI ст. почнеться підвищення середньої планетарної температури.

Забруднення атмосфери вуглеводнями та їхніми фтор- та хлорпохідними приводить до зменшення кількості стратосферного озону. У той же час, в наслідок забруднення тропосфери оксидами нітрогену та іншими вихлопними газами фотохімічно синтезується тропосферний озон та ряд вторинних забруднюючих речовин (альдегіди та пероксиацетилові нітрати), які в сукупності формують фотохімічний смог.

Кількість кисню в атмосфері щорічно зменшується більш ніж на 10 млрд т. За останні 100 років його було використано стільки ж, як за останній мільйон років, тобто приблизно 0,02 % від усього атмосферного запасу. Зменшення кисню в атмосфері відбувається в результаті спалювання палива та зменшення фотосинтетичної активності рослин, що є наслідком забруднення довкілля. Проте якщо навіть спалити все паливо, яке є в надрах Землі, буде використано тільки близько 3 % кисню атмосфери. Отже, значного зменшення кисню в атмосфері навіть за подальшого розвитку економіки спостерігатись не буде.

Досить гострою є проблема забруднення атмосфери сульфуровмісними речовинами. Хоча сульфур виділяться в атмосферу в результаті антропогенного впливу вже більше 5 тис. років, останнім часом спостерігається різке підвищення рівня забруднення атмосфери цими речовинами. Особливо гостро ця проблема стоїть у північній півкулі, де 90 % усього сульфуру в атмосфері антропогенного походження.

Прогресуюче насичення атмосфери важкими металами - одна з найсерйозніших проблем антропогенного впливу. Підраховано, що за всю історію людства виплавлено 20 млрд т заліза. Його кількість, що міститься в спорудах, машинах, обладнанні тощо становить приблизно 6 млрд т. ще близько 14 млрд т розсіяно в довкіллі, розсіяність інші металів ще більша. Наприклад, розсіювання ртуті та свинцю становить 80-90 % їхнього річного виробництва. При спалюванні вугілля із золою та вивідними газами в довкілля надходить більше металів, ніж добувається: магнію - 1,5 рази, молібдену - у 3, миш'яку - у 7, урану та титану - у 10, алюмінію, кобальту - у 15, ртуті - у 50, літію, ванадію, берилію, цирконію - у сотні, германію - у тисячі, а ітрію - у десятки тисяч разів.

Починаючи з 1945 р., у результаті ядерних вибухів та переробки ядерного палива (а саме твелів), в атмосферу постійно надходить криптон-85 - один з радіоактивних ізотопів криптону. Він є довгоіснуючим ізотопом, середній час його життя - 15,4 року. Радіоактивний розпад є його практично єдиним стоком з атмосфери, тому він постійно накопичується, негативно впливаючи на атмосферні явища. Відомі два основні негативні ефекти дії криптону-85 на довкілля: радіаційний вплив та вплив на електричні властивості атмосфери. Найнебезпечнішою є дія β-випромінювання криптону-85 на шкіру людини. Нині за норму радіаційної безпеки для населення Землі в цілому узято концентрацію 260 нКі/м . Це значення відповідає вмісту криптону-85 в атмосфері на рівні 1,04^.10⁶ МКі або щорічному надходженню його в атмосферу на рівні 6,7^.10⁴ МКі/рік. У 2000 р. надходження криптону-85 були у 550 разів меншими.

Склад промислових і побутових викидів міста-мільйонера, що надходять в атмосферу, досить різноманітний. Річна кількість газоподібних викидів і їхній склад наведені в табл. 5.

Найбільша частка в складі атмосферних викидів належить воді (водяна пара й аерозолі) і вуглекислому газу, потім ідуть диоксид сірки, окис карбону (ІІ) і пил. Щільність викидів цих речовин у рік з 1 км² площі міста-мільйонера (у моделі його усереднена площа - 300 км²) становить для SO₂ й CO близько 800 т, пилу — близько 500 т, а оксидів нітрогену - близько 165 т. Варто підкреслити, що внутрішньорічний розподіл цих викидів досить нерівномірно. Максимум надходжень в атмосферу відзначається в зимові місяці, коли на повну потужність працюють теплові електростанції й котельні. Ще один важливий компонент забруднень приземного шару атмосфери - вуглеводні, яких викидається щорічно до 108 тис. т.

