Экологические проблемы различных видов транспорта на окружающую среду. Негативное влияние транспорта на окружающую среду

Различают гужевой, автомобильный, сельско­хозяйственный (трактора и комбайны), железнодорожный, вод­ный, воздушный и трубопроводный транспорт. Протяженность магистральных автомобильных дорог мира с твердым покрытием превышает 12 млн. км, воздушных ли­ний - 5,6 млн. км, железных дорог - 1,5 млн. км, магистральных трубопроводов - около 1,1 млн. км, внутренних водных путей - более 600 тыс. км. Морские линии составляют многие миллионы километров.

Все транспортные средства с автономными первичными дви­гателями в той или иной степени загрязняют атмосферу химиче­скими соединениями, содержащимися в отработанных газах. В среднем вклад отдельных видов транспортных средств в загрязне­ние атмосферы следующий:

автомобильный – 85 %;

морской и речной - 5,3 %;

воздушный - 3,7 %;

железнодорожный - 3,5 %;

сельскохозяйственный - 2,5 %.

Во многих больших городах, таких, как Берлин, Мехико, То­кио, Москва, Петербург, Киев, загрязнение воздуха автомобиль­ными выхлопами составляет по разным оценкам от 80 до 95 % всех загрязнений.

Что касается загрязнения атмосферы другими видами транс­порта, то здесь проблема имеет меньшую остроту, поскольку транспортные средства этих видов не концентрируются непо­средственно в городах. Так, в крупнейших железнодорожных уз­лах все движение переведено на электротягу и лишь на маневро­вой работе используют тепловозы. Речные и морские порты, как правило, размещены за пределами жилых кварталов городов, а движение судов в районах портов практически незначительно. Аэропорты, как правило, относят от городов на 20-40 км. Кроме того, большие открытые пространства над аэродромами, как и над речными и морскими портами, не создают опасности высо­ких концентраций токсичных примесей, выделяемых двигателя­ми. Наряду с загрязнениями окружающей среды вредными вы­бросами следует отметить физическое воздействие на атмосферу в виде образования антропогенных физических полей (повышен­ный шум, инфразвук, электромагнитные излучения). Из этих факторов наиболее массовое воздействие оказывает повышенный шум. Транспорт - основной источник акустического загрязнения окружающей среды. В крупных городах уровень шума достигает 70-75 дБА, что в несколько раз превышает допустимые нормы.

10.2. Автомобильный транспорт

Общий мировой парк автомобилей насчитывает более 800 млн. еди­ниц, из которых 83-85 % составляют легковые автомобили, а 15-17 % - грузовые и автобусы. Если тенденции роста выпуска автотранспортных средств останутся неизменными, то к 2015 г. число автомобилей может возрасти до 1,5 млрд. шт. Автомобильный транспорт, с одной стороны, потребляет из атмосферы кислород, а с другой - выбрасывает в нее отработав­шие газы, картерные газы и углеводороды из-за испарения их из топливных баков и не герметичности систем подачи топлива. Автомобиль отрицательно воздействует практически на все составляющие биосферы: атмосферу, водные ресурсы, земельные ресурсы, литосферу и человека. Оценка экологической опасности через ресурсоэнергетические переменные всего цикла жизни автомобиля с момента добычи минеральных ресурсов, нужных для его производства, до рециклирования отходов после окончания его службы показала, что экологическая «стоимость» 1-тонного автомобиля, в котором примерно 2/3 массы составляет металл, равна от 15 до 18 т твердых и от 7 до 8 т жидких отходов, размещаемых в окружающей среде.

Выхлопы от автотранспорта распространяются непосредст­венно на улицах города вдоль дорог, оказывая непосредственное вредное воздействие на пешеходов, жителей расположенных ря­дом домов и растительность. Выявлено, что зоны с превышением ПДК по диоксиду азота и оксиду углерода охватывают до 90 % го­родской территории.

Автомобиль - самый активный потребитель кислорода возду­ха. Если человек потребляет воздуха до 20 кг (15,5 м 3) в сутки и до 7,5 т. в год, то современный автомобиль для сгорания 1 кг бензина расходует около 12 м 3 воздуха или в кислородном эквиваленте около 250 л кислорода. Так, весь автомобильный транспорт США потребляет в 2 раза больше кислорода, чем его регенерирует при­рода на всей их территории.

Таким образом, в крупных мегаполисах автомобильный транс­порт поглощает кислорода в десятки раз больше, чем все их население . Исследования, проведенные на автомагистралях Москвы, по­казали, что при тихой безветренной погоде и низком атмосферном давлении на оживленных автомобильных трассах сжигание кисло­рода в воздухе нередко повышается до 15 % его общего объема.

