Влияние веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей, на живые организмы

В последние десятилетия антропогенные факторы загрязнения окружающей среды стали превышать по масштабам естественные, приобретая глобальный характер. К основным источникам загрязнения относятся: промышленные предприятия, транспорт, теплоэнергетика, сельское хозяйство и другие. В нашем городе промышленных предприятий мало, поэтому основным источником загрязнения воздуха является автотранспорт.

Негативное влияние автотранспорта.

Ежегодно с отработанными газами в атмосферу поступают сотни миллионов тонн вредных веществ. Под их влиянием ухудшается здоровье людей, отравляются почвы и водоемы, страдает растительный и животный мир. В различных источниках [Чернова Н. М. , 1995; Вронский В. А. , 1996; Криксунов Е. А. , 1995; Габриелян О. С. , 2000, Боровский Е. Э. , 1999; Токарева Н. , 2003] приводятся данные о перечне вредных веществ, образующихся при сгорании топлива, их действии на живые организмы, предельно-допустимые концентрации, много внимания уделяется воздействию транспорта на окружающую среду. Но мы не нашли данных о действии продуктов сгорания бензина в концентрациях, не превышающих ПДК. Это и послужило основанием для работы.

Cвое внимание мы обратили, прежде всего, на перекрестки улиц Революционная –Ворошилова, Шоссейная - Советская, Шоссейная - Заводская, где, по мнению инспекторов ГИББД, наблюдается наиболее интенсивное движение автомобилей.

Цель статьи: оценить воздействия веществ, образующихся при сгорании топлива, на живые организмы для снижения их негативного влияния.

Задачи статьи

1. Обобщить известную информацию о составе автомобильных выбросов, о характере их воздействия на растительные и животные организмы и ознакомится с методиками экологического мониторинга.

2. Разработать и отобрать необходимые методики регистрации результатов, позволяющие: а) определить загруженность улиц автотранспортом и оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта; б) доказать, что выхлопные газы автомобилей являются одним из источников загрязнения окружающей среды; в) определить кислотность осадков, выпадающих в зонах загрязнения; г) выяснить влияние растворимых веществ, содержащихся в выхлопных газах, на живые организмы; д) оценить токсичность оседающей пыли на растения в опытах с простейшими; е) выяснить, какие растения наиболее устойчивы к действию сернистого газа.

3. Провести практическую часть исследования в соответствии с разработанной методикой.

4. Проанализировать полученные результаты, сформировать выводы.

Объект исследования: выхлопные газы автомобилей.

Предмет исследования: живые организмы (синий лук, горох, ель, фиалки, животные).

Методы исследования: изучение и анализ литературы, эксперимент, наблюдение, анализ, сравнение, биоиндикация.

Практическая значимость работы. Работа носит прикладной (практический) характер, так как полученные результаты дадут объективную оценку состояния окружающей среды, привлекут внимание населения города и позволят принять меры по улучшению экологической ситуации.

Работа выполнялась в течении четырех лет. За это время был проведен анализ различных источников информации, практическая часть работы.

Этапы исследования

Содержание этапа Временной промежуток

Изучение литературы, знакомство с методиками экологического мониторинга Декабрь, 2005 г. – март, 2006 г.

Консультация с руководителем по выбранной теме исследования, выбор методик, составлениеАпрель-июнь, 2006 г.

плана работы

Выполнение практической части работы в соответствии с выбранными методиками Апрель – октябрь, 2006 г.

Сентябрь 2007-июнь 2008

Анализ полученных результатов и формулировка выводов Ноябрь - декабрь, 2006 г.

Подготовка к выступлению и выступление на заседании кружка, на школьной и районной конференциях «Шаг в будущее», Ноябрь, 2006 г.

