Загрязнение атмосферы выхлопными газами: влияние на человека и окружающую среду

Во второй половине 20 века во многих странах мира произошел резкий скачок развития автомобилестроения. Увеличение количества машин привело к усилению беспокойства как ученых, так и простых обывателей по поводу влияния продуктов сгорания топлива на здоровье человека и на экологию в целом.

Данная проблема загрязнения атмосферы выхлопными газами не потеряла своей актуальности. В их составе присутствует множество токсичных компонентов, поэтому выхлопные газы – одна из главных экологических проблем современности.

Что такое выхлопные газы?

Выхлопными газами автомобилей называют продукты переработки топлива, выбрасываемыми в атмосферу. Их состав и влияние на окружающую среду начали активно изучать еще в 60-е годы 20 века.

За последние десятилетия количество автомобилей на планете значительно увеличилось, а вредные выбросы, возникающие в процессе их работы стали серьезной проблемой. Особенно страдает от них экология крупных городов. Присутствие веществ, содержащихся в их составе, в мегаполисах превышает допустимые нормы и может привести к возникновению различных заболеваний.

Состав выхлопных газов

Состав выхлопных газов автомобилей зависит от качества используемого топлива и типа двигателя. Но отличия будут только в процентном составе тех или иных веществ. Выхлопы автомобилей состоят как из вполне безвредных веществ, так и из достаточно токсичных.

В большей части они состоят из таких газов, как азот, кислород, диоксид углерода и водяные пары. Эти вещества входят в состав атмосферного воздуха и не представляют никакой опасности для людей и окружающей среды. Объем каждой из вредных примесей в составе не превышает 1-2%, реже 5-10%. К опасным для здоровья можно отнести следующие компоненты:

• Оксид углерода.
• Альдегиды.
• Углеводороды.
• Диоксид серы.
• Сажа
• Бензапирен.

Компонент	Объемная доля в бензиновом двигателе, %	Объемная доля в дизельном двигателе, %	Токсичность
Азот	74–77	76–78	нетоксичен
Кислород	0,3–8	2–18	нетоксичен
Водяной пар	3–5,5	0,5–4	нетоксичен
Диоксид углерода	5–12	1–10	нетоксичен
Оксид углерода	0,1–10	0,01–5	токсичен
Углеводороды	0,2–3	0,009–0,5	токсичны
Альдегиды	0–2	0,001–0,009	токсичны
Диоксид серы	0–0,002	0–0,03	токсичен
Сажа, г/м3	0–0,04	0,1–1,1	токсична
Бензапирен, г/м3	0,01–0,02	0–0,01	токсичен

Монооксид углерода и углекислый газ

Эти вещества считаются опасными и наносящими серьезный ущерб экологии. В большинстве стран мира автомобили проходят проверку и сертификацию на соответствие международным нормам по их содержанию в составе выхлопных газов автомобилей.

Вред, наносимый этими примесями, зависит от их концентрации в воздухе. Так малое содержание (до 0,05%) углекислого газа может привести к возникновению головной боли и тошноты, а более высокое (0,5%) – вызывает удушье и смерть в течение 15 минут.

Причиной высокого содержания углекислого газа в воздухе является неполное сгорание топлива. Это чаще всего происходит при прогреве двигателя. Поэтому прогревать автомобиль рекомендуется в хорошо проветриваемом помещении или на свежем воздухе.

Также уменьшить количество указанных веществ в составе автомобильных выхлопов можно при помощи правильной настройки карбюратора, заменой старого воздушного фильтра или регулировкой впрыскивающих клапанов.

Углеводороды и органические масла

Остатки не прогоревших углеводородов и пары органических масел не представляют опасности для здоровья людей. Но под действием солнечных лучей они вступают в реакцию с другими компонентами воздуха и образуют токсичные соединения. Полученные вещества могут вызвать раздражение слизистых оболочек и дыхательных путей. Кроме того, одним из основных элементов смога являются углеводороды и их соединения.

Если следить за состоянием уплотнительных колец, а также настроить карбюратор и свечи зажигания таким образом, чтобы углеводороды в процессе работы двигателя прогорали полностью, то в результате будут выделятся безвредные вещества: углекислый газ и пары воды.