Известно, что при концентрации кислорода в воздухе ниже 17 % у людей появляются симптомы недомогания, при 12 % и меньше возникает опасность для жизни, при концентрация ниже 11 % - на­ступает потеря сознания, а при 6 % - прекращается дыхание. С другой стороны, на этих магистралях не просто мало кисло­рода, но воздух еще насыщен вредными веществами автомобиль­ного выхлопа. Особенностью автомобильных выбросов является также то, что они загрязняют воздух на высоте человеческого роста, и люди дышат этими выбросами.

В состав выбросов от автомобилей входит около 200 химиче­ских соединений, которые в зависимости от особенностей воз­действия на организм человека подразделяют на 7 групп.

В 1-ю группу входят химические соединения, содержащиеся в естественном составе атмосферного воздуха: вода (в виде пара), водород, азот, кислород и диоксид углерода. Автотранспорт выбрасывает в атмосферу такое огромное количество пара, что в Ев­ропе и Европейской части России оно превышает по массе испа­рения всех водоемов и рек. Из-за этого растет облачность, а число солнечных дней заметно снижается. Серые, без солнца, дни, не­прогретая почва, постоянно повышенная влажность воздуха - все это способствует росту вирусных заболеваний, снижению урожай­ности сельскохозяйственных культур.

Во 2-ю группу включен оксид углерода (ПДК 20 мг/м3; 4 кл.). Это бесцветный газ без вкуса и запаха, очень слабо растворимый в воде. Вдыхаемый человеком, он соединяется с гемоглобином кро­ви и подавляет его способность снабжать ткани организма кисло­родом. В результате наступает кислородное голодание организма и возникают нарушения в деятельности центральной нервной системы. Последствия воздействия зависят от концентрации ок­сида углерода в воздухе; так, при концентрации 0,05 % через 1 ч появляются признаки слабого отравления, а при 1 % наступает по­теря сознания после нескольких вдохов.

В 3-ю группу входят оксид азота (ПДК 5 мг/м 3 , 3 кл.) - бес­цветный газ и диоксид азота (ПДК 2 мг/м 3 , 3 кл.) - газ краснова­то-бурого цвета с характерным запахом. Указанные газы являют­ся примесями, способствующими образованию смога. Попадая в организм человека, они, взаимодействуя с влагой, образуют азо­тистую и азотную кислоты (ПДК 2 мг/м 3 , 3 кл.). Последствия воз­действия зависят от их концентрации в воздухе, так, при концен­трации 0,0013 % происходит слабое раздражение слизистых обо­лочек глаз и носа, при 0,002 % - образование метагемоглобина, при 0,008 % - отек легких.

В 4-ю группу входят углеводороды. К наиболее опасным из них относится 3,4-бенз(а)пирен (ПДК 0,00015 мг/м 3 , 1 кл.) - мощный канцероген. При нормальных условиях это соединение представ­ляет собой иглообразные кристаллы желтого цвета, плохо раство­римые в воде и хорошо - в органических растворителях. В сыво­ротке человека растворимость бенз(а)пирена достигает 50 мгк/мл.

В 5-ю группу входят альдегиды. Наиболее опасны для человека акролеин и формальдегид. Акролеин - альдегид акриловой кислоты (ПДК 0,2 мг/м 3 , 2 кл.), бесцветная, с запахом пригорелого жира и весьма летучая жидкость, хорошо растворяющаяся в воде. Концен­трация 0,00016 % является порогом восприятия запаха, при 0,002 % запах трудно переносим, при 0,005 % непереносим, а при 0,014 через 10 мин наступает смерть. Формальдегид (ПДК 0,5 мг/м 3 , 2 кл.) - бесцветный с резким запахом газ, легко растворяющийся в воде.

При концентрации 0,007 % вызывает легкое раздражение слизи­стых оболочек глаз и носа, а также верхних органов дыхания, при концентрации 0,018 % осложняется процесс дыхания.

В 6-ю группу входит сажа (ПДК 4 мг/м 3 , 3 кл.), которая оказывает раздражающее воздействие на органы дыхания. Исследования, про­веденные в США, выявили, что 50...60 тыс. человек умирают еже­годно от загрязнения воздуха сажей. Было выяснено, что частички сажи активно адсорбирует на своей поверхности бенз(а)пирен, вследствие этого резко ухудшается здоровье детей, страдающих респираторными заболеваниями, лиц, больных астмой, бронхитом, воспалением легких, а также людей престарелого возраста.

