Е.МИХАЛЕВСКАЯ, 11-й класс,
Р.БИЛАЛОВ, 10-й класс
Руководители:
Т.С. КОРОЛЬ,
К.А. АБДРАХМАНОВА,
учителя биологии и экологии,
УВК № 1628, г. Москва

Конкурс проектов «Наш дом – планета Земля»

Девиз: «Родному городу – чистый воздух»

Экопроект «Изучение интенсивности движения автотранспорта в районе «Отрадное» и его влияния на здоровье человека»

1. Актуальность исследования

Автотранспорт – один из основных источников загрязнения воздуха в городе. Количество легкового автотранспорта в Москве ежегодно возрастает. Движение транспорта рядом со школой представляет собой опасность и как причина дорожно-транспортных происшествий, и как источник загрязнения воздуха. Выхлопные газы автомобилей дают основную массу свинца и кадмия, при износе шин в воздух попадает цинк. Эти тяжелые металлы являются сильными токсикантами. Пожилые люди и дети чувствительны даже к низким дозам таких веществ.

2. Задачи проекта и методы исследования

1. Изучение интенсивности движения легкового и грузового автотранспорта по улицам, окружающим школу УВК № 1628 (ул. Декабристов, Северный бульвар, ул. Пестеля): а) в течение рабочего дня; б) в разные сезоны года.
2. Изучение движения автотранспорта через перекрестки улиц, окружающих школу.
3. Сравнение интенсивности движения автотранспорта по годам.
4. Сбор данных по влиянию солей тяжелых металлов на здоровье человека.
5. Создание рекреационного участка на пришкольной территории.

Учет движения автотранспорта проводили по методике Алексеева (Алексеев С.В. и др. Практикум по экологии. – М.: АО «МДС», 1996).

3. Результаты исследования

3.1. Интенсивность движения легкового и грузового автотранспорта

Наблюдения за интенсивностью движения автотранспорта вблизи школы мы проводили в течение 2000–2001 гг. на трех улицах: Декабристов, Пестеля и Северном бульваре в различное время суток в интервале с 8 до 9 ч., с 12 до 13 ч. и с 18 до 19 ч. Места наблюдений указаны на схеме (рис. 1). Отдельно подсчитывали легковые, грузовые автомобили и автобусы. Подсчет машин выполняли в течение 10 или 15 мин каждого временнoго интервала (табл. 1).

Рис. 1. Места наблюдений за интенсивностью движения автотранспорта (* – перекрестки)

Таблица 1. Движение легкового автотранспорта в районе «Отрадное»

Из табл. 1 следует, что интенсивность движения легковых автомобилей в районе «Отрадное» только за один год (с февраля 2000 по январь 2001) возросла почти в 3 раза, а на Северном бульваре в 2,3 раза. Наши наблюдения показали, что большую часть машин составляют легковые автомобили. Наибольшая интенсивность движения в феврале 2000 г. наблюдалась на ул. Декабристов, наименьшая – на ул. Пестеля (рис. 2). На ул. Пестеля и Северном бульваре наибольшую интенсивность движения легковых автомобилей наблюдали утром, а на ул. Декабристов – днем, около полудня. Результаты наших наблюдений за интенсивностью движения грузового транспорта и автобусов представлены графически на рис. 3.

Наибольшую интенсивность грузового транспорта (154) и автобусов (72) наблюдали на ул. Декабристов в середине рабочего дня. Больше всего грузовых автомобилей на ул. Пестеля и на Северном бульваре наблюдали утром, меньше всего – вечером. Интенсивности движения автобусов на всех трех улицах мало различаются. На ул. Декабристов и на Северном бульваре больше всего автобусов наблюдали днем, а на ул. Пестеля – утром.

3.2. Движение автотранспорта через перекрестки улиц, окружающих школу

Места пересечения исследуемых нами магистралей представляют интерес с точки зрения безопасности учащихся по пути в школу и из нее. Мы измеряли интенсивность транспортных потоков через перекрестки ул. Пестеля и ул. Декабристов (место наблюдения № 1) и ул. Декабристов и Северного бульвара (место наблюдения № 2) в середине рабочего дня. Наибольшая интенсивность движения наблюдалось на перекрестке Северного бульвара и ул. Декабристов. Большую долю автотранспорта составляют легковые машины, интенсивности движения грузового транспорта и автобусов через эти два перекрестка мало отличаются друг от друга (рис. 4).

3.3. Сравнение интенсивности движения по годам

Данные по движению транспорта, полученные в феврале 2000 г. мы сравнили с данными, полученными в марте 1998 г. (рис. 5 и табл. 2). В утренние и вечерние часы интенсивность движения легкового транспорта в 1998 г. была значительно выше, чем в 2000 г. Это может объясняться тем, что многие владельцы частного легкового транспорта, не пользующиеся им зимой, выводят свои машины на дорогу весной (когда проводились наблюдения в 1998 г.).