районной конференции «Сохраним свою Землю голубой и зеленой», Апрель 2007

конкурсе им. В. И. Вернадского, Ноябрь 2007

региональном – «Экология жизненного пространства»,

«Техлидер», Март 2008

областной конференции «Шаг в будушее». Апрель 2008

Апрель 2008

Сентябрь-октябрь 2008

Подготовка к областному, всероссийскому конкурсам экологических проектов «Человек на Ноябрь – декабрь 2008

Продолжение практической части работы Октябрь 2008 – март 2009

Подготовка и выступление на школьном конкурсе исследовательских работ, посвященном ЗОЖ Апрель 2009

Продолжение практической части работы Апрель – август 2009

Подготовка к районной конференции «Шаг в будущее» Сентябрь 2009

Продолжение выполнения практической части работы 2009-2010 учебный год

Подготовка работы к участию в «Фестивале исследовательских и творческих работ учащихся Сентябрь-ноябрь 2010

«Портфолио»

В сущности, бензин состоит из молекул углерода и водорода. При полном сгорании углеводородов конечными продуктами являются углекислый газ (CO2) и пары воды. Однако полного их сгорания добиться пока технически невозможно. Кроме того, любое углеводородное топливо содержит множество добавок, которые отнюдь не улучшают свойства отработавших газов.

Всего в состав выбросов автомобилей входит более 200 различных химических веществ. Это продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегиды, кетоны, углеводороды, в том числе канцерогенные, водород, перекисные соединения, сажа. Продукты термических реакций азота с кислородом, за счет чего образуются оксиды азота. Соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива (соединения свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др. ), избыточный кислород. Высокое содержание свинца в отработавших газах объясняется тем, что для повышения октанового числа бензина используют различные антидетонационные добавки и чаще всего тетраэтилсвинец. При работе двигателя автомобиля тетраэтилсвинец распадается с образованием частиц твердого оксида свинца. В связи с его высокой токсичностью в последнее время намечается переход на использование неэтилированных бензинов. Но пока доля потребляемого автотранспортом этилированного бензина достигает 75%. Применение неэтилированного бензина уменьшает выбросы свинца, но не спасает от других загрязнителей.

В среднем за год в России количество загрязняющих веществ, попадающих в атмосферный воздух с отработавшими газами автомобилей, превышает 19 миллионов тонн (!). В том числе более 15 миллионов тонн оксида углерода, около 4 миллионов тонн углеводородов, 1 миллиона тонн оксидов азота и более 5,5 тысячи тонн свинца. В пересчете на одного жителя России это составляет более 100 килограммов загрязняющих веществ ежегодно. Черный дым представляет собой продукт неполного сгорания углерода и состоит из частиц углерода 0,1 - 0,3 мкм. Белый дым образуется в основном при работе двигателя на холостом ходу и состоит из частичек испарившегося топлива и капелек воды. В составе белого дыма присутствуют главным образом альдегиды, обладающие раздражающим действием. Голубой дым образуется при охлаждении на воздухе отработавших газов. Он состоит из капелек жидких углеводородов.

1. Определение загруженности улиц автотранспортом и оценка уровня загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автотранспорта.

Цель: определить загруженность улиц автотранспортом и оценить уровень загрязнения атмосферного воздуха угарным газом, диоксидом азота, углеводородами (на примере пентана).

• В течение 10 дней в течение трех месяцев ежегодно проводили наблюдения за числом автомашин в районах с большой интенсивностью движения, определив при этом участки дороги протяжённостью 100 м. Запись проводили согласно.

• После проведенных наблюдений вычислили суммарную оценку загруженности улиц автотранспортом согласно ГОСТ-17. 2. 2. 03-77.

Результаты представлены на диаграмме.

• Расчет количества угарного газа ведем по формуле М = m * п, где п – количество автомобилей определенного типа, проехавших за 1 час, m – выброс угарного газа одним автомобилем определенного типа.

• Предположим, что весь автотранспорт перевели на газ и любой тип автомобиля выбрасывает в среднем 25 г/км угарного газа.

Результаты 2006 года представлены на диаграмме:

Вывод. В нашем городе имеется среднее загрязнение улиц выхлопными газами автомобилей, так как их число не превышает 17 тыс. автомобилей в сутки.