В 7-ю группу входят свинец и его соединения. В бензин в каче­стве антидетонационной присадки вводят тетраэтилсвинец (ПДК 0,005 мг/м 3 , 1 кл.). Поэтому около 80 % свинца и его соединений, загрязняющих воздух, попадают в него при использовании этили­рованного бензина. Свинец и его соединения снижают актив­ность ферментов и нарушают обмен веществ в организме челове­ка, а также обладают кумулятивным действием, т.е. способностью накапливаться в организме. Соединения свинца особенно вредны для интеллектуальных способностей детей. В организме ребенка остается до 40 % попавших в него соединений. В США примене­ние этилированного бензина запрещено повсеместно, а в России - в Москве, Петербурге и ряде других крупных городов.

В своей практической деятельности человек использует различные виды транспорта, имеющие передвижные и стационарные силовые установки. Передвижные силовые установки позволяют передвигаться транспортному средству по поверхности (сухопутной или водной, или в атмосфере), это автомобили, корабли, самолеты и т.д. Стационарные силовые установки снабжают электрической или другими энергиями видами устройства, совершающие необходимую работу, в том числе и передвижение транспортных средств, примером могут служить электрические железнодорожные поезда, трамваи и троллейбусы.

Различают следующие виды транспорта: автомобильный, железнодорожный (наземный и подземный - метро), воздушный, водный (речной и морской), а также рельсовый и безрельсовый наземный электротранспорт (трамваи, троллейбусы). Электротранспорт оказывает загрязняющее действие на среду за счет шума и электромагнитных излучений, а также за счет попадания в среду веществ, применяемых при обслуживании этого транспорта, однако, за счет того, что электроэнергия вырабатывается за пределами населенных пунктов, электрический транспорт значительно улучшает экологическую атмосферу в городах.

На различных видах транспорта используют следующие виды топлива: автомобильный и авиационный бензин, дизельное топливо, керосиновые фракции, природный газ и смесь разных видов топлива. По конструкции двигателей различают карбюраторные, инжекторные, двигатели с прямым впрыском топливной смеси, дизельные и реактивные силовые установки, которые имеют разные конструкции и оказывают на природную среду различное воздействие.

Негативное влияние транспорта на окружающую среду состоит в том, что для его функционирования необходимо топливо, которое само по себе токсично; при работе разных поглощается кислород и выделяются выхлопные газы, многие из которых отрицательно влияют на Природу. Нерациональное использование веществ, применяемых при уходе за двигателями, также загрязняет внешнюю среду. Работа транспорта сопровождается шумом, вибрациями, излучением электромагнитных колебаний, тепловым загрязнением среды обитания. При машин по грунтовым дорогам нарушается поверхностный слой почвы, возникает запыление и т. д.

Краткая экологическая характеристика видов топлива

В промышленности и на транспорте используют автомобильные бензины марок А-72, А-76, АИ-92, АИ-93, АИ-95 и АИ-98. Цифры в обозначении бензина указывают на октановое число (стойкость топлива к самовоспламенению при повышенных давлении и ). Чем выше октановое число тем более качественным является бензин. Самые современные двигатели внутреннего сгорания автомобилей работают на бензине АИ-98.

Большинство видов бензина этилируется (вводится добавка тетраэтилсвинца) для повышения октанового числа. Авиационные бензины выпускаются ограниченно.

Широко применяются разные виды дизельного топлива. Для быстроходных дизельных двигателей используют марки ЗЛ, ДЗ, ДЛ, а для тихоходных - ДТ и ДМ. В этих топливах содержание серы должно быть не более 0,2-0,5% (для быстроходных) и 0,5-3% (для тихоходных дизелей).

Реактивные двигатели могут развивать дозвуковую и сверхзвуковую скорость. Для первых используют топливо марок Т-1, ТС-1 и РТ, а для вторых - Т-6 и Т-8. В своей основе указанные марки топлива являются керосиновыми фракциями нефтеперегонки с температурами кипения 150-315 °С, в которые добавляют противоизносные, антиокислительные, защитные, антистатические и другие присадки.

Для работы газотурбинных двигателей можно применять и газообразное, и жидкое, и твердое, и пылевидное топливо. Топливо для этих двигателей должно содержать не более 3 % серы и 0,05% золы.

Для судовых и стационарных силовых установок используют мазут марок - Ф5, Ф12 (мазуты флотские), 40, 100 и 200 (мазуты топочные) и топливо МП. Топочные мазуты, в отличие от флотских, имеют большую зольность, вязкость и большее содержание серы, воды и смолистых веществ.

Для эксплуатации двигателей применяют смазочные масла и специальные органические жидкости, которые огнеопасны и токсичны. Так, содержание бензинов в воздухе в количестве 5-10 мг/л вызывает острое отравление, концентрация в 35-40 мг/л приводит к хроническим нарушениям, а концентрации более 50 мг/л могут привести к летальному исходу. Токсичность компонентов дизельного топлива выше, чем у компонентов бензина, но это топливо менее летуче, и опасные концентрации могут возникать только при повышенных температурах.