Таблица 2. Расчетная оценка количества сжигаемого топлива автомобилями разного типа в рабочие дни на ул. Декабристов (март 1998 г. и февраль 2000 г.)

В табл. 2 приведены результаты расчета общего количества топлива, которое расходуют легковые, грузовые машины и автобусы между перекрестками № 1 и № 2 по ул. Декабристов в указанные интервалы времени. В марте 1998 г. для этого требовалось 500,9 л бензина, а в феврале 2000 г. – 351,1 л.

Результаты подсчетов количества вредных выбросов в этих условиях приведены в таблице 3. Загрязнение воздуха автотранспортом в феврале 2000 г. уменьшилось на 30% по сравнению с 1998 г.

Таблица 3. Количество вредных веществ (л), выбрасываемых в воздух автотранспортом на ул. Декабристов в рабочие дни (март 1998 г. и февраль 2000 г.)

Изменение интенсивности движения легкового автотранспорта по ул. Декабристов в 1998, 2000 и 2001 гг. представлено на рисунке 6,А. Интенсивность движения автотранспорта зависит от времени года. По нашим данным, наименьшая интенсивность была в феврале 2000 г. К апрелю 2000 г. интенсивность движения возросла на 65%, а в январе 2001 г. почти в 3 раза. Это можно объяснить следующими причинами.

1. В январе 2001 г. средняя месячная температура была на 5–6 градусов выше нормы, а февраль 2000 г. был холодным, и дороги скользкими.

2. В городе быстро увеличивается число владельцев частного автотранспорта.

По сравнению с февралем 2000 г. интенсивность движения легковых автомобилей по Северному бульвару (рис. 6,Б) в апреле 2000 г. увеличилась на 80%, а в январе 2001 г. в 2,6 раза, по-видимому, по той же причине, что и на ул. Декабристов.

Рис. 6. Сезонная динамика движения легкового автотранспорта в районе «Отрадное»: А – ул. Декабристов, Б – Северный бульвар

Токсичные вещества поступают в атмосферу регулярно. В последнее время в Москве появились автобусы, двигатели которых работают не на бензине, а на газе. Такие двигатели меньше загрязняют воздух. На некоторых автомобилях стали устанавливать специальные фильтры, поглощающие отравляющие вещества, но таких автомобилей пока очень мало.

3.4. Пути поступления и влияние некоторых солей тяжелых металлов на организм человека

Выхлопные газы автомобилей содержат около 200 веществ, в том числе канцерогенные углеводороды и тетраэтилсвинец. Однако многие вещества присутствуют в следовых количествах.

В 1 м³ выхлопных газов бензинового двигателя содержится 0,04 г сажи, а дизельного – от 0,1 до 1,1 г.

По данным Всемирной организации здравоохранения тяжелые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности, уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные загрязнители, как диоксиды углерода и серы. Основная масса свинца и кадмия поступает в воздух с выхлопными газами автомобилей, а цинка – с продуктами износа шин. Особый вред окружающей среде наносят автомобили, технические параметры которых не соответствуют нормам.

В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений, входящих в состав пыли и аэрозолей. При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно из частиц диаметром 0,5–1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта – из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива.

Естественное (фоновое) содержание тяжелых металлов в воздухе вдали от городов составляет около 0,004–0,2 мкг/м³. Фоновое содержание свинца принято равным 0,2 мкг/м³, ртути – 0,05 мкг/м³.

Из 12 распространенных и вредных для здоровья человека тяжелых металлов автотранспорт обычно выделяет в воздух пять: свинец, кадмий, ванадий, бериллий, хром. Именно о них и пойдет речь в нашем сообщении.

Основные сведения о влиянии тяжелых металлов на здоровье человека и способах поступления их в организм приведены в табл. 4.

Таблица 4. Влияние некоторых тяжелых металлов на организм человека

Компонентами отработанных газов являются твердые выбросы, содержащие сажу и свинец. Последний образуется при сгорании этилированного (содержащего тетраэтилсвинец) бензина. По разным данным 50–70% суточного поступления свинца в организм приходится на воздух, загрязненный отработанными автомобильными газами.

