Автомобиль в среде обитания человека

Название работы:

 Автомобиль в среде обитания человека

                                                                     Работу выполнили:

                                                                     Шаршутин Захар, Чмутов Даниил, ученики 9 А класса  МАОУ СОШ № 7                                                              

                                                                          г. Балаково Саратовской области

                                                                      Руководитель:

                                                                      Трибунская Елена  Жановна

                                                                      учитель химии и биологии            

 2021

                                                        Содержание                                  страница

1. Введение………………………………………………………………….5
2. Автомобиль в среде обитания человека………………………………..6

1. Среда обитания человека…………………………………………6
2. Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта…………..9

3. Практическая работа………………………………………………….….10

1. Расчет выбросов загрязняющих веществ………………………..10
2. Измерение уровня шума………………………………………….13
3. Обнаружение загрязняющих веществ…………………………...15
4. Анализ зеленых насаждений……………………………………..16

4. «Чистый» транспорт……………………………………………………..17
5. Заключение……………………………………………………………….17

Источники………………………………………………………………...18

Приложения……………………………………………………………….20

Краткая аннотация: 

Автомобильный транспорт оказывает негативное влияние на среду обитания человека. Путем расчетов выбросов загрязняющих веществ и их обнаружения в атмосферном воздухе, замеров уровня шума было  доказано, что автомобильный транспорт вносит огромный вклад в загрязнение воздушной среды, влияет на здоровье человека и загрязняет среду его обитания. Предложены меры по охране окружающей среды, например,  для снижения уровня шума вдоль дорог посадить деревья, использовать «чистое топливо».

Эпиграф:

Автомобили, автомобили
Буквально все заполонили
Там где вековая лежала пыль
Свой след оставил автомобиль

1. Введение

        Сегодня автомобили, как поётся в песне, «буквально все заполонили».  Ухоженные, ослепляющие блеском полировки, разноцветные автомобили вызывают восторг и не оставляют места размышлениям о том, сколько грязи и отравы извергают они в окружающий мир. На улицах мелькают самые разнообразные машины – легковые и грузовые, военные, пожарные, санитарные и т.д. При интенсивной урбанизации и росте мегаполисов автомобильный транспорт стал самым неблагоприятным экологическим фактором в охране природной среды и атмосферного воздуха. Более половины всех загрязняющих веществ (72%), поступающих в окружающую среду Саратовского региона, приходится на долю автотранспортных средств. [3] В этой связи проблема оздоровления атмосферного воздуха от загрязнения выбросами автотранспорта становится особенно актуальной.

Проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта являются составной частью экологической безопасности страны. Значимость и острота этой проблемы растет с каждым годом. В инфраструктуре транспортной отрасли России насчитывается около 4 тыс. крупных и средних автотранспортных предприятий, занятых пассажирскими и грузовыми перевозками.  

Рост автопарка, изменение форм собственности и видов деятельности существенно не повлияли на характер воздействия автотранспорта на окружающую природную среду. Вызывает тревогу тот факт, что, несмотря на проводимую работу, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличивается в год в среднем на 3,1%. В результате величина ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного комплекса России составляет более 75 млрд. долларов и продолжает расти.  

  В целом, общее количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями, превышает цифру в 20 млн. т.

С точки зрения наносимого экологического ущерба, автотранспорт лидирует во всех видах негативного воздействия: загрязнение воздуха – 95%, шум – 49,5%, воздействие на климат – 68%.

Гипотеза: автомобильный транспорт оказывает негативное влияние на среду обитания человека.

Целью нашего исследования является  оценка и  расчет экологического ущерба, наносимого автотранспортом среде обитания человека.

Задачи исследования:

• изучить литературу и материалы Интернета по данной теме;
• определить содержание понятия «среда обитания человека»;
• познакомиться с историей возникновения автомобиля;
• произвести расчет выбросов загрязняющих веществ легковыми автомобилями на участке улицы Ленина;
• оценить степень шумового загрязнения различными автомобилями;
• проанализировать роль зеленых насаждений.