Очень вредным для здоровья является этиловая жидкость из-за наличия в ней свинца. Эта жидкость летуча, и уже при 0 °С возникают опасные для здоровья человека концентрации этого вещества в , поэтому работа с тетраэтилсвинцом требует предельной осторожности.

В составе смазочных масел и гидравлических жидкостей содержатся вредные компоненты (это соединения серы, хлора, цинка, свинца). Весьма опасен и этиленгликоль, используемый в качестве антифриза (смеси этиленгликоля и воды замерзают при низких температурах); он поражает нервную систему, почки; смертельная доза - 50 грамм, его ни в коем случае нельзя принимать внутрь.

Краткая экологическая характеристика продуктов сгорания топлива

Транспорт - основной загрязнитель . Установлено, что ежегодно один легковой автомобиль, поглощая 4 тонн молекулярного кислорода, выделяет в атмосферу 0,8 т СО, до 40 кг различных оксидов азота, до 200 кг углеводородов, кроме того, сажу, тетраэтилсвинец и другие вещества (альдегиды, органические кислоты, полициклические углеводороды и их производные).

Двигатели, работающие на дизельном топливе, выделяют в окружающую среду меньшее количество угарного газа, но большее количество диоксидов углерода и серы. Наименьшее количество вредных примесей содержится в выхлопных газах двигателей, работающих на сжиженном газе (СО в пять раз меньше, чем у карбюраторных двигателей, оксидов азота - в два раза, а оксиды серы отсутствуют).

Состав выхлопных газов в значительной степени зависит от режима работы двигателя. Так, содержание СО составляет: на холостом ходу 0,5-6,5, при постоянной скорости движения - 0,3 - 3,5, при разгоне (от 0 до 40 км/ч) - 2,5-5,0, при торможении (от 40 км/ч до 0) - 1,8-4,5 % по объему. Для оксидов азота: 0,005 - 0,01; 0,1-0,2; 0,12-0,19; 0,003-0,005 (соответственно с СО).

В выхлопных газах содержатся канцерогенные (вещества, способствующие развитию раковых заболеваний) соединения, например бензапирен.

Анализируя приведенные выше сведения, необходимо отметить, что состав выхлопных газов зависит как от типа двигателя, так и от режима работы транспорта, что важно учитывать при реализации природоохранных мероприятий.

Особенности загрязняющего воздействия транспорта на биосферу

Как было показано выше, при эксплуатации транспортных средств выделяются газообразные (оксиды серы, азота, угарный газ, различные углеводороды, продукты неполного сгорания и разложения топлива переменного состава), парообразные (тетраэтилсвинец и другие вещества), жидкие (сточные воды переменного состава) и твердые (золы) загрязняющие вещества.

Транспортные средства, работающие на карбюраторных двигателях, сильно загрязняют среду угарным газом, тетраэтилсвинцом (его в атмосферу поступает более 8 тыс. т ежегодно), оксидами азота и углеводородами.

Транспортные средства, работающие на дизельных двигателях, в меньшей степени загрязняют среду СО, но в большей - оксидами серы и азота.

За счет работы транспортных средств возникает фотохимический смог, связанный с поступлением в атмосферу оксидов азота, углеводородов, кислорода и паров воды. Под воздействием солнечной радиации образуются оксиданты, отравляющее воздействие которых очень велико и превышает таковое для других веществ, поступающих в атмосферу.

Продукты превращений различных загрязнителей, находящихся в атмосфере, попадают в почву и природные воды.

Уход за транспортными средствами требует большого расхода воды и сопровождается образованием сточных вод. Сточные станций техобслуживания содержат суспензии твердых веществ, эмульсии масел, а также растворы солей и моющих средств. Попадание таких вод в природные водоемы или в почву приводит к загрязнению последних.

И атмосфера, и , и почвы загрязняются в результате нарушения правил перевозки грузов и различных аварий на транспорте. Большое количество нефти и нефтепродуктов, угля, различных солей попадают и в , и в моря, и в литосферу. Однако обнаружено, что как загрязняющее вещество попадает в среду обитания () преимущественно через сливные воды, образующиеся при отстое транспортируемой нефти.

Атмосфера является мощным загрязняющим фактором природных вод и литосферы, так как более 50% всех загрязнений, поступивших в нее, попадает в Мировой океан и на сушу. Поэтому автомобильный, наземный железнодорожный и другие виды наземного транспорта являются источником загрязнения и гидросферы, и литосферы.

Помимо того, что транспортные средства выделяют большое количество продуктов сгорания топлива, все виды транспорта являются источником теплового и шумового загрязнения, а также электромагнитного излучения.

Краткий обзор природоохранных мероприятий, проводимых при эксплуатации и обслуживании транспортных средств

Транспортные средства - необходимый атрибут жизни современного человека.