Свинец (Рb)

По данным экологического мониторинга, ежегодно в атмосферу поступает около 180 тыс. т свинца. Основным источником загрязнения окружающей среды свинцом являются автомобили. Рассеянный свинец, содержащийся в выхлопных газах, оседает на поверхности почвы (в придорожной зоне) в виде мелких твердых частиц или остается в воздухе в виде аэрозолей. При сгорании 1 л этилированного бензина в воздух попадает 200–400 мг свинца. Вблизи автострад с интенсивным движением транспорта в почве может накапливаться до 1 г свинца на 1 кг почвы. Предельно допустимая концентрация (ПДК) свинца в атмосферном воздухе составляет 0,003 мг/м³, а в воздухе рабочей зоны – 0,01 мг/м³.
В организм человека свинец попадает при вдыхании загрязненного воздуха, а также с пищей и водой. На кожу могут попадать пылевые частицы, содержащие свинец.
В кровь всасывается 30–50% свинца, поступающего в дыхательные пути, и 10–45% поступающего в пищеварительный тракт. Причем 50–60% свинца, поступившего в кровь, выводится через кишечник, остальное накапливается, главным образом в костях.
Свинец вызывает обширные патологические изменения в нервной системе, крови, сосудах, активно влияет на синтез белка, энергетический обмен клетки и ее генетический аппарат. Он нарушает деятельность сердечно-сосудистой системы, вызывая изменения электрической и механической активности сердечной мышцы, морфологические и биохимические изменения в миокарде с признаками дегенерации сосудов, повреждения мышечной стенки сосудов и нарушение сосудистого тонуса. Соединения свинца канцерогенны, они могут вызвать нарушения структуры и функций ферментов синтеза и репарации ДНК и, как следствие, мутации.
Органические соединения свинца (например, тетраэтилсвинец) высокотоксичны для нервных тканей. Они подавляют метаболизм глюкозы, синтез РНК и ДНК, повреждают миелиновые оболочки нервных клеток, что сопровождается нарушениями передачи нервного возбуждения. Тетраэтилсвинец значительно изменяет метаболизм серотонина и норадреналина, ведет к нарушению снабжения мозга кислородом.
Проявления свинцовых отравлений весьма разнообразны: психическое возбуждение, тревога, ночные кошмары, галлюцинации, нарушение памяти и интеллекта с симптоматикой распада личности. Очень опасны неврологические нарушения у детей, приводящие к гиперактивности, ухудшению показателей психического развития, снижению способности к обучению.
При содержании свинца в крови беременной женщины 10–15 мкг/кг нарушается развитие зародыша, сокращаются сроки беременности, снижается масса тела новорожденного, причем мальчики страдают больше, чем девочки. Обнаружена обратная зависимость между концентрацией свинца в крови матери во время беременности и уровнем психического развития ребенка.
За 1989–1994 гг. выбросы свинца от промышленных источников снизились на 60% вследствие сокращения производства и закрытия многих предприятий. Резкое снижение промышленных выбросов не сопровождается снижением выбросов автотранспорта, т.к. количество автомобилей и интенсивность их движения постоянно возрастают.

Кадмий (Cd)

Наиболее интенсивные источники загрязнения окружающей среды кадмием – металлургия и гальванотехника, а также сжигание твердого и жидкого топлива. В незагрязненном воздухе над океаном средняя концентрация кадмия составляет 0,005 мкг/м³, в сельских местностях – до 0,025 мкг/м³, а в районах размещения предприятий, в выбросах которых он содержится (цветная металлургия, ТЭЦ, работающие на угле и нефти, производство пластмасс и т.п.), и в промышленных городах – до 0,5 мкг/м³ (обычно 0,02–0,05 мкг/м³).
Около 52% кадмия попадает в окружающую среду при сжигании и переработке материалов, его содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется для прочности, и кадмиевых красителей.
Сжигание мазута и дизельного топлива является дополнительным источником кадмиевого загрязнения. Дым от сигарет тоже поставляет кадмий в окружающую среду, т.к. табак во время роста очень активно поглощает кадмий из почвы и в больших количествах накапливает его в листьях. В одной сигарете (около 1 г табака) содержится 1,2–2,5 мкг кадмия. Мировое производство табака составляет 5,7 млн т в год; при его выкуривании выделяется 6,8–14,2 т кадмия. При этом около 25% этого количества остается в организме курильщиков, а остальное попадает в окружающую среду.
В организм человека кадмий попадает вместе с пищевыми продуктами, водой и воздухом. Общее количество накапливающегося в организме кадмия составляет 0,36–5,78 мкг/день у некурящих и 2,28–7,7 мкг/день у курящих деревенских жителей, а у жителей промышленных городов 0,38–21,64 и 2,31–23,56 мкг/день соответственно.
Интоксикация кадмием вызывает головокружение, слабость, тошноту, желудочные боли, появление белка в моче, развитие трахеита, бронхита, отека легких, поражение печени, почек, сердца, нервной системы. Кадмий способен стимулировать развитие практически всех форм рака.
Следует отметить, что кадмий повышает кровяное давление. Относительно большое по сравнению с другими странами количество мозговых кровоизлияний у жителей Японии объясняют, среди прочих причин, и высоким уровнем кадмиевого загрязнения в этой стране. В Японии же распространено костное заболевание «итай-итай», выражающееся в необычной хрупкости и ломкости костей, которое также связано с кадмиевой интоксикацией.
В организме кадмий накапливается в почках (33%), печени (14%), легких (2%), а также костях, мозге, мышцах и коже.

