Реферат: Понятие и последствия урбанизации
10. Сокращение численности животных, растений.
3. Загрязнение атмосферного воздуха в городах
Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение практически двух столетий задымление воздуха носило местный характер. Дым и копоть сравнительно редких заводских, фабричных и паровозных труб почти полностью рассеивались на большом пространстве. Однако быстрый и повсеместный рост промышленности и транспорта в ХХ веке привел к такому увеличению объемов и токсичности выбросов, которые уже не могут «растворены» в атмосфере до безвредных для природной среды и человека концентраций.
Крупные города являются центрами промышленности, в которых широко используется автомобильный транспорт. А как известно, и промышленность, и автомобили выбрасывают в атмосферу города газы, резко ухудшающие экологическую обстановку.
Основными причинами сложной экологической обстановки в городах, связанной с эксплуатацией автотранспорта, являются:
· отсутствие надлежащего контроля на предприятиях за соблюдением нормативов государственных стандартов по токсичности и дымности отработавших газов транспортных средств;
· выпуск этилированных автомобильных бензинов, не позволяющих исключить выбросы соединений свинца и использовать каталитические нейтрализаторы;
· слабый контроль за качеством реализуемого моторного топлива;
· недостаточное внимание, уделяемое переводу автотранспорта на менее токсичные виды топлива;
· въезд на территорию городов большегрузного транспорта;
· отсутствие достаточной нормативной базы, низкий эффект экономического механизма управления охраной окружающей среды на транспорте.
В Москве, где живет около 9 млн. человек, в 2001 году зарегистрировано 2,7 млн. автомобилей. За год в воздух столицы выбрасывается более 2 млн. тонн загрязняющих химических веществ, по 205 кг на каждого москвича. В 1999 году 90 % этих выбросов создавал автомобильный транспорт. Сейчас в городе запрещено использовать этилированный бензин (содержит в качестве антидетонационной присадки тетраэтилсвинец: 0,41 – 0,82 г/л), создающий особо вредные выбросы (соединения свинца), внедряется экологический сертификат на каждый автомобиль, нейтрализаторы выхлопных газов.
В 1995 году в 150 российских городах опасные автомобильные выбросы превалировали над промышленными. Автотранспорт ежегодно выбрасывал в атмосферу 16,6 млн. тонн загрязняющих веществ – это 40% всех опасных выбросов на территории страны. В 1994 году экологический ущерб России от воздействия транспортно-дорожного комплекса составил 4,8 млрд. долларов. В 1997 году Минздрав РФ сообщил, что 50 млн. россиян проживали в условиях десятикратного превышения ПДК вредных веществ в воздухе, половина которого исходит от автотранспорта.
Во многих странах ужесточаются требования к выхлопным газам автомобилей. За последние 20 лет европейские нормы по оксидам углерода снижены в 20 раз, по углеводородам и оксидам азота – в 17 раз.
Ведутся работы по снижению количества топлива, сжигаемого в двигателях автомобилей, переводу автомобилей на газ и спирт с целью уменьшения вредных выбросов, созданию электромобилей, работающих без выхлопных газов. Однако на зарядку аккумуляторов таких автомобилей требуется затратить электрическую энергию, получаемую на тепловых или атомных электростанциях при соответствующем загрязнении окружающей среды.
В 2000 году мировой парк автомобилей достиг примерно 1 млрд. единиц, из которых 83-85 % приходится на легковые автомобили, а 15-17 % – на грузовые автомобили и автобусы. Из общего числа легковых автомашин примерно 40 % сосредоточено в США, 10 % - в Японии и 20 % - в четырех европейских странах: ФРГ, Франции, Италии и Великобритании. На каждую 1000 жителей в 2001 году в среднем приходилось: в США – 534 автомобиля, Франции – 454, в Великобритании – 322, в России – 167 автомашин.
Если поставить все существующие сегодня в мире автомобили бампер к бамперу, они составят ленту в 4 млн. км, которой 100 раз можно обмотать земной шар по экватору.
Загрязнением атмосферы обусловлено до 30 % общих заболеваний населения промышленных центров. Если исключить из рассмотрения двуокись углерода СО2 , то в нашей стране в 1994 году 30 % выбросов в атмосферу приходилось на двуокись серы, 10 % - на окислы азота, 25 % - на пыль. Пыль – это сложная смесь частиц, многие из них токсичны (включают мышьяк, ртуть, свинец, медь и прочие вредные металлы), вызывают аллергию, ослабление иммунитета, болезни дыхательных путей. В год в мире выбросы пыли оцениваются в 175 млн. тонн. Твердые и жидкие частицы, находящиеся в воздухе во взвешенном состоянии, называются аэрозолями. Они воспринимаются в виде дыма (аэрозоль с твердыми частицами), тумана (аэрозоль с жидкими частицами), мглы или дымки. Основными источниками искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются ТЭС, которые потребляют уголь высокой зольности, обогатительные фабрики, металлургические и цементные заводы, промышленные отвалы, взрывные работы.
В 1991 году, по оценкам Всемирной организации здравоохранения, 70 % городских жителей Земли дышали воздухом, который вреден для здоровья из-за высокого уровня смога, двуокиси серы, окиси азота и других загрязнений. Смог – это густой туман, возникающий в результате выбросов в атмосферу двуокиси азота, озона, углеводородов и других веществ, вступающих в реакции под действием солнечного света (фотохимический смог). Его возникновению способствуют определенные метеорологические условия: отсутствие ветра и дождя, а также температурная инверсия. Во время смога ухудшается самочувствие людей, резко увеличивается число легочных и сердечно-сосудистых заболеваний, возникают эпидемии гриппа.