Полностью исключить отрицательное воздействие транспорта на Природу невозможно, но снизить негативное воздействие можно и необходимо.

Основные направления природоохранной деятельности на транспорте таковы:

1. Строгое соблюдение правил транспортировки людей и грузов, что сделает работу транспорта более оптимальной, экономически выгодной, снизит расходы энергии, топлива и других ресурсов.

2. Проведение реконструкции двигателей, которая позволит уменьшить расход топлива на единицу пробега, снизить уровень шума и вибрации (за счет принципиально новых технологических решений), значительно уменьшить содержание вредных примесей в выхлопных или отходящих газах.

3. Разработка новых типов двигателей (типа электромобилей), которые в минимальной степени загрязняют природную среду, и внедрить их в практику.

4. Разработка новых видов топлива, которые были бы более экологичными, т. е. при их сжигании образовывалось бы меньшее количество веществ, обладающих отрицательным воздействием на здоровье человека и природные экологические процессы.

5. Учитывая, что количество вредных загрязнителей зависит от режима работы двигателя, оптимизировать режим движения на автомобильных дорогах, по возможности исключая возникновение «дорожных пробок» и других затруднений при движении транспортных средств.

6. Применение новых технологий сжигания топлива без использования тетраэтилсвинца, способствующих более полному сжиганию топлива.

7. Разработка приборов, улавливающих или обезвреживающих вредные загрязняющие примеси, содержащиеся в выхлопных газах, и оборудование ими транспортных средств.

8. Разработка оптимального режима работы двигателей разных типов и использование ЭВМ для тонкого управления режимом сжигания топлива.

9. Сбор, обезвреживание сточных вод, образующихся при эксплуатации и уходе за транспортными средствами, утилизация полезных компонентов, извлеченных из них.

10. Сбор отстойных вод, обезвреживание и удаление из них полезных компонентов с целью утилизации; воздействие на эти воды различными средствами очистки.

11. Проведение систематически организованного экологического просвещения работников, занятых в сфере эксплуатации и обслуживания транспортных средств, с целью их активного вовлечения в работу, обеспечивающую минимальное загрязнение среды обитания.

Специалисты, занятые в сфере транспорта, должны знать технические особенности реализации рассмотренных выше направлений природоохранной деятельности, это необходимо и руководителям транспортных предприятий, и инженерно-техническим работникам. Данные вопросы рассматриваются в специальных курсах.

Как известно, среди контейнеров выделяют специализированные контейнеры. Среди них наибольшую опасность для окружающей среды несет использование контейнеров - цистерн (в меньшей степени - рефрижераторных контейнеров). В таких контейнерах перевозят вещества, требующие особых условий перевозки. Некоторые из них являются потенциальными загрязнителями моря, то есть при попадании таких веществ в воду они оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Рассмотрим, какое именно воздействие могут оказать такие вещества на гидросферу. Экологическая опасность морского транспорта складывается из двух составляющих - эксплуатационной и аварийной.

Эксплуатационная опасность при использовании специализированных контейнеров минимальна, благодаря жестким требованиям и правилам эксплуатации (“Международная конвенция по безопасным контейнерам”, “Правила перевозки грузов в контейнерах морским транспортом” и т.д.). Но аварийная опасность гораздо серьезнее. При аварийных разливах происходят залповые сбросы большого количества загрязнителей, но они ограничены районом аварии и прилегающими территориями. В таких ситуациях возможна массовая гибель обитателей моря.

По мнению зарубежных специалистов, причиной 80% аварий является «человеческий фактор». Остаются еще 20%, которые непосредственно ложатся на «совесть» техники. Конструкции специализированных контейнеров разработаны таким образом, чтобы свести к минимуму вероятность возникновения аварийной ситуации. Но полностью исключить такую вероятность невозможно.

Аварийные ситуации со специализированными контейнерами в большинстве случаев возникают при потере контейнера во время транспортировки морем, а также при производстве погрузочно-разгрузочных работ. Например, в 2001 году при осуществлении перехода контейнеровоз попал в шторм, и несколько контейнеров-цистерн с нефтью было смыто за борт. В результате один из них течением донесло до скал, контейнер раскололся, и содержимое вылилось в море. При осуществлении погрузочно-разгрузочных работ имели место случаи, когда контейнер срывался, разбивался о борт судна, и его содержимое выливалось в акваторию порта.

Основными загрязняющими веществами являются:

• - нефть и нефтепродукты;
• - органические соединения;
• - неорганические соединения;
• - пестициды;
• - синтетические поверхностно - активные вещества;
• - тяжелые металлы.

Рассмотрим предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ, поступающих в море (таблица 19).

