1.2. Факторы, влияющие на распространение выбросов автотранспорта

Вопрос о влиянии факторов, способствующих распространению ОГ ДВС, был изучен В. Н. Луканиным (2001). Им было установлено, что уровень приземной концентрации вредных веществ в атмосфере от авто­транспорта при одном и том же массовом выбросе может существенно менять­ся в атмосфере в зависимости от техногенных и природно-климатических фак­торов.

Техногенные факторы: интенсивность и объем выброса ОГ, размер территорий, на которой осуществляются загрязнения, уровень освоения территории.

Природно-климатические факторы: характеристика циркуляционного режима, термическая устойчивость атмосферы, атмосферное давление, влажность воздуха, температурный режим, температурные инверсии и их повторяе­мость и продолжительность: скорость ветра, повторяемость застоев воздуха и слабых ветров, продолжительность туманов, рельеф местности, геологическое строение и гидрогеология района, почвенно-растительные условия (тип почв, водопроницаемость, пористость, гранулометрический состав, эродированность почвенного покрова, состояние растительности, состав древесных пород, возраст, бони­тет), фоновое значение показателей загрязнения природных компонентов атмо­сферы, состояние животного мира, в том числе ихтиофауны.

В природной среде непрерывно меняются температура воздуха, скорость, сила и направление ветра, поэтому распространение энергетических и ингредиентных загрязнений происходит в постоянно изменяющихся условиях. Небла­гоприятна следующая синоптическая ситуация - антициклон с безградиентным полем изобар в межгорных замкнутых котловинах. Процессы разложения ток­сических веществ в высоких широтах при малых значениях солнечной радиа­ции замедляются. Осадки и высокие температуры, наоборот способствуют ин­тенсивному разложению токсичных веществ.

В Москве, например, неблагоприятные по условиям загрязнения воздуха метеорологические условия, связанные с застоями воздухами и инверсиями, создаются летом, преимущественно в ночные часы при слабых северных и восточных ветрах.

Рассеивание отработавших газов зависит от направления и скорости ветра. В.Н. Луканиным (2001) установлена зависимость изменения концентрации оксидов азота от расстояния от дороги и направления ветра: при ветре, имеющем направление параллельно дороге наибольшая концентрация оксида азота наблюдалась на самой дороге и в пределах 10 м от нее и распространение его на более дальние расстояние происходит в меньших концентрациях по сравнению с концентрацией на самой дороге, если же ветер перпендикулярен дороге, то рассеивание оксида азота происходит на большие рас­стояния.

Более высокая температура у поверхности земли в дневное время заставляет воздух подниматься вверх, что приводит к дополнительной турбулентно­сти. Ночью температура у поверхности земли более низкая поэтому турбулентность уменьшается, поэтому рассеивание отра­ботавших газов уменьшается.

Способность земной поверхности поглощать или излучать теплоту влияет на вертикальное распределение температуры в приземном слое атмосферы и приводит к температурной инверсии. Повышение температуры воздуха с высотой приводит к тому, что вредные выбросы не могут подниматься выше определенного потолка. В инверсионных условиях ослабляется турбулентный обмен, ухудшаются условия рассеивания вредных выбросов в приземном слое атмосферы. Для при­земной инверсии особое значение имеет повторяемость высот верхней границы, для приподнятой инверсии - повторяемость нижней границы (Луканин В.Н.,2001).

Сочетание природных факторов, определяющих возможный уровень загрязнения атмосферы, характеризуется метеорологическим и климатическим потенциалом загрязнения атмосферы, а также высотой слоя перемешивания, повторяемостью приземных и приподнятых инверсий, их мощностью, интенсивностью, повторяемостью застоев воздуха, штилевых слоев до различных высот.

Падение концентраций вредных веществ в атмосфере происходит не только вследствие разбавления выбросов воздухом, но и из-за постепенного самоочищения атмосферы. В процессе самоочищения атмосферы происходит:

1) седиментация, т. е. выпадение выбросов с низкой реакционной способностью (твердых частиц, аэрозолей) под действием силы тяжести;

2) нейтрализация и связывание газообразных выбросов в открытой атмосфере под действием солнечной радиации или компонентами биоты.

Химические элементы и соединения, содержащиеся в атмосфере, поглощают часть соединений серы, азота, углерода. Гнилостные бактерии, содержа­щиеся в почве, разлагают органические остатки, возвращая СОз в атмосферу.