Окислы азота и углеводороды содержатся в выхлопных газах автомобилей. Один легковой автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем 20-30 тонн кислорода и выбрасывает 1000 кг окиси углерода, 30 кг оксидов азота и почти 100 кг различных углеводородов. Такие смоги – нередкое явление над Лондоном, Парижем, Лос-Анджелесом, Нью-Йорком и другими городами Европы и Америки. По своему физиологическому воздействию на организм человека они вызывают раздражение глаз и горла, крайне опасны для дыхательной и кровеносной систем и часто бывают причиной преждевременной смерти городских жителей с ослабленным здоровьем. В Лондоне в 1952 году из-за загрязнений, скопившихся в воздухе (в первую очередь SO2 в результате сжигания серосодержащих сортов угля и мазута), погибли более 4000 человек.
Современное промышленное производство загрязняет атмосферу не только газообразными и твердыми примесями, но и тепловыми выбросами, электромагнитными полями, ультрафиолетовыми, инфракрасными, световыми излучениями и другими физическими факторами. Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах (дБ). Уровень шума в 20 – 30 дБ (шуршание листвы, разговор, небольшое уличное движение) практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 дБ и более), имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем. К таким условиям относятся: метро (~90 дБ), работа дробильной машины (~100 дБ), автомобильная сирена (~110 дБ), работа мотора реактивного самолета (~120 дБ), громкая музыка (~130 дБ).
4. Применение улучшенных и альтернативных видов топлива
Улучшению экологической обстановки на автомобильном транспорте способствует запрещение использования этилированного бензина. Кроме токсичности тетраэтилсвинца использование этилированного бензина быстро выводит из строя каталитические нейтрализаторы отработавших газов из-за обволакивания свинцом поверхности катализатора.
Альтернативные заменители бензина могут быть естественного и искусственного происхождения. При нормальных условиях они могут находиться в жидком (этанол, метанол) или газообразном (пропан, бутан, коксовый и генераторный газы, водород) состоянии. Преимущественное применение в качестве моторного топлива на автомобильном транспорте сжиженного нефтяного газа (ГСН) и сжатого природного газа (ГСП) обусловлено тем, что они имеют физико-химические свойства, близкие к бензину. Это требует лишь незначительного изменения конструкции двигателя и позволяет равнозначно работать на двух видах топлива.
В ряде стран в качестве топлива используются синтетические спирты: метанол, или метиловый спирт, и этанол – этиловый спирт.
Метанол получается из угля, сланцев, древесины. Он несколько тяжелее бензина, а энергоемкость его в 2 раза меньше. Запуск двигателя на чистом метаноле, в первую очередь зимой, затруднен. По некоторым данным, метанол усиливает коррозию металла, особенно в присутствии воды. В настоящее время стоимость метанола выше стоимости бензина. Важное качество метанола состоит в том, что в отработавших газах в 2 – 3 раза меньше токсичных компонентов, чем при использовании бензина. Метанол используют в качестве добавки к бензину в количестве 5 – 30 %. При этом концентрация окиси углерода в отработавших газах снижается на 14 – 72 %. Смесь метанол – бензин несколько снижает мощностные характеристики двигателей. Но следует иметь в виду, что добавка метанола, например в количестве 15 %, повышает октановое число смеси с 88 до 95,8. При соответствующей переделке двигателя с целью повышения на нем степени сжатия можно получить даже экономию на расходе топлива. В качестве недостатков смеси как топлива отмечают склонность ее к расслоению, в особенности при попадании в смесь воды и при понижении температуры. Метанол ядовит.
Этанол имеет энергоемкость на 25 – 30 % выше и, следовательно, требует пропорционально менее вместительного топливного бака. Экологические характеристики этанола близки к метанолу. У двигателей, работающих на этаноле, в отработанных газах еще меньше выделяется углеводородов. Однако в продуктах сгорания спирта содержатся совершенно новые загрязнители атмосферы, в том числе формальдегид.
В Бразилии в 1985 году уже все автомобили работали на смесях с содержанием метанола 2 – 10 %. Предполагалось, что удельный вес метанола в автомобильном топливе Бразилии будет непрерывно возрастать и к 2000 году автомобильное топливо на 75 % будет состоять из метанола. Совершенствование технологии и массовость производства должны существенно снизить стоимость метанола, и ожидают, что он станет дешевле бензина. В 1987 году более 2 млн. легковых автомобилей, несколько десятков тысяч грузовых автомобилей, сотни тракторов Бразилии работали на топливном спирте, получаемом из сахарного тростника, маниоки (разновидности картофеля), бамбука, древесины. И в обычных автомобилях чистый бензин не применяется, в обязательном порядке он на 30 % разбавляется спиртом в целях экономии.
Использование газового топлива в виде смеси пропана и бутана позволяет снизить на холостом ходу количество окиси углерода в 4 раза, а в рабочем режиме в 10 раз. Сегодня в мире эксплуатируется уже несколько сот тысяч таких автомобилей. Еще в 1970 году Япония имела около 300 тысяч автомобилей на газовом топливе, в Италии – 500 тысяч.