Таблица 19 - Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ, поступающих в море

Возможные аварийные ситуации при перевозке нефти в специализированных контейнерах. Нефть и нефтепродукты являются приоритетными загрязнителями окружающей среды. Нефтью является любая стойкая углеводородная минеральная нефть, в том числе сырая нефть, мазут, тяжелое дизельное топливо и смазочные масла, независимо от того, перевозится она на борту судна в качестве груза или размещена в топливных танках такого судна. Аварийные разливы нефти происходят довольно часто, и в среднем за год в морскую среду мирового океана поступает несколько десятков тысяч тонн.

При нефтяном загрязнении происходит последовательная цепь передачи токсичных составляющих нефти через экосистему живому организму, что обусловливает нарушение экологического равновесия. Судьба разлитой в море нефти определяется суммой следующих процессов: испарение, эмульгирование, растворение, окисление, образование нефтяных агрегатов, седиментация и биодеградация. При попадании в водоемы нефть и нефтепродукты образуют плавающую на поверхности воды пленку, частично растворяются, создают устойчивую эмульсию, оседают на дно водоема.

По цвету пленки можно приблизительно оценить ее толщину. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10%, а пленка толщиной 30-40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение, что и представляет собой одну из составных частей непоправимого вреда для развития морской фауны и флоры. При концентрации нефтепродуктов в водоеме 0,05-0,1 мг/л погибает икра и молодь рыб, при концентрации 0,1-1,0 мг/л погибает планктон, а концентрация более 10 мг/л смертельна для взрослых особей рыб. Пленка нефти препятствует так называемой аэрации, т.е. процессу поглощения водой кислорода из атмосферы. Окисление может замедлиться в воде, обедненной кислородом, в результате более раннего загрязнения. В таких условиях бактериальное разложение может иметь отрицательные последствия, так как уменьшает количество растворенного кислорода. Содержание кислорода в поверхностных слоях воды постоянно пополняется за счет контакта с атмосферой. Однако на глубине более 10 м это пополнение происходит очень медленно. Одна тонна нефти, растекаясь по поверхности океана, занимает площадь 12 квадратных километров. Так как контейнер - цистерна вмещает примерно 25 тонн нефти, то максимальная площадь пятна может достигнуть приблизительно 300 квадратных километров.

Нефтяные пленки на поверхности морей и океанов могут нарушать обмен энергией, теплом, влагой и газами между океаном и атмосферой. В конечном итоге наличие нефтяной пленки на поверхности океана может повлиять не только на физико-химические и гидробиологические условия в океане, но и на баланс кислорода в атмосфере.

Летальное отравление возможно в результате прямого воздействия углеводородов на некоторые важные процессы в клетках и, особенно на процессы обмена между клетками.

Растворимые в воде ароматические углеводороды представляют наибольшую опасность для морской среды. Воздействие парафиновых углеводородов низкой молекулярной массы (С 10 и менее) может вызвать наркотическое действие, но необходимая для этого концентрация крайне высока и отсутствует в нефтяных пятнах. Имеющиеся данные указывают, что смерть взрослых морских организмов может наступить после контакта в течение нескольких часов с растворимыми ароматическими углеводородами, содержание которых составляет 10 -4 - 10 -2 %. Смертельные концентрации таких компонентов для икринок и мальков ниже и равны 10 -5 %. Таким образом, икринки и мальки в 10 - 100 раз чувствительнее к действию углеводородов, чем взрослые организмы.

Смертельные концентрации ароматических углеводородов возможны в нефтяных пятнах, не подвергшихся атмосферному воздействию, однако уже говорилось, что после длительного пребывания в воде нефть теряет многие летучие и растворимые компоненты. В таблице 20 показана чувствительность водных организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающих отравления.

Таблица 20 - Чувствительность водных организмов в виде концентрации ароматических соединений, вызывающих отравления

Загрязнение нефтепродуктами влияет и на среду обитания и может привести к невозможности выживания в субстрате. Субстрат является средой, от которой растение или организм получает поддержку. Имеющиеся данные показывают, что присутствие углеводородов различной молекулярной массы в количестве менее (10 -6 - 10 -5)% может химически изолировать субстрат от всех видов. Влияние высококипящих нерастворимых углеводородов зависит от связи между организмом и субстратом. Виды, нуждающиеся в субстрате только как в пассивной поддержке - они просто опираются на субстрат - испытывают малое влияние; виды, живущие в субстрате, другими словами активно зависящие от него, более уязвимы.

Загрязнение окружающей среды водным транспортом происходит по двум каналам: во-первых, морские и речные суда загрязняют биосферу отходами эксплуатационной деятельности, и во-вторых, выбросами в случаях аварий судов с токсичными грузами, в основном нефтью и нефтепродуктами.