Наиболее загрязнен воздух на перекрестке улиц Шоссейная и Заводская (проезд к объездной дороге). При переходе всего автотранспорта на более экологичный вид топлива – природный газ – значительно сократится загрязненность улиц угарным газом.

Б. Определение концентрации угарного газа, оксидов азота, углеводородов и сравнение ее с предельно-допустимой.

Перекресток.

Подсчитали число единиц автотранспорта, проходящего по участку (схема 2) за час (N) и рассчитали общий путь (S), пройденный всеми машинами за 1 час S=N×1000 м (данные 2006 года).

Тип транспорта Количество за 1 час Общий путь за 1 час

Революционная-ВорошиШоссейная- Советская Шоссейная- Революционная- Шоссейная- Шоссейная-

лова Заводская Ворошилова Советская Заводская

Легковой автомобиль 2,66 3,896 0,345 2660 3896 3450

Грузовой автомобиль 0,486 0,268 0,069 486 268 690

Автобус 0,128 0,001 0,018 128 100 180

Рассчитали количество топлива, сжигаемого двигателями автомашин (R). R=S ×K, где K- расход топлива на 1 км пути в литрах. Расход топлива на 1 км составляет: легковой автомобиль-0,11-0,13; грузовой автомобиль-0,29-0,33;автобус -0,41 л/км.

Тип автомобиля Революционная -Ворошилова Шоссейная - Советская Шоссейная - Заводская

Расстояние Бензин Расстояние Бензин Расстояние Бензин

Легковой автомобиль 2660 319,2 3896 467,52 3450 414

Грузовой автомобиль 486 150,66 268 83,08 690 213,9

Автобус 128 52,48 100 41 180 73,8

ИТОГО: 522,34 591,6 783,9

• Рассчитали количество выделившихся вредных веществ на выбранный участок дороги по бензину. Для этого воспользовались такими данными: известно, что при сгорании топлива, необходимого для пробега 1 км, выделяется 0,6 литров угарного газа, 0,1 литра углеводородов,0,04 литра диоксида азота.

Бензин Количество вредных веществ

СО (л) Углеводороды NO2 (л)

Революционная - Ворошилова 522,34 313,4 52,23 20,9

Шоссейная - Советская 591,6 354,96 59,16 23,7

Шоссейная - Заводская 783,9 470,34 79,4 31,36

Итого 1138,7 192,79 75,96

• Рассчитали массу веществ по формуле m= М * V/ Vm (Vm=22, 4 л/моль)

Вид вредного вещества Количество в литрах Масса в граммах Масса в мг Значение ПДК мг/м3

СО 1138,7 1423,4 0,14 3,0

Углеводороды по пентану 192,79 619,68 0,620 2,5

NO2 75,66 155,4 0,16 0,04

• Таким образом, концентрация угарного газа и углеводородов (по пентану) не превышает предельно допустимую, а концентрация диоксида азота превышает ПДК в 4 раза.

2) Выхлопные газы автомобилей – источники загрязнения окружающей среды.

Цель: доказать, что выхлопные газы автомобилей являются одним из источников загрязнения окружающей среды.

А. Кусок марли, намотанный на металлический стержень, подержали 3 минуты в воздухе вдали от автодороги, а второй – поднес к выхлопной трубе автомобиля. Контрольный образец остался относительно чистым, а опытный стал черного цвета.

Марля, внесенная в выхлопные газы автомобиля Марля, находящаяся вне выхлопных газов автомобиля

Б. Воду, полученную после таяния снега, взятого вдали и вблизи от автодороги, профильтровал. Если первый фильтр остался относительно чистым, то на втором появился темно-серый осадок.

Фильтр после фильтрования талой воды (вдали от автодороги) Фильтр после фильтрования талой воды (у автодороги)

Вывод: выхлопные газы автомобилей являются одним из загрязняющих факторов биосферы.

3) Определение кислотности осадков, выпадающих в зонах загрязнения.