Изучением вопроса о распределении выпадений выбросов автотранспорта занимались такие исследователи как Д. Ж. Бериня и Л. К. Калвиня (1989). Своими исследованиями они установили, что распределение выпадений выбросов зави­сит от физических и химических свойств частиц, метеорологических условий, топографии местности в придорожной полосе, интенсивности движения транс­порта и прочих факторов. При изучении распространения выпадений выбросов вдоль автодорог в Латвии ими были определено, что наиболее загрязненной частью оказалась самая близкая к автодороге зона; общая масса выпадений, так и массы выпадений всех исследованных металлов (кроме цинка) уменьшается с увеличением расстояния от полотна дороги. Максимум массы выпадений цинка наблюдается на расстоянии 50 м от полотна. Количество выпадений на расстоянии 100 м от полотна дороги близко к фоновому. Удельный вес в выбросах составили железо, кобальт, затем хром, свинец, марганец, стронций и еще меньше медь, цинк, кадмий. Около половины цинка и кадмия выпадает в поло­се от 50 до 100 м от дороги.

Исследованиями Д. Ж. Берини, А.Я. Берзини (1981) установлено, что загрязнение почв тяжелыми металлами в придорожной полосе связано с про­должительностью эксплуатации дорог; загрязненность почв, расположенных около автодорог со сравнительно коротким сроком эксплуатации, можно опре­делить только по содержанию цинка. Также ими определено, что в каждом кг 0-5 сантиметрового слоя почвы 7- 16 - метровой придорожной зоны содержится до 600 - 1000 мг железа, 20 мг цинка, 10 мг свинца и 0,20 мг кадмия.

По мере увеличения расстояния от полотна дороги изменяется химический состав почвы - уменьшается концентрация загрязняющих веществ в поверхностном слое. Этот процесс является суммарным и определяется, главным образом, поступлением веществ из атмосферы, выносом их с урожаем, лизи­метрическими, дренажными и поверхностными водами.

При таянии снега весной происходит некоторое перераспределение компонентов выпадений ОГ в биогеоценозе как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. Распределение металлов в биогеоценозе зависит от рас­творимости из соединений. Изучением данного вопроса занимались Д. Ж. Бериня и Л. В. Калвиня (1989). Полученные ими результаты дают некоторое представление о суммарной растворимости соединений металлов. Так, 20-40% стронция, 45-60% соединений кобальта, магния, никеля, цинка и более 70% свинца, марганца, меди, хрома и железа в выпадениях находятся в труднорастворимой форме. Легкорастворимые фракции оказались в наибольших количе­ствах в зоне до 15 м от полотна дороги. Легкорастворимая фракция некоторых элементов (сера, цинк, железо) имеет тенденцию оседать не у самой дороги, а на некотором расстоянии от нее. Легкорастворимые соединения через листья адсорбируются в растения, вступают в обменные реакции с почвенно-поглощающим комплексом, а труднорастворимые - остаются на поверхности растений и почвы.

В.И. Артамоновым (1968) наиболее глубоко изучен вопрос о влиянии растений на распространение ОГ ДВС. Различные биоценозы играют неодинаковую роль в очистке атмосферы от вредных примесей. Один гектар леса производит газообмен в 3-10 раз более интенсивно, чем полевые культуры, занимающие аналогичную площадь.

В. И. Артамонов (1968) установил, что интенсивность усвоения углекислого газа различными лесными породами неодинакова. Если принять скорость ус­воения этого газа единицей площади елового насаждения за 100%, то такая же площадь лиственничного леса усваивает 120%, соснового - 160 %, липового -250%, дубового 450%, тополиного - 700%.

Таким образом, на распространение отработавших газов двигателей внутреннего сгорания влияют природные и техногенные факторы. К наиболее при­оритетным природным факторам относят: климатические, почвенные орогра­фические и растительный покров. Снижение концентрации вредных выбросов автотранспорта в атмосфере происходит в процессе их рассеивания, седимента­ции, нейтрализации и связывания под действием абиотических факторов и биоты. Наиболее загрязненным компонентами ОГ являются участки близко прилегающие к автодороге. Осевшие на почву соединения тяжелых металлов локализуется в 5-10 см слое почвы. Весной при таянии снега, в котором аккумулировались компоненты ОГ, их миграция происходит в вертикальном и горизонтальном направлениях. При вертикальной миграции водораство­римые компоненты ОГ попадают в грунтовые воды.