Методы: наблюдение, эксперимент, исследование, анализ, сравнение, обобщение, систематизация.

2. Автомобиль в среде обитания человека

2.1. Среда обитания человека

Среда обитания - это окружающая человека среда, осуществляющая через совокупность факторов (физических, биологических, химических и социальных) прямое или косвенное воздействие на жизнедеятельность человека, его здоровье, трудоспособность и потомство.

В жизненном цикле человек и окружающая среда обитания непрерывной взаимодействуют и образуют постоянно действующую систему «человек — среда обитания», в которой человек реализует свои физиологические и социальные потребности.

Действуя в этой системе, человек непрерывно решает, как минимум, две основные задачи:

• обеспечивает свои потребности в пище, воде и воздухе;
• создает и использует защиту от негативных воздействий, как со стороны среды обитания, так и себе подобных.

Среда обитания – это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы.  

В составе окружающей среды выделяют:

• природную среду (биосферу);
• техногенную среду (техносферу).

Природная среда (Биосфера) — область распространения жизни на Земле, не испытавшая техногенного воздействия (атмосфера, гидросфера, верхняя часть литосферы). Она обладает как защитными свойствами (защита человека от негативных факторов — разность температуры, осадки), так и рядом негативных факторов. Поэтому для защиты от них человек вынужден был создать техносферу.

Техногенная среда (Техносфера) — среда обитания, созданная с помощью воздействия людей и технических средств на природную среду с целью наилучшего соответствия среды социальным и экономическим потребностям.

Условия для человека в системе «человек – среда обитания» классифицируются как комфортные, допустимые, опасные, чрезвычайно опасные.

Комфортные (оптимальные) условия деятельности и отдыха. К данным условиям человек приспособлен в большей степени. Проявляется наивысшая работоспособность, гарантируются сохранение здоровья и целостность компонентов среды обитания.

Допустимые. Характеризуются отклонением уровней потоков веществ, энергии и информации от номинальных значений в допустимых пределах. Данные условия труда не оказывают негативное воздействие на здоровье.  Допустимые нормы воздействия закрепляются в санитарных нормах.

Опасные. Потоки веществ, энергии и информации превышают допустимые уровни воздействия. Оказывают негативное воздействие на здоровье человека. При длительном воздействии вызывают заболевания и приводят к деградации природной среды.

Чрезвычайно опасные. Потоки за короткий срок могут нанести травму или привести к смерти, вызывая необратимые разрушения в природной среде.

 Негативные воздействия, присущие среде обитания, существуют столько, сколько существует мир. Источниками естественных негативных воздействий являются стихийные явления в биосфере: изменения климата, грозы, землетрясения и тому подобное.

 На протяжении многих веков среда обитания человека медленно изменяла свой облик и, как следствие, мало менялись виды и уровни негативных воздействий. Так, продолжалось до середины XIX века – начала активного роста воздействия человека на среду обитания. В XX веке на Земле возникли зоны повышенного загрязнения биосферы, что привело к частичной, а в ряду случаев и к полной региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали:

• высокие темпы роста численности населения на Земле (демографический взрыв) и его урбанизация;
• рост потребления и концентрации энергетических ресурсов;
• интенсивное развитие промышленного и сельскохозяйственного производства;
• массовое использование средств транспорта;
• рост затрат на военные цели и ряд других процессов.

В нашем исследовании мы обратились только к одному фактору: автомобилю. Автомобиль в настоящее время – неотъемлемая часть среды обитания человека. Что вносит он в нее? Как влияет на среду?

 2.2. Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта

Специфика загрязнения атмосферы выбросами автотранспортных средств проявляется, прежде всего, в сложной пространственной структуре городских магистралей, низком расположении источников выбросов над поверхностью земли, а также непосредственной близостью к жилой застройке. Сжигая огромное количество нефтепродуктов, автомобили наносят ощутимый вред окружающей среде, главным образом атмосфере, загрязняя ее вредными компонентами отработавших газов.