В условиях обычной эксплуатации основными источниками загрязнения являются судовые двигатели, прежде всего главная энергетическая установка, а также вода, использованная для мытья грузовых танков и балластная вода, сливается за борт из грузовых танков.

Энергетические установки судов загрязняют отработавшими газами прежде атмосферу, откуда токсичные вещества частично или почти полностью попадают в воды морей, рек, океанов. Сейчас подавляющее количество судов отечественного (и мирового) флота оборудована дизельными двигателями. Небольшую долю составляют суда с паротурбинной установки, количество которых за последние годы сокращается (в связи с меньшей экономичностью по сравнению с дизелями). Пока газотурбинных установок насчитывают единицы.

Речные и морские суда двигаются на большие расстояния с установленной скоростью, при которой двигатели долгое время работают в оптимальном режиме, и поэтому отработанные газы содержат минимум токсичных веществ.

Нефть и нефтепродукты являются основными загрязнителями водного бассейна при работе водного транспорта. Негативное влияние водного транспорта на гидросферу связан с тем, что на танкерах, перевозящих нефть и ее производные, перед каждым следующим загрузкой, как правило, делают промывку емкостей (танков) для удаления остатков ранее перевозимого груза. Промывочная вода, а с ней и остатки груза обычно сбрасывались за борт. Кроме того, после доставки нефтегрузов в порты назначения танкеры, как правило, направляются в пункт новой загрузки без груза. В этом случае для обеспечения надлежащей осадки и безопасности плавания нефтяные танки судна заполняются балластной водой. Эта вода загрязняется нефтяными остатками. Поэтому усилия ученых и конструкторов направлены на создание эффективных средств очистки промывных и балластных вод. Актуальность работ подтверждается бурным развитием танкерного флота, что обусловлено ростом потребления и перевозок нефти. Из общего грузооборота мирового морского флота около 49% (1984) приходится на нефть и нефтепродукты (в 1977 - 65,5%).

По мере роста перевозок нефтегрузов и наливного тоннажа все большее количество нефти стала попадать в океан в результате аварий. Начало XXI в. был отмечен несколькими крупными экологическими катастрофами, которые произошли, несмотря на меры, предпринимаемые для безопасного мореплавания, особенно танкеров.

Нефть начала попадать в моря с буровых установок. Во всем мире около 20% нефти добывается со дна морей и океанов с 28000 скважин. По оценкам специалистов, в моря и океаны выливается в 10 млн т нефтегрузов в год. Однако установлено, что каждая тонна разлитой нефти может покрыть пленкой водную поверхность площадью 12 км. Исследования ряда научных учреждений показали, что до 1980-х годов на основных морских путях перевозки нефти загрязнение оказалось наибольшим. Среди этих путей можно выделить маршруты: Персидский залив - южная оконечность Африки - Европа и далее по Северной Атлантике в США; Персидский залив - Индийский океан - Япония. Особенно неблагоприятно в Персидском заливе, откуда начинает свой путь 60% нефти, перевозимой морем. Около 100 огромных танкеров проходят через Ормузский пролив ежедневно, сбрасывая там балластные воды с содержанием углеводородов.

Необходимо заметить, что в экваториальной зоне нефть разлагается быстрее в северных широтах, а в воды Арктики за последние годы ее стало попадать больше. По данным океанологов, у моря и океаны нефть и другие углеводороды поступают: с судов, находящихся в море - 28%, со стоком рек - 28%, из берегов - 16%, с судов, находящихся в портах - 14%, с атмосферы - 10%, другими путями - 4%.

Таким образом, одним из главных источников загрязнения морей и океанов являются суда, на которые приходится более половины непосредственного сброса углеводородов.

Двигатели различных типов на судах загрязняют атмосферу и гидросферу, при этом объемы загрязнения суши и водной среды статистически связаны. Уменьшение загрязнения на континентах немедленно сказывается на сокращении загрязнений в реках, озерах, морях и океанах. Однако степень вреда, причиненного воздушном и водном среде, может быть разным, а вопрос оценки эколого-экономических последствий еще нельзя считать решенным. По оценкам, загрязнение Мирового океана сокращает его производительность на 20-25%. На такую же величину сокращается урожай сельскохозяйственных угодий в материковых районах.

Используя данные о деятельности морского транспорта, можно оценить количество вредных выбросов и вред от этого окружающей среде. Водный транспорт перевозит большое количество нефтегрузов, что увеличивает эффект загрязнения водной среды из-за большого звитрюванисть углеводородов. При этом на долю танкеров приходится более 50% загрязнения моря нефтью и нефтепродуктами морским транспортом.