Цель: определить значение рН осадков в районах загрязнения выхлопными газами автомашин.

Собираю осадки в кристаллизаторы. 600 мл осадков упариваем в выпарительных чашках на водяной бане. К образовавшемуся осадку прибавляем по каплям дистиллированную воду до объема 6 мл. Для определения реакции среды использую датчик рН лаборатории L-химии. Результаты представлены на диаграмме:

Вывод: таким образом, исследуемые осадки имеют кислую реакцию, что доказывает образование кислот при растворении в воде оксидов углерода, серы и азота.

4) Влияние растворимых веществ, содержащихся в выхлопных газах, на живые организмы.

А. Цель: выяснить, оказывают ли токсическое действие осадки на проростки семян гороха.

В два химических стакана на фильтровальную бумагу помещаем одинаковые семена гороха (по 10 штук). В первый стакан наливаем 5 мл дистиллированной воды, во второй - 5 мл осадков (в дальнейшем воду и осадки добавляю). После того как семена вырастут на 5-7 см, подсчитываем их. Число проросших семян в контрольном стакане (10 штук) принимаю за 100%. В стакане с осадками проросли по 4-5 семян, т. е. примерно 50- 60 %.

Скорость проростков семян гороха

Дни Водопроводная очищенная вода Осадки из зеленой зоны Осадки, взятые вблизи автодороги

Количество Количество Количество проросших семян проросших семян проросших семян

1 - - -

2 - - -

4 - - -

5 5 4 2

6 7 6 3

7 8 7 3

8 9 8 4

9 10 10 4

10 10 10 5

Б) Цель: выяснить, оказывают ли токсическое действие осадки на простейших.

Вырастили культуру микроорганизмов, в качестве контроля - дистиллированная вода. Рассмотрели под микроскопом и обнаружили, что число микроорганизмов в опытном образце почти на 50% меньше, чем в контрольном.

Вывод: осадки, взятые в районах с интенсивным движением автомобилей, имеют слабую токсичность, но большую токсичность они оказывают на простейших.

В. Цель: выяснить влияние веществ, содержащиеся в выхлопных газах, на активность амилазы.

В три пробирки поместили слюну. Первая пробирка – контрольная, во вторую добавили 1 мл воды, содержащей растворимые в воде вещества выхлопных газов; третью поместили в колбу, содержащую выхлопные газы (t 370С). Во все пробирки добавили через 10 минут раствор йода.

Слюна + вода + крахмал + раствор йода Слюна + крахмал + раст. в-ва выхл. газов

+ р. - йода

Вывод: вещества, содержащиеся в выхлопных газах, снижают активность амилазы – фермента, расщепляющего крахмал до глюкозы, что может привести к заболеваниям желудочно-кишечного тракта.

Г. Определение состояния окружающей среды у и вдали от автомагистрали по комплексу признаков у ели.

Цель. Определить состояние окружающей среды по комплексу признаков у ели.

За неделю до проведения опыта я срезал ветви условно однообразных хвойных деревьев - ели обыкновенной - на высоте 2м с той части кроны, которая обращена к автодороге. Контролем послужили ветви ели обыкновенной, собранные в зеленой зоне города.

А. Осмотрев хвою при помощи лупы, выявили некрозы кончиков хвоинок и всей поверхности, их процент и характер; измерили длину хвои на побеге прошлого года, а также ее ширину (в середине хвоинки) при помощи измерительной лупы (используя миллиметровку, установили цену деления лупы). Определили продолжительность жизни хвои путем просмотра побегов с хвоей по мутовкам. Подсчитали число хвоинок на 10 см побега. Измерили длину прироста каждого года, начиная от последного, двигаясь последовательно по междоузлиям от года к году. Установили толщину осевого побега. В местах мутовок подсчитали ветвление, вывели среднее. На побегах установили наличие некрозов. Результаты приведены на диаграмме.