Выхлопные газы (или отработавшие газы) – основной источник токсичных веществ двигателя внутреннего сгорания – это неоднородная смесь различных газообразных веществ с разнообразными химическими и физическими свойствами, состоящая из продуктов полного и неполного сгорания топлива, избыточного воздуха, аэрозолей и различных микропримесей (как газообразных, так и в виде жидких и твердых частиц), поступающих из цилиндров двигателей в его выпускную систему. В своем составе они содержат около 300 веществ, большинство из которых токсичны.

 Рассмотрим внимательно вред разных газов.

Оксид углерода (CO – угарный газ)

Прозрачный, не имеющий запаха ядовитый газ, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Оксид углерода – продукт неполного сгорания топлива, на воздухе горит синим пламенем с образованием диоксида углерода (углекислого газа).

В камере сгорания двигателя CO образуется при неудовлетворительном распыливании топлива, в результате холоднопламенных реакций, при сгорании топлива с недостатком кислорода, а также вследствие диссоциации диоксида углерода при высоких температурах.  Необходимо отметить, что при эксплуатации дизелей концентрация CO в выхлопных газах невелика (примерно 0,1 – 0,2%), поэтому, как правило, концентрацию CO определяют для бензиновых двигателей.

Оксиды азота

Оксиды азота являются одними из наиболее токсичных компонентов отработавших газов. При нормальных атмосферных условиях азот представляет собой весьма инертный газ. При высоких давлениях и особенно температурах азот активно вступает в реакцию с кислородом. В выхлопных газах двигателей более 90% всего количества NOx составляет оксид азота NO, который еще в системе выпуска, а затем и в атмосфере легко окисляется в диоксид (NO2).

Оксиды азота раздражающе воздействуют на слизистые оболочки глаз, носа, разрушают легкие человека, так как при движении по дыхательному тракту они взаимодействуют с влагой верхних дыхательных путей, образуя азотную и азотистую кислоты.  

Твердые частицы. Проникают в дыхательные пути человека и вызывают их различные заболевания. Твердые частицы в выбросах автомобилей, содержат диоксид кремния, очень опасное вещество. Твердые частицы раздражают кожные покровы, бывают причиной аллергических заболеваний.

Углеводороды – органические соединения, молекулы которых построены из атомов углерода и водорода. В выхлопных газах содержится более 200 различных СН. Не полностью сгоревшие СН, выбрасываемые с выхлопными газами, имеют неприятный запах. Углеводороды являются причиной многих хронических заболеваний. Токсичны также и пары бензина, которые также являются углеводородами. Они играют активную роль в образовании биологически активных веществ, вызывающих раздражение глаз, горла, носа и их заболевания.

3. Практическая работа

3.1. Расчет выбросов  загрязняющих веществ

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на территории города Балаково в 2017 году составили 16,0 тыс. т, в том числе:

• от стационарных источников – 2,4 тыс. т;
• от автотранспорта – 13,6 тыс. т. 3]

Как рассчитать массовый выброс загрязняющих веществ автомобильным транспортом. Для этого воспользуемся методикой расчета 1].

М = mi · Lобщ · 10-6, где

• М – массовый выброс загрязняющих веществ автотранспортом,
• m1 – приведенный пробеговый выброс загрязняющего вещества транспортным средством в г/км,
• Lобщ – суммарный годовой пробег автомобилей по данному участку улицы в км.

Приведенный пробеговый выброс  

m1 = mi ·Kri ·Kti, где

• mi – пробеговый выброс i-го загрязняющего вещества,
• Kri – коэффициент, учитывающий изменение выбросов загрязняющих веществ при движении по территории населенных пунктов 1],
• Kti – коэффициент, учитывающий влияние технического состояния автомобилей на массовый выброс i –го загрязняющего вещества 1].