Газы СО, СО2, СН тяжелее воздуха и скапливаются на поверхности водной среды. СО и газообразные углеводороды выбросы судовых тепловых двигателей участвуют в окислительных реакциях и в конце превращаются в СО2, наличие которого в атмосфере вызывает парниковый эффект. В первом приближении экологический ущерб водной среде можно подсчитать как сумму убытков от серного ангидрида, окислов азота, сажи и выбросов несгоревшего топлива судовых двигателей, а также испарения нефтегрузов транспортного флота.

Выполнены подсчеты экологического ущерба окружающей среде от функционирования СЭУ отдельных типов показали значительное преимущество ГТУ перед ДЭУ с малообертним двигателем. Так, эколого-экономический ущерб первых составляет примерно 5% от вреда вторых. Дополнительная экологический вред от выбросов СЭУ окислительного азота, углекислого газа, окиси углерода и газообразных углеводов связана с их участием в создании парникового эффекта. Однако количественную сторону этого вопроса еще недостаточно изучен. Кроме того, окислы азота разрушают озон и стратосферу, что приводит к ряду негативных природных явлений. Надо принять во внимание и вред водной среде от тяжелых металлов и окислительного, в том числе и железа, а также от шума и вибрации тепловых двигателей.

При работе ДЭУ и ГТУ на частичных нагрузках (50-60% номинальной) в ОГ невысокая концентрация окислительного азота и сернистого ангидрида, сажи, бензапирен, которые вместе наносят существенной экологический ущерб, чем каждый компонент в отдельности.

Высокотоксичные окислительные азота, двуокись серы, сажа, концентрация которых высока на больших нагрузках и постепенно снижается на средних. На средних нагрузках существенно уменьшаются концентрации сажи, SO2, NOx и увеличивается СО и СН. Наибольший выброс сажи наблюдается на повышенных нагрузках. Однако токсичность СО и СН невелика.

Из указанного выше следует, что главную роль в загрязнении моря при морских перевозках играют выбросы тепловых двигателей, поэтому постановка вопроса о замене МОД, которые используют высокосернистой топливо, на новые более чистые и экономичные ЭУ, закономерна. Обоснованное также с экологической точки зрения перевода судов с МОД на СОД, поскольку объем выброса вредных веществ в последних меньше.

Важную роль может сыграть перевода судов прибрежного плавания и портового флота на природный газ и применение водорода с гидридных аккумуляторов до жидкого топлива. С этой целью необходимо провести комплекс мероприятий, включая вопросы утилизации паров жидких остатков нефтегрузов танкеров для обеспечения экономической работы. Утилизация паров нефтегрузов - один из эффективных мер по охране окружающей среды. Такие проекты сейчас разрабатываются. В этой связи можно указать на оборудование шельфовых буровых платформ Газотурбогенераторы. Последние целесообразно использовать в составе передвижных электростанций, исследовательских станций, работающих во льдах Арктики и Антарктики, экосистемы которых легковразливи.

Экологическая ситуация в мире неуклонно ухудшается, и она заставляет по-новому оценивать направления и перспективы развития СЭУ,

энергетические схемы, применяемые в судовых установках, и режимы их эксплуатации. Может измениться отношение к использованию высокосернистых тяжелых сортов топлива в судовой энергетике в связи с тем, что количество оксидов серы в отработанных газах прямо пропорциональна содержанию серы в топливе. Следует ожидать, что уже в ближайшие годы приоритет получат такие установки, в которых за большого энергетической эффективности вредное воздействие на окружающую среду будет минимальным.

Специфика водного транспорта

Водный транспорт является самым экономичным, поскольку перемещается по поверхности воды, выполняющей поддерживающую функцию. Исторически водный транспорт использовал мускульную силу человека (гребные суда) или энергию ветра (парусные), являясь, таким образом, экологически чистым. В настоящее время объекты водного транспорта передвигаются на основе энергии двигателей внутреннего сгорания, с чем связано в основном их воздействие на среду.

Водный транспорт используется для перемещения объемных, но несрочных грузов.

Замечание 1

Загрязнение окружающей среды под воздействием водного транспорта происходит по двум основным каналам: это загрязнение гидросферы и атмосферы отходами эксплуатационной деятельности и загрязнение (обычно аварийное) токсичными грузами.

Загрязнение среды при нормальной работе водного транспорта

Главными источниками загрязнения среды являются судовые двигатели и вода, используемая для мытья грузовых танков, а также балластная вода.

Двигатели судов выбрасывают отработавшие газы первоначально атмосферу, а уже оттуда токсичные вещества вновь попадают в воды гидросферы. Большинство судов современного флота оборудовано дизельными двигателями.

Объекты водного транспорта на единицу перевозимой массы потребляют относительно немного топлива, они передвигаются на большие расстояния с определенной скоростью, при которой большую часть времени двигатели работают условиях оптