CAR EXHAUSTS AND HUMAN ECOLOGY (Literature review)

Full Text

Как известно, история предшественников автомобиля началась ещё в середине XVIII века с момента созданием паросиловых машин, способных перевозить человека. В начале XIX века появились машины, приводимые в движение двигателями внутреннего сгорания, работавшими на английском горючем газе, электричестве, а позже на бензине и дизельном топливе. Исследования влияния автомобильного транспорта на атмосферу городов и выхлопных газов на людей системно проводятся с середины XX века и продолжаются до сих пор [7, 10-12, 14, 15, 18, 19, 21]. На сегодняшний день, несмотря на то, что ведется большое количество исследований в разных странах и делаются попытки снизить вред выхлопов двигателей внутреннего сгорания (в том числе благодаря новым стандартам топлива), автотранспорт остается самым сильным фактором загрязнения атмосферы города. В России проблемой экологии на автомобильном транспорте начали заниматься в конце 1960-х годов в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАМИ, создан в 1918 г.) и научно-исследовательском институте автомобильного транспорта (НИИАТ, создан в 9 Окружающая среда Экология человека 2016.01 1930 г.). В 1970 году начала функционировать лаборатория токсичности на автополигоне НАМИ, и в этом же году был введен в действие первый ГОСТ, регламентирующий содержание оксида углерода в отработавших газах бензиновых двигателей в эксплуатации, а 25 июня 1980 года в СССР был принят закон «Об охране атмосферного воздуха», в котором нашло отражение законодательное регулирование количества загрязняющих веществ от автомобильного транспорта [8]. В результате уже первых работ [5] было установлено, что отработавшие газы автомобильных двигателей представляют серьезную опасность для здоровья людей, а подверженность водителей, да и всех окружающих высоким концентрациям загрязнения воздуха токсичными веществами может способствовать серьезному отравлению, грозить потерей сознания и смертью. Считается, что автомобиль загрязняет среду еще на стадии производства, требуя для него большого количества ресурсов и энергии [22, 23, 34, 43, 47]. По данным литературы [4, 13], в крупных городах наблюдается явление типа фотохимического тумана, возникающего в загрязненном воздухе, который затрудняет фотосинтез растений примерно в 1,5-2 раза. Автомобили для парковки требуют значительной территории (20 м2 на один автомобиль), что приводит к вытеснению зеленых насаждений и ухудшению качества воздуха [2]. Над крупными городами наблюдается выпадение кислотных дождей, возникающих в результате соединения отходов автомобилей с дождевыми осадками. В результате фотохимических реакций с участием солнечного света оксид азота образует диоксид азота, который вместе с углеводородом является причиной образования смогов [9]. Опасность выбросов вредных веществ от автотранспорта для здоровья населения во многом определяется тем, что они осуществляются в приземном слое не только в непосредственной близости, но и внутри селитебных зон, внутри дворовых территорий микрорайонов. Широкое распространение автотранспорта в городской среде затрудняет территориальную привязку данного источника атмосферных загрязнений к определенным жилым зонам. Вместе с тем различия в уровне антропогенной нагрузки вследствие деятельности транспорта могут быть определены по структуре и уровню интенсивности движения на изучаемых автомагистралях, по средней интенсивности движения в жилых районах города [16]. Частицы выхлопных газов представляют собой сложную смесь, которая зависит от работы двигателя, состава топлива, смазочного масла, средства очистки выхлопных газов. Многие элементы, такие как V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, широко распространены в твердых компонентах выхлопных газах и поэтому предположительно являются важным источником токсичных веществ [28]. Загрязнение атмосферы происходит не только выхлопными газами, но и пылью, шумовым, тепловым загрязнениями [1, 17]. В настоящие время для оперативного контроля шумовой обстановки применяют ГОСТ Р 53187-2008 «Акустика. Шумовой мониторинг городских территорий». На основании этого ГОСТа составляют оперативные