Формальдегид

В результате взаимодействия формальдегида, выделяемого автомобилями, с атмосферным азотом и рядом других компонентов воздуха образуются токсичные соединения. При их достаточной концентрации образуется туман, который может представлять опасность для человека.

Пыль и сажа

Мельчайшие твердые частицы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей, оседают на обочинах и различных объектах вдоль автомобильных трасс. При постоянном вдыхании подобной пыли и сажи возникает риск развития заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой системы. Из-за малых размеров частиц сажи, они легко попадают непосредственно в кровеносные сосуды и оказывают пагубное влияние на них изнутри.

Возможности полностью исключить данные вещества из состава выхлопных газов пока не существует. Единственной возможностью уменьшить их количество – это применение качественного топлива.

Бензпирен

Бензпирен (Бензапирен) относится к группе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Данные мутагенные и канцерогенные вещества способны накапливаться в природных объектах, воде и почве. Бензипрен самый распространенный из ряда опасных веществ этой группы. Со временем он накапливается в организме человека и, при достижении определенной критической концентрации, оказывает необратимые воздействия на его здоровье.

Объем выхлопных газов

В среднем при сжигании одного литра топлива выделяется 16 тысяч литров выхлопных газов. Примерный объем газов, выделяемых каждым автомобилем можно вычислить, исходя из среднего расхода топлива на 100 км пробега, заявленного производителем машины. Для этого придется суммировать пройденное расстояние и считать общий объем заправленного топлива.

Выхлопы каждого автомобиля за 1 день или пройденный километр сосчитать просто невозможно. Также нельзя определить общий объем выхлопа большого количества машин, так как неизвестно сколько проезжает ежедневно или ежечасно каждая машина. Поэтому любые данные подобных исследований можно считать сильно усредненными или приближенными.

Влияние выхлопных газов на здоровье человека

Высокая концентрация вредных веществ, содержащихся в выхлопах автомобилей, в атмосфере представляет серьезную опасность для здоровья. Одним из самых быстродействующих и наиболее опасных компонентов автомобильных выхлопов является угарный газ. Он не имеет вкуса и запаха, а при высокой концентрации в замкнутом объеме вызывает тошноту, головокружение, удушье, обмороки и смерть.

Долгое время в качестве автомобильного топлива использовался этилированный бензин, в продуктах его сгорания присутствовал свинец. Этот опасный для человека элемент способен накапливаться в организме. Сейчас этот металл исключен из состава бензина, но за время применения этилированного бензина, свинец мог серьезно повлиять на здоровье жителей крупных городов.

При нагревании углеводородов под воздействием прямых солнечных лучей они окисляются и при вдыхании вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и обострение хронических заболеваний дыхательной системы.

Сажа и бензипрен, накапливаясь в организме человека, способны вызвать появление опухолей, в том числе и недоброкачественных.

При классификации веществ, вырабатывающихся в процессе сгорания автомобильного топлива, по степени опасности для человека выделяют 6 основных групп:

1. Безопасные.
   К ним относятся азот и его соединения, водород и водяные пары, кислород, углекислый газ и другие элементы земной атмосферы.
2. Оксид углерода или угарный газ.
   Наиболее опасная составляющая отходящих газов, он способен вызвать отравление и привести к смерти от сильнейшего удушья.
3. Оксид и диоксид азота.
   Эти вещества считаются более опасными чем угарный газ, при длительном воздействии данных газов даже в небольшой концентрации можно заболеть астмой, получить отек легких или хронический бронхит, а также они способствуют развитию заболеваний пищеварительной, сердечно-сосудистой и нервной систем.
4. Углеводородные соединения.
   В эту группу входит множество органических соединений, большинство из которых ядовиты, вредны для сердечно-сосудистой системы или приводят к возникновению опухолей.
5. Альдегиды.
   Вызывают раздражение слизистых оболочек, приводят к заболеваниям дыхательных путей и убивают нервные клетки.
6. Сажа и мелкодисперсные элементы
   Кроме непосредственного влияния на дыхательные пути и кровеносные сосуды способны впитывать в себя вредные вещества и способствовать их накоплению в организме.

Лечение при отравлении

В случае отравления продуктами сгорания топлива следует срочно обратиться в больницу. Для снижения вреда выхлопных газов автомобилей для сердечно-сосудистой системы производят инъекции препаратов для нормализации ее работы.

При отравлении угарным газом проводят искусственную вентиляцию легких, детоксикацию.

Первая помощь при отравлении

При подобных отравлениях необходимо вывести пострадавшего на свежий воздух, расположить его в сидячем или полусидячем положении и срочно вызвать скорую помощь. До приезда медицинской бригады можно укрыть пострадавшего теплым одеялом и дать теплое питье.

Влияние выхлопных газов на окружающую среду

Выхлопы автомобилей влияют на городскую экологию следующим образом:

• Загрязнение воздуха, воды и почвы вредными веществами.
• Отравление растений, растущих вдоль дорог.
• Возникновение ядовитых кислотных осадков.
• Отрицательное влияние на сельскохозяйственные и кормовые культуры на полях рядом с дорогами.

Все перечисленные факторы тем или иным образом влияют и на здоровье местных жителей.

Как защититься от выхлопных газов?

Для защиты от вредного воздействия газов в местах большого скопления техники или в автомобильных пробках можно применить противогаз или респиратор. Но они редко имеются под рукой. Уменьшить воздействие автомобильных выхлопов можно при помощи самодельной повязки из шарфа или платка.

Для защиты квартиры , расположенной вблизи дороги или парковки, рекомендуется приобрести плотные стеклопакеты, чаще применять специальные приборы – очистители воздуха и как можно больше времени проводить за городом или в парках.

Основные загрязнители атмосферы: классификация по агрегатному состоянию

Основные химические загрязнители атмосферы

Источники химического загрязнения воздуха и его последствия

Антропогенное загрязнение атмосферы: виды, основные источники, последствия

Ингредиентное загрязнение окружающей среды

Причины появления фотохимического тумана и смога

Влияние загрязнения атмосферы на здоровье человека и окружающую среду

Экологический класс транспортного средства: как узнать, таблица, по VIN

Контроль и критерии оценки качества атмосферного воздуха

Механизм образования кислотных дождей: кислоты из серы и азота

Экологические проблемы использования тепловых двигателей

Выхода нет: грязный воздух Найроби — предвестник беды

Стоящая в пробке маршрутка изрыгает клубы черного дыма, а грузовик следом за ней дымит белым. Смог, который создают тысячи 10-15-летних автомобилей, наполняет вечерний воздух Найроби и разъедает глаза, внося ощутимый вклад в уровень загрязненности воздуха, который и без него перешел все мыслимые границы. В пробке можно простоять час, три или пять — в прошлом году она растянулась на 48 км. Восьмиполосная Момбаса-роуд — хронически закупоренная артерия мегаполиса, в котором количество машин удваивается каждые 6 лет.

Кения — одна из немногих африканских стран, где запрещены самые токсичные виды топлива, но согласно тем немногим экологическим данным, которые у нас есть, Найроби по-прежнему в топе самых загрязненных городов мира. А к автомобильным выхлопам добавляется дым, исходящий от горящих свалок, дизельных генераторов и кухонных плит, которые топят дровами. Но точный уровень загрязнения неизвестен, потому что, как почти во всех африканских городах, в Найроби не делаются регулярные пробы качества городского воздуха.

«За те 28 лет, что я живу в Найроби, число жителей выросло в 4 раза, а количество автовладельцев — с 5% до 27%. Воздух невероятно грязный, — говорит Дороти МакКормик (Dorothy McCormick), экономист из Университета Найроби и автор книг об африканской транспортной системе. — Сейчас автомобилей стало в 16 раз больше по сравнению с тем временем, когда я приехала, и город просто не справляется. У нас не существует платы за въезд в центр города, а для отопления домов люди используют уголь, дерево и керосин. С раннего утра над городом висит дымка. Что можно сделать? Перестать дышать? Выхода нет».

Согласно прогнозам UNEP — программы ООН по защите окружающей среды, за следующие 30 лет население Африки составит половину населения всего мира, и количество машин в африканских городах вырастет в разы. «За следующие 7 лет автопарк в Найроби удвоится. Число машин в Африке пока еще сравнительно мало, но количество выхлопных газов на автомобиль значительно выше, чем в мире», — прогнозирует Роб де Йонг (Rob de Jong) из UNEP.

Городской воздух в Африке настолько грязный в первую очередь потому, что здесь слишком мало новых машин. Большинство автомобилей подержанные и были привезены из Японии и Европы с неработающими каталитическими конвертерами выхлопных газов и разобранными воздушными фильтрами. Континент становится всемирным кладбищем старых машин, которые не соответствуют современным экологическим стандартам развитых стран.

По всему континенту наблюдается взрывной рост количества машин. А в совокупности с тем, что многие готовят на плитах, которые топят дровами, грязный воздух убивает 776 000 человек в год. Если ничего не менять, в следующем поколении эта цифра вырастет вдвое.

«Африка урбанизируется быстрее, чем как-либо другой регион мира, — говорит Де Йонг. — Уровень загрязнения воздуха здесь еще не достиг уровня Нью-Дели или Пекина, но уже приближается к нему. Респираторные заболевания вышли в Кении на первое место, и это напрямую связано с загрязнением воздуха».

По мнению Мари Тинелл (Marie Thynell), урбаниста из Университета Гетеборга, которая исследовала качество воздуха в Найроби в 2015 году, количество канцерогенов в воздухе города в 10 раз выше допустимого по нормам ВОЗ.

Исследование Тинелл показало колоссальный рост загрязняющих частиц в воздухе на главных улицах Найроби. «С грязным воздухом никак не борются, и особенно он опасен в трущобах, для водителей, дорожных полицейских и уличных торговцев», — говорит она.

Майкл Гатари (Michael Gatari), эколог из Кенийского университета ядерной науки и технологии, предсказывает, что «уже через несколько лет страна получит больное население. Даже с теми небольшими данными, что у нас есть, уже понятно, что уровень загрязнения в 30 раз хуже, чем в Лондоне, и что в Кении грядет огромнейшая проблема с национальным здоровьем. Дизельного топлива в Найроби сжигается на 30% больше, чем 5 лет назад. Будет больше случаев рака, сердечно-сосудистых заболеваний, астмы и респираторных болезней».

Загрязнение воздуха в Африке тесно связано с бедностью, объясняет. «В трущобах люди готовят на открытом огне и закрывают окна — концентрация загрязнений в воздухе зашкаливает. Водители смешивают хороший дизель с керосином. Везде полно горящего пластика и нет нормальной технологии сжигания мусора. В воздухе носится пыль».

В Западной Африке загрязнение воздуха, вызванное жизнедеятельностью человека в прибрежных городах (Лагос, Аккпа, Абиджан, Котону), сейчас настолько сильно, что, смешиваясь с естественными загрязнителями из Сахары, влияет на облачность и дожди. Так считает Мэт Эванс, профессор химии атмосферы в Университете Йорка, который занимается широкомасштабным исследованием загрязнения воздуха в регионе.

«В Африке растет цепочка мегаполисов. Континент сейчас находится в той же ситуации, в которой 20 лет назад был Китай. Если Африка не сможет справиться с этим, будет катастрофа».

В прошлом месяце ВОЗ опубликовала данные о загрязнении воздуха в 3000 городах мира. В нескольких африканских городах, где производился мониторинг качества воздуха, уровень загрязнения был много выше нормы, а 4 нигерийских города попали в двадцатку самых грязных. Если не принять меры сейчас, загрязнение в следующие 15 лет усилится в 3 или 4 раза.

Важным шагом, говорит Де Йонг, будет прекращение импорта старых автомобилей. «Если бы африканские страны установили ограничение на возраст импортируемых машин, это бы улучшило положение. Если сейчас закупать машины с более высокими экологическими стандартами, то через 10 лет большинство автопарка станет соответствовать нормам, но если подождать еще 9 лет, в Африку прибудет множество старых машин, и ситуация ухудшится в разы. Катастрофу можно остановить, если действовать сейчас. Африка может пойти по другому пути. Приоритетом для всего мира должен стать чистый воздух».