Суммарный годовой пробег по улице рассчитывается по следующей схеме

                                Lобщ = ∑ Lсез =∑Vавт · t · Ncез, где                               (1)

• Vавт – скорость движения транспортных средств,
• Ncез – число автомобилей, прошедших по данной улице за сезон,
• t – время движения автотранспортного средства по данной улицекоторое рассчитывается по формуле

                                                 t =                                                       (2)

• L – длина улицы в км.

Учитывая (1) и (2), суммарный годовой пробег автомобилей будет рассчитываться по формуле

 Lобщ =∑ L · Ncез.

Число автомобилей, прошедшее по данной улице за сезон, определяется суммированием

Ncез = t · (Nд + Nн) · т

• t – время, 12 часов,
• Nд  - среднее число автомобилей, проходящих за час по данной улице днем (700 - 2300),
• Nн – среднее число автомобилей, проходящих за час по данной улице ночью 2300 – 700),
• n – число дней в сезоне.

Существуют таблицы, где представлен приведенный массовый пробег в г/км для различных видов транспорта. 1].

Приведенный пробеговый выброс для различных видов транспорта (Приложение  1).

Рассчитаем массу выбросов вредных веществ только легковыми автомобилями на участке улицы Факел Социализма, проходящей по Жилгородку. Для этого воспользуемся упрощенной формулой:

                                          M = m1·Lзим                                     (3)

• Lзим – сезонный (зима) пробег автотранспорта.  

Рассчитаем сезонный (зима) пробег легкового автотранспорта для улицы Факел Социализма.

                                   Lзим = t ·L · (Nд + Nн) · n                                  (4)

Подставим  измеренные средние значения величин в формулу (4).

Lзим =12 · 1,1 · (1272 + 56) · 91 = 1595124(км) (для бензиновых двигателей),

Lзим =12 · 1,1 · (304 + 12) · 91 =  379579 (км) (для дизельных двигателей).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Как мы определили длину участка улицы Ленина, приходящейся на Жилгородок? Мы использовали карту города Балаково, измерили длину улицы по карте, учли масштаб и  получили 1,1 км.

Рассчитав сезонный (зима) пробег, мы вычислили массу выбросов угарного газа диоксида азота, углеводородов, сернистого газа и сажи за сезон для бензиновых и дизельных легковых автомобилей учли таблицу:                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

Массы выбросов измеряются тоннами! И все это – в воздухе! А воздух – это часть среды обитания человека. И это только данные по участку улицы Факел Социализма и только для легковых автомобилей.

Вывод: автомобильный транспорт вносит огромный вклад в загрязнение воздушной среды.                                                                                                                                                                                    

3.2. Измерение уровня шума, создаваемое автомобилями

Человек живет в мире звуков с древнейших времен, когда  его окружали   звуки, приятные ему: птичьи трели, шуршание листьев, плеск воды, шум прибоя. Но были и мощные громкие звуки, предупреждающие человека об опасности: извержение вулкана, рев диких животных, раскаты грома. Но все же такие звуки были редки. Чаще в окружающей среде преобладали звуки, успокаивающие, снимающие раздражение, стрессы. Но человек изобрел колесо. А дальше остановить развитие техники было уже невозможно. Естественные звуки природы теперь почти не слышны, их заглушают промышленные и транспортные шумы, звуки строек, шум толпы, громкие звуки дискотек.

Звук – это механические колебания с частотой  20 до 20 000 Гц.

Шумом обычно называют нежелательный звук. Чаще всего шум представляет собой сочетание многих тонов, разных уровней громкости и высот (частот), т. е. шум – это громкие звуки, слившиеся в нестройное звучание.  Уровень шума измеряется в децибелах (дБ). 1дБ – самый низкий уровень шума, который едва способен улавливать человек. У человека диапазон  звукового давления от порога слышимости до порога болевого ощущения составляет 12O дБ.                    

  Мы решили выяснить, действительно ли транспорт г. Балаково создает значильное шумовое загрязнение. По определению, допустимый уровень шума – это уровень, который не вызывает у человека значительного беспокойства и существенных изменений показателей функционального состояния систем и анализаторов, чувствительных к шуму.

Чрезмерный шум оказывает вредное воздействие на здоровье людей и может вызвать серьезные расстройства нервной и сердечно-сосудистой системы. Наблюдения показали, что внезапные и неожиданные шумы вызывают значительные изменения в организме: повышение кровяного давления, учащение пульса, спазмы мускулов, нарушение нормального функционирования органов пищеварения. Даже если человек привык к окружающему шуму, его организм все же нередко претерпевает ряд физиологических изменений: расстройство функций уха, горла и носа. Нередко обнаруживаются значительные изменения в выделении гормонов и далее нарушения мозговых функций у людей, подвергаемых шумовому прессингу.

Согласно санитарным нормам  (СН 2.2.4/2.1.8.562-96) на территориях, непосредственно прилегающих к жилым домам, допустимый уровень шума составляет 55 дБ с 7 до 23 часов и 45 дБ с 23 до 7 часов.

Мы провели эксперимент по определению громкости шума, производимого  автотранспортом на улице Ленина. В качестве прибора, использовали цифровой измерительный модуль «Звук» из комплекта приборов модульной системы экспериментов на базе цифровых технологий PROLog.

Шумовыми характеристиками источников внешнего шума для транспортных потоков на улицах и дорогах является эквивалентный уровень звука Lэкв, дБ, на расстоянии 7,5 м от оси первой полосы движения. Мы расположились на таком расстоянии и измерили уровень шума.

Результаты занесли в таблицу:

 Вывод: автомобильный транспорт действительно нарушает тишину наших улиц, являясь источником шума, влияя на здоровье человека и загрязняя среду его обитания. Превышены нормы российского законодательства. Для снижения уровня шума вдоль дорог насажены деревья, но их защита существенна тогда, когда они зеленые, т. к. на листьях происходит   рассеивание звука, а значит, и понижение уровня шума. Зимой эта защита слабее, но все равно это защита, что и показал эксперимент.

3.3. Обнаружение загрязняющих веществ

Следующим этапом работы было обнаружение загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Для этого мы брали пробы снега у дороги по ул. Комсомольская, по ул. Ленина, ул. Чапаева, ул. Факел Социализма, в районе Драмтеатра и Набережной.

Почему же для своего эксперимента взяли именно снег? Дело в том, что снег – один из наиболее информативных и удобных индикаторов загрязнения воздушной среды. На его запыленность оказывают влияние природные факторы и особенно ветровой режим. Правильный отбор проб – залог успешного результата анализа. После появления устойчивого снежного покрова перевернутой литровой стеклянной банкой отбирали пробу по всей глубине снежной толщи. Пробу помещали в полиэтиленовый пакет, а в помещении давали снегу растаять. Весь объем растаявшего снега фильтровали через предварительно взвешенный фильтр (300мг), который после высушивания также взвешивали. Разница в массе показала пылевое загрязнение снега.  

Кислотность измеряли с помощью универсальной индикаторной бумаги по значению водородного показателя pH. Значение pH для чистых атмосферных осадков должно быть равно 7.

Водородный показатель собранной пробы снега составляет pH = 5-6. Это говорит о том, что среда слабокислая, за счет растворения углекислого и сернистого газа транспортных выбросов.  

3.4. Анализ зеленых насаждений

Следующим этапом нашей работы был анализ зеленых насаждений Жилгородка, так как именно они играют значительную роль в нейтрализации и ослаблении негативных воздействий промышленных зон города на людей и живую природу в целом.  

В листьях дерева хлорофилловые зерна поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Деревья очищают от углекислого газа приземный слой воздуха толщиной приблизительно 45 м.

 Основными породами, высаженными в Жилгородке, являются липа, тополь, клен, каштан, береза, рябина, ель, дуб, 5 видов кустарников, которые используются для создания живых изгородей.