Б. Подсчитал число сформировавшихся почек, вычислили среднее. Измерили длину и толщину почек измерительной лупой. Результаты:

Вывод: хвойные являются основными индикаторами загрязнения окружающей среды, и чем ближе они расположены к автодороге, тем сильнее у них появляются признаки поражения их листьев, почек выхлопными газами автомобилей. Чаще всего повреждаются самые чувствительные молодые иглы.

Д) Токсичность оседающей пыли на растения в опытах с простейшими.

Цель: оценить токсичность оседающей пыли на растения в опытах с простейшими

Для опыта взяли воду из реки Ук, приготовили кашицу из листьев ели обыкновенной. Каплю культуры простейших и кашицу поместили на предметное стекло так, чтобы они не соприкасались. Простейшие прекратили свое движение через 53 секунды (кашица из ели, зеленой части города) и через 5 минут (кашица из листьев ели, растущей вблизи автодороги).

Вывод: фитонцидные свойства ели, растущей вблизи автодороги, намного слабее, чем у ели, растущей в зеленой части города. Это свидетельствует о нарушении процессов жизнедеятельности растительного организма под влиянием пыли, оседающей на хвою от автомобилей.

5) Определение устойчивости растений к сернистому газу.

Цель: выяснить сравнительную устойчивость древесных пород к сернистому газу и определить наиболее чувствительные биоиндикаторы.

В ложечку для сжигания веществ помещаем 0,05 г серы. Пучки листьев (5-7 г) тополя, клена, сосны и ели (эти растения наиболее часто посажены вдоль автомобильных дорог) опускаем в колбу. Серу поджигаем и ложечку вносим в колбу, изолированную от окружающей среды. Наблюдения проводим в течение дня через 2 часа:

Через тополь клен ель сосна

6 часов

8 часов

Вывод: наиболее устойчивым к сернистому газу оказался тополь, но из-за тополиного пуха в настоящее время в городе тополя срубают. Наименее устойчивы ель обыкновенная и сосна сибирская, поэтому эти растения можно считать биоиндикаторами.

6) Действие паров бензина на животные клетки.

Цель: выяснить, влияют ли пары бензина на жизнедеятельность животных клеток.

А. Приготовили микропрепарат крови животного, рассмотрели его под микроскопом, затем добавили каплю бензина. Наблюдали через 10 секунд разрушение эритроцитов.

Б. Приготовили микропрепарат клеток эпителия ротовой полости, рассмотрели под микроскопом. При замене дистиллированной воды на бензин наблюдаем разрушение клеток.

В. Рассмотрели под микроскопом простейших (вода с участка реки рядом с автодорогой). Простейшие начинают прекращать свое движение через 14 секунд.

Аналогичные результаты мы получили при выдерживании микропрепаратов в парах бензина.

Вывод: вещества, содержащиеся как в бензине, так и в его парах вызывают нарушение процессов жизнедеятельности организмов.

Таким образом, образующиеся при сгорании автомобильного топлива продукты вызывают снижение жизнедеятельности растительных и животных организмов, и, естественно, оказывают неблагоприятное влияние на организм человека.

Практические рекомендации.

1. Владельцам автомобилей:

• переходить на более чистый вид топлива – природный газ,

• уменьшить количество и токсичность отработавших газов путем качественной регулировки двигателя,

• использовать нейтрализаторы отработавших газов для бензиновых и дизельных двигателей,

• выбирать рациональный режим работы двигателя, глушить его при продолжительных остановках, воздерживаться от движения в не отведенных для этого местах.

2. Населению города не собирать лекарственные растения, грибы, ягоды, не пасти скот, не разбивать приусадебные участки вблизи автодорог.

3. Коммунальным службам производить посадку растений устойчивых к действию продуктов сгорания автомобильного топлива, своевременно заменять старые деревьев и кустарники.

4. В школах возродить кружки, клубы Юных любителей природы.

5. Во время месячника по охране природы в школе провести беседы, лекции, спектакли и т. п. на тему "Автомобиль — враг или друг?".

6. Продолжить проведение субботники по посадке деревьев и кустарников вокруг школы.