Ванадий (V)

ПДК ванадия в дымах составляет 0,1 мг/м³, в пыли – 0,5 мг/м³. Основным источником поступления в атмосферу ванадия являются отходы от сжигания бензина и других нефтепродуктов. В организм человека попадает, в основном, с вдыхаемым воздухом.
При интоксикации у людей сначала возникает острая аллергическая реакция (насморк, слезотечение, сухость в горле), приводящая к бронхиальной астме. На втором этапе отравления развиваются заболевания крови, наблюдаются нарушения психики, возникают экземы. Ванадий нарушает процессы кроветворения, концентрируется в основном в печени, почках и костях.

Бериллий (Be)

ПДК бериллия в воздухе составляет 1 мкг/м³, в воде – 0,2 мкг/л. Бериллий поступает в окружающую среду вместе с производственными отходами, обогащенными этим элементом вследствие недостаточной эффективности очистных сооружений, а также с золой ископаемых углей. При сжигании различного топлива в атмосферу ежегодно попадает около 8 тыс. т этого металла. Общий выброс за счет растворения в природных водах и в результате процесса выветривания составляет около 6 тыс. т в год. Еще один существенный источник загрязнения бериллием окружающей среды – выбросы предприятий атомной энергетики.
Особенно вредные последствия имеет загрязнение бериллием почв, поскольку растения, в том числе и злаковые, интенсивно его поглощают в кислой или в нейтральной среде.
Увеличение концентрации этого металла до 1 мг/м³ вызывает острый конъюнктивит, экзематозный дерматит, легочный грануломатоз, буллезную эмфизему. При концентрации бериллия свыше 1 мг/м³ наблюдаются нарушения функций дыхания и сердечно-сосудистой системы. Бериллий может вызвать резкую иммунную реакцию типа аллергической. При его попадании на кожу образуются бериллиевые язвы, гранулемы.
В организм бериллий поступает через пищеварительный и дыхательные тракты и накапливается в печени, селезенке и костях.

Хром (Сr)

ПДК хрома в воздухе составляет 10 мкг/м³. Основной источник поступления хрома в окружающую среду – добывающие и перерабатывающие предприятия. Непосредственный контакт человека с хромом возможен также в самых различных отраслях народного хозяйства, широко использующих хромовые соединения, таких как металлургия, машиностроение, нефтеперерабатывающая, лакокрасочная и кожевенная промышленности, а также в сельском хозяйстве.
При концентрации хрома в воздухе выше 25 мкг/м³ возникают глубокие поражения дыхательных путей, рак легких, снижении темновой адаптации глаза, поражение желудочно-кишечного тракта, развитие гастрита и язвенной болезней. Особенно токсичен шестивалентный хром, соединения которого вызывают изъязвления кистей рук, лица, век, серьезные поражения центральной нервной системы.
Обычно хром накапливается в печени, легочной ткани, поджелудочной железе и костном мозге.

4. Заключение

Создание рекреационного участка на пришкольной территории

Наша работа затронула важную проблему. С одной стороны автотранспорт облегчает жизнь человека, с другой стороны – он источник многих веществ, загрязняющих окружающую среду. Поэтому в таком мегаполисе, как Москва, остро стоит проблема охраны воздушной среды.
В Западной Европе, где уже практически полностью отказались от производства этилированного бензина, используются эффективные нейтрализаторы, позволяющие резко снизить токсичность отработанных газов. Такого рода добавки в нашей стране практически не применяются не только из-за высокой стоимости, но и потому, что использовать их можно только с неэтилированным бензином, а его у нас производится 13 –25% от общего количества.
В связи с этим мы решили создать рекреационный участок во дворе своей школы. В ноябре 1999 г. во время Недели природы в школе был объявлен конкурс на лучший проект школьного двора.
Ребята предложили разбить клумбы, посадить деревья, которые улавливают газ и пыль, засеять газоны. Преображение школьного двора началось в 2000 г.
С 1 м² газона за 1 ч испаряется до 200 г/час воды, что значительно увлажняет воздух. В жаркие дни на дорожке у газона температура воздуха на 2,5 °С ниже, чем на асфальтовой мостовой.
Средняя масса пыли, собираемая листовой поверхностью одного взрослого дерева за летний период, зависит от его вида.

 Деревья обладают избирательной способностью по отношению к вредным примесям в воздухе и различной устойчивостью к ним. Хорошими поглотителями свинца по обочинам дорог являются береза, липа, акация желтая. Дуб хорошо улавливает пыль; клен, осина и ольха – сернистый газ; вяз обыкновенный – сернистый газ и пыль. Кроме того, белая акация, береза, ель, тополь являются источниками фитонцидов.