шумовые карты городов. Большинство работ содержат сведения об отдельных населенных пунктах, например города Афины [49]. Были исследованы концентрации металлов, полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в районе центра Афин, характеризующемся тяжелой автотранспортной нагрузкой и высокой плотность населения. Кроме того, авторы собрали и проанализировали образцы дизельных и бензиновых выхлопных частиц транспортных средств (автобусы, такси и частные автомобили) и труб теплоэнер-гоцентралей. Был показан сезонный эффект для распределения по размерам аэрозольной массы со сдвигом в сторону мелких фракций в зимний период. Наиболее часто встречались металлы: Fe, Pb, Zn, Cu, Cr, V, Ni и Cd. Анализ 16 ПАУ, показали, что они в основном связаны с дорожным движением. Наиболее распространенными ПАУ были пирен, фенантрен, аценаптилен и флуорантен, которые связаны с дизельными и бензиновыми выхлопными частицами [49]. Большинство соединений ПАУ, как показывают эксперименты, обладают канцерогенными и мутагенными свойствами [25, 31]. Отмечено, что с точки зрения здоровья человека наиболее вредоносным действием обладают такие компоненты выхлопных газов, как твердые нано- и микрочастицы сажи, озон, угарный газ, оксиды серы и, как недавно было показано, углеродные наноматериалы [50]. При сгорании топливной смеси образуются углеродистые частицы с размерами от 1 до 300 нм. Кроме этого в состав частиц входят различные металлы, которые попадают туда от износа двигателя и элементов систем очистки выхлопных газов [29]. Достоверно показаны последствия влияния твердых частиц на смертность людей. Была установлена связь концентрации взвешенных частиц PM25 со смертностью людей и количеством сердечно-сосудистых заболеваний [35]. Твердые частицы выхлопных газов изучены меньше с точки зрения как их состава, так и мест концентрации. Так, коллектив авторов [37] исследовал влияние частиц PM1 и PM2 5 на дорожных рабочих, работников туннелей и гаражных мастерских. Было установлено, что наибольшие концентрации мелких частиц сосредоточены в туннелях и автобусных парках. Естественно, работники этих мест попадают в группу наибольшего риска. Было показано, что твердые частицы выхлопов состоят из сердцевины элементарного углерода, органических веществ, образующихся при сгорании и следов соединений металлов (чаще сульфатов). При формировании частицы очень малы по размеру, но затем они агрегируют и образуют более крупные частицы. Микрочастицы (например, PM2 5) состоят из многих органических и неорганических соединений, в том 10 Экология человека 2016.01 Окружающая среда числе сульфатов, нитратов, органического углерода и элементарного углерода, земляной пыли и биологических материалов (пыльца). Частицы (PM10) преимущественно состоят из минералов и горных пород (кальций, алюминий, кремний, магний железо), первичных органических материалов (пыльца, споры грибов, растения и животные остатки) [38]. Некоторые компоненты, такие как нитраты и калий, являются общими для PM25 и PM10, хотя источники образования различны. Эти характеристики частиц в сочетании с различной скоростью и глубиной осаждения в легких могут иметь различные биологические эффекты и токсичность [35]. В процессе работы двигателей вырабатываются наночастицы различной природы: сажевые, металлические и углеродные [41, 42]. Неорганические соединения переходных металлов, таких как железо, цинк, медь, никель, платина, которые обнаруживаются в выхлопах дизельных двигателей, могут играть важную роль в иммунотоксичности частиц [50]. Исследователи наночастиц металлов, содержащихся в выхлопных газах автомобилей [38], отмечали их потенциальную опасность для здоровья; кроме этого ряд авторов отметил высокую токсичность и канцерогенность наночастиц металлов вследствие огромной площади поверхности высоким адгезионным и сорбционным силам [24]. Отмечается, что продукты выхлопов ухудшают важные аспекты функции сосудистой системы в организме человека, такие как регуляции сосудистого тонуса и эндогенного фибринолиза. Эти данные показывают механизм, который связывает загрязнение воздуха в патогенезе атеротромбоза с острым инфарктом миокарда [39]. Было показано, что твердые частицы