Таблиця 5

Викиди (у тис.т/рік) в атмосферу міста з населенням 1 млн. чоловік

Інгредієнти атмосферних викидів	Кількість
Вода (пара, аерозоль)	10800
Вуглекислий газ	1200
Диоксид сірки	240
Окис карбону (ІІ)	240
Пил	180
Вуглеводні	108
Оксиди нітрогену	60
Органічні речовини (феноли, бензол, спирти, розчинники, жирні кислоти...)	8
Хлор, аерозолі соляної кислоти	5
Сірководень	5
Аміак	1,4
Фториди (у перерахунку на фтор)	1,2
Сірковуглець	1.0
Сполуки свинцю	0,5
Ціановодень	0,3
Нікель (у складі пилу)	0,042
ПАР (у тому числі бенз(а)пирен)	0,08
Миш'як	0,031
Уран (у складі пилу)	0,024
Кобальт (у складі пилу)	0,018
Ртуть	0. 0084
Кадмій (у складі пилу)	0,0015
Берилій (у складі пилу)	0,0012

Наступна група речовин, що надходять у повітря міст, утримується в кількостях на 1-2 порядки менших, ніж попередні. До цієї групи відносяться органічні речовини (феноли, спирти, розчинники, жирні кислоти, бензол), сумарна маса яких досягає 8 тис. т /рік. Приблизно в однакових кількостях (по 5 тис. т) викидаються в атмосферу сірководень і хлор у сполученні з аерозолями соляної кислоти. Щорічно в повітря надходить близько 1 тис. т сірковуглецю, трохи більше - фторидів і аміаку.

Кількість викидів групи найбільш токсичних для людини й об'єктів живої природи речовин - свинцю, ртуті, миш'яку, кадмію, бенз(а)пирена становить від сотень до декількох тонн у рік.

Викиди забруднюючих речовин в атмосферу залишають “свій слід на землі”. У країні ведеться систематичне спостереження за забрудненням сніжного покрову техногенними викидами. Досліджуються як фонове забруднення сніжного покрову, так і забруднення сніжного покрову навколо міст. Дані про ореоли забруднюючих речовин навколо міст і міських агломерацій становлять величезний інтерес, тому що наочно демонструють вплив міст на навколишні їхні території, у тому числі на сільськогосподарські вгіддя, зони відпочинку городян, водойми, заповідні ландшафти й т.д. Дослідження ведуться за допомогою штучних супутників Землі.

Деякі дані про співвідношення площі міст і площі ореолів забруднюючих речовин (плям забруднення навколо них) дають усереднені показники, отримані на основі аналізу матеріалів по 540 містам колишнього СРСР (табл. 6).

Таблиця 6

Середні значення площ забудови й ореолів забруднення а також далекості краю ореолів від центрів міст

Міста з населенням, тис. чоловік	Середня площа міської забудови, км2	Середня площа ореола забруднення, км2	Віддаленість від центра міста краю ореола забруднення, км
			Найбільша	найменша
Більше 1000	179	3390	59	13
999 - 500	74	2370	44	12
499 - 100	34	1550	33	10
99 – 50	22	385	26	2

Середні значення, що природно, істотно відрізняються від конкретних ситуацій. Так, окремі ореоли забруднення навколо Москви й інших міст і селищ Центрального економічного району Росії злилися в єдину пляму (площею 177900 км²) - від Твері на північно-заході до Нижнього Новгорода й Бору на північному сході, від південних границь Калузької області на південному заході до границь Мордовії на південному сході. Зона забруднення навколо Єкатеринбурга перевищує 32,5 тис.км².

Чималий внесок у забруднення міської атмосфери сносить транспорт. Основна причина забруднення повітря полягає в неповному і нерівномірному згорянні палива. Усього 15% його витрачається на рух автомобіля, а 85% „летить на вітер”. До того ж камери згоряння автомобільного двигуна - це своєрідний хімічний реактор, що синтезує отруйні речовини й викидає їх в атмосферу. Навіть безневинний азот з атмосфери, потрапляючи в камеру згоряння, перетворюється в отрутні окисли азоту. У відпрацьованих газах двигуна внутрішнього згоряння (ДВС) міститься понад 170 шкідливих компоненти, з них близько 160 - похідні вуглеводнів, прямо зобов'язані своєю появою неповному згорянню палива у двигуні. Наявність у відпрацьованимх газах шкідливих речовин обумовлена в остаточному підсумку видом і умовами згоряння палива. Відпрацьовані гази продукти зношування механічних частин і покришок автомобіля, а також дорожнього покриття становлять біля половини атмосферних викидів антропогенного походження. Найбільш дослідженими є викиди двигуна й картера автомобіля. До складу цих викидів, крім азоту, кисню, вуглекислого газу й води, входять такі шкідливі компоненти, як СО, вуглеводні, оксиди азоту й сірки, тверді частки. Склад газів, залежить від роду застосованого палива, присадок і масел, режимів роботи двигуна, його технічного стану, умов руху автомобіля й ін. Токсичність газів, карбюраторних двигунів обумовлюється головним чином вмістом СО й окислів NO_x, а дизельних двигунів - окислів азоту й сажі. До числа шкідливих компонентів ставляться й тверді викиди, що містять свинець і саджу, на поверхні якої адсорбуються циклічні вуглеводні (деякі з них мають канцерогенні властивості). Закономірності поширення в навколишнім середовищі твердих викидів відрізняються від закономірностей, характерних для газоподібних продуктів. Великі фракції (діаметром більше 1 мм), осідаючи поблизу від центра емісії на поверхні ґрунту й рослин, в остаточному підсумку, накопичуються у верхньому шарі ґрунту. Дрібні фракції (діаметром менш 1 мм) утворять аерозолі й поширюються з повітряними масами на більші відстані. У таблиці основних забруднювачів повітряного середовища, складеною Організацією Об'єднаних Націй, окис вуглецю, позначена силуетом автомобіля, стоїть на другому місці. Рухаючись зі швидкістю 80-90 км/ч у середньому автомобіль перетворює у вуглекислоту стільки ж кисню, скільки 300-350 чоловік. Але справа не тільки у вуглекислоті. Річний вихлоп одного автомобіля - це 800 кг окису вуглецю, 40 кг окислів азоту й більше 200 кг різних вуглеводнів. У цьому наборі досить підступний окис вуглецю. Через високу токсичність її припустима концентрація в атмосферному повітрі не повинна перевищувати 1 мг/м3. Відомі випадки трагічної загибелі людей, що запускала двигуни автомобілів при закритих воротах гаража. В одномісному гаражі смертельна концентрація окису вуглецю виникає вже через 2-3 хвилини після включення стартера. У холодну пору року, зупинившись для нічлігу на узбіччі дороги, недосвідчені водії іноді увімкнуть двигун для обігріву машини. Через проникнення окису вуглецю в кабіну такий нічліг може виявитися останнім. Окисли азоту токсичні для людини й, крім того, мають дратівну дію. Особливо небезпечної складової газів, що відробили, є канцерогенні вуглеводні, що виявляють, насамперед, на перехрестях у світлофорів (до 6,4 мкг/100 м3, що в 3 рази більше, ніж у середині кварталу). При використанні етильованого бензину автомобільний двигун викидає сполуки свинцю. Свинець небезпечний тим, що здатен накопичуватися, як у зовнішньому середовищі, так і в організмі людини. Рівень загазованості магістралей і примагістральних територій залежить від інтенсивності руху автомобілів, ширини й рельєфу вулиці, швидкості вітру, частки вантажного транспорту й автобусів у загальному потоці й інших факторів. При інтенсивності руху 500 транспортних одиниць у годину концентрація окису вуглецю на відкритій території на відстані 30-40 м від автомагістралі знижується в 3 рази й досягає норми. Утруднене розсіювання викидів автомобілів на тісних вулицях. У підсумку практично всі жителі міста відчувають на собі шкідливий вплив забрудненого повітря. На швидкість поширення забруднення й концентрацію його в окремих зонах міста значно впливають температурні інверсії. В основному, вони характерні для півночі європейської частини Росії, Сибіру, Далекого Сходу й виникають, як правило, при штильній погоді (75% випадків) або при слабких вітрах (від 1 до 4 м/с). Інверсійний шар виконує роль екрана, від якого на землю відбивається смолоскип шкідливих речовин, у результаті чого їхні приземні концентрації зростають у кілька разів. Із сполук металів, що входять до складу твердих викидів автомобілів, найбільш вивченими є сполуки свинцю. Це обумовлено тим, що сполуки свинцю, надходячи в організм людини й теплокровних тварин з водою, повітрям і їжею, шкідливо спливаючи на нього. До 50% денного надходження свинцю в організм припадає на повітря, у якому значну частку становлять відпрацьовані гази автомобілів. Надходження вуглеводнів в атмосферне повітря відбувається не тільки при роботі автомобілів, але й при розливі бензину. За даними американських дослідників у Лос-Анджелесі за добу випаровується в повітря близько 350 тонн бензину. І винний у цьому не стільки автомобіль, скільки сама людина. Ледве-ледве пролили при заливанні бензину в цистерну, забули щільно закрити кришку під час перевезення, хлюпнули на землю при заправленні на автозаправній станції, і в повітря потягнулися різні вуглеводні. Кожний автомобіліст знає: вилити зі шланга весь бензин у бак практично неможливо, якась частина його зі стовбура «пістолета» обов'язково вихлюпується на землю. Небагато. Але скільки сьогодні в нас автомобілів? І з кожним роком їхнє число буде рости, а, виходить, будуть збільшуватися й шкідливі випари в атмосферу. Лише 300 л бензину, пролитого при заправленні автомобіля, забруднюють 200 тисяч кубічних метрів повітря. Найпростіший шлях рішення проблеми - створити заправні автомати нової конструкції, що не дозволяють пролитися на землю навіть одній краплі бензину.

До кінця XX сторіччя двигун внутрішнього згоряння залишається основною рушійною силою автомобіля. У зв'язку із цим єдиний шлях рішення енергетичної проблеми автомобільного транспорту - це створення альтернативних видів палива. Нове пальне повинне задовольнити дуже багатьом вимогам: мати необхідні сировинні ресурси, низьку вартість, не погіршувати роботу двигуна, якнайменше викидати шкідливих речовин, по можливості сполучатися зі сформованою системою постачання паливом і ін. У значно більших масштабах як паливо для автомобілів будуть використатися замінники нафти: метанол і етанол, синтетичні палива, що одержують з вугілля. Їхнє використання допоможе істотно знизити токсичність і негативний вплив автомобіля на навколишнє середовище. Серед альтернативних видів палива в першу чергу слід зазначити спирти, зокрема метанол і етанол, які можна застосовувати не тільки як добавку до бензину, але й у чистому виді. Їхні головні достоїнства - висока детонаційна стійкість і гарний КПД робочого процесу, недолік - знижена теплотворна здатність, що зменшує пробіг між заправленнями й збільшує витрату палива в 1,5-2 рази в порівнянні з бензином. Крім того, через погану випаровуваність метанолу й етанола утруднений запуск двигуна. Використання спиртів як автомобільне паливо вимагає незначної переробки двигуна. Наприклад, для роботи на метанолі досить перерегулювати карбюратор, установити пристрій для стабілізації запуску двигуна й замінити деякі піддані корозії матеріали більше стійкими. З огляду на отруйність чистого метанолу, необхідно передбачити ретельну герметизацію паливоподаючої системи автомобіля.