Среди разнообразных пород деревьев, используемых для озеленения городов, особыми свойствами отличается каштан. Одно взрослое дерево каштана очищает от поступающих выхлопных газов пространство объемом до 20 тыс. м3.  

Устойчив к загрязнению воздуха и тополь. По количеству поглощаемого углекислого газа и выделяемого кислорода 25–летний тополь превосходит ель в 7 раз, а по степени увлажнения воздуха — почти в 10 раз.  

Листва деревьев активно улавливает пыль, а также снижает концентрацию вредных газов. Хорошо задерживает пыль листва вяза и сирени (лучше, чем листья тополя). Так, посадка из 400 молодых тополей за летний сезон улавливает до 340 кг пыли, а вяза — в 6 раз больше.

 Наилучшим стражем тишины считается ель. Даже у самой шумной магистрали можно жить спокойно, если защитить свой дом рядом зеленых елей.  

4. «Чистый» транспорт

Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов. В результате по России от автотранспорта за год в атмосферу поступает огромное количество только канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5 тыс. т формальдегида и 1,5 т бензапирена. В целом, общее количество вредных веществ, ежегодно выбрасываемых автомобилями, превышает цифру в 20 млн. т.

Значительный эффект в защите биосферы от воздействия автотранспорта могут оказать именно технические мероприятия. Если содержание токсических компонентов в отработанных газах бензинового двигателя принять за 100%, этот показатель для дизеля непосредственного впрыска составит 23 процента, а для газового двигателя — 21. А выбросы углерода еще ниже — три процента для дизеля и 19 — для газового двигателя. Если удастся наладить широкую эксплуатацию автомобилей, работающих на водороде, то проблема загрязнения окружающей среды будет решена, ибо отработанным продуктом станет чистая вода, хотя проблема шума останется.

 Проблема перевода автотранспорта на природный газ представляет собой решение комплекса сложных задач, среди которых наиболее значимыми являются: серийное производство газобаллонных автомобилей; создание инфраструктуры (сети) заправочных комплексов; разработка и производство надежного газобаллонного оборудования; создание сервисной сети для переоборудования автотранспортных средств; подготовка кадров; правое и рекламно-информационное обеспечение и т.д. 

Газификация автотранспорта – это не только решение экологических проблем, но и экономия бюджетных средств (моторное топливо из природного газа стоит наполовину дешевле нефтяного). 

5. Заключение

В результате своей работы мы доказали гипотезу: действительно, автомобильный транспорт оказывает негативное влияние на среду обитания человека. Выбросы автомобилей вредны для человека, животных и растительного мира. А шум - это еще один фактор, загрязняющий среду обитания. Проблемы экологической безопасности автомобильного транспорта являются составной частью экологической безопасности страны. В процессе нашего исследования мы достигли цели: оценка и  расчет экологического ущерба, наносимого автотранспортом среде обитания человека. Мы выполнили все поставленные задачи. О своих выводах мы рассказали учащимся 7-9-х классов нашей школы. Каждый мечтает о собственном автомобиле, когда вырастет. Но не каждый задумывается о том, какой след его авто оставляет на планете. Нужно любить свою Землю и оберегать среду обитания человека от вредного влияния техносферы.

Источники

1. Байтелова А. И., Шабанова С. В. Источники загрязнения объектов окружающей среды. – Оренбург, 2006. – 43 с.
2. Козлов Ю. С., Меньшова В. П., Святкин И. А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие / «Агар». – М., 2000, - 210 с.
3. ДОКЛАД о состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2017 году. Часть 5. Влияние производственной и иной деятельности на окружающую среду //  http://www.sferi.ru/
4. http://novoston.com/
5. СНиП «Защита от шума».–М,2004//http://files.stroyinf.ru/Data1/39/39320/
6. http://www.kakras.ru/ 
7. Проблемы экологии автомобильного транспорта // http://avto-barmashova.ru/

Приложения

Приложение 1