эмиссии дизеля индуцируют выраженную воспалительную реакцию в дыхательных путях с повышенной экспрессией цитокинов (IL-8 и Gro-a) у здоровых людей [46]. Загрязнение воздуха могут вызывать и входящие в состав топлива примеси, в первую очередь соединения серы. Ее содержание в некоторых видах дизельного топлива может достигать 6 %. При сжигании такого топлива образуется диоксид серы. Растворяясь в капельках воды, которые конденсируются вокруг частиц дыма, диоксид серы существенно снижает ее рН. «Кислотный туман» опасен для здоровья, он оказывает вредное воздействие на растения и животных, вызывает разрушение металлов и строительных материалов [3]. Одним из основных канцерогенов, по мнению некоторых авторов, является не эмиссия двигателя, а износ шин и дорожного полотна [20]. По их данным, в городах одним из источников поступления канцерогенных веществ в окружающую среду являются пневматические шины автотранспорта, которые изнашиваются и стареют под действием климатических условий и режимов движения автомобилей. В шинной пыли присутствуют более 140 химических соединений различной степени токсичности. Особенно опасны полиароматические углеводороды и летучие канцерогены (N-нитрозамины). Исследования качества воздуха вблизи автодорог показало, что в 1 м3 воздуха находится 3 800-6 900 резиновых фрагментов, из них 58 % имеют размеры менее 10 мкм, легко проникают в верхние дыхательные пути и поражают их. Достаточно давно изучается способность частиц тяжелых металлов накапливаться в почве и сельскохозяйственных культурах [6, 48]. В придорожной пыли и почвах, а также на листьях растений содержатся ионы таких металлов, как Fe, Al, Zn, Mn, Sr, Pb, Ba, Cu. Установлено также, что вследствие небольшого размера частички металла имеют высокую адгезию и через придорожную пыль, почву, растения передаются людям, домашним и диким животным [45]. Отмечается высокая биодоступность элементов автомобильных катализаторов и тяжелых металлов на примере Pt, Pd и Rh. Доступность Pt составила 68 %, а Pd, Rh еще выше в связи с тем, что этим металлы образуют подвижные растворимые комплексы [26]. Металлопосредованное образование свободных радикалов вызывает различные изменения в нуклеиновых кислотах, повышение перекисного окисления липидов [27]. В настоящее время основным источником загрязнения воздуха являются бензиновые двигатели. Считается, что эмиссия дизельных двигателей является более токсичной [29, 30, 36, 40, 44]. Группой американских ученых проводилась оценка влияния различных типов двигателей, работающих на разных видах топлива, на окружающую среду. Было установлено, что перевод двигателей на этанол или другие виды топлива не даёт должного экологического эффекта, а, наоборот, приводит к большему загрязнению среды. Доказано, что использование биотоплива или гибридных видов транспорта может снизить эмиссию СО2 до 90 %, но при этом эмиссия PM10 и PM2 5 может увеличиться в 10 раз. Это связано с тем, что для производства растительной основы для биотоплива используются мощные комбайны и другая сельхозтехника, выбросы от которой очень значительны [32]. Такие же исследования проводились в Китае, и было доказано, что для зарядки гибридных и электромобилей требуется энергия, для производства которой сжигается большое количество угля, что приводит к еще большему загрязнению атмосферы [33]. О серьезности влияния выбросов автомобильного транспорта говорит тот факт, что Евросоюзом каждый год пересматриваются директивы в плане снижения уровня выброса токсичных веществ в атмосферу, проводится запрет на эксплуатацию автомобилей, не соответствующих экологическим требованиям, а в США на уровне конгресса ограничивается движение автотранспорта по определенным улицам в качестве меры снижения уровня загрязнений в тех районах городов, где наиболее худшая ситуация [30]. В качестве вывода необходимо отметить, что пока решения данной экологической проблемы нет. 11 Окружающая среда

About the authors

K S Golokhvast

Far East Federal University

Email: droopy@mail.ru
Vladivostok, Russia

V V Chernyshev

Far East Federal University

Vladivostok, Russia

S M Ugay

Far East Federal University

Vladivostok, Russia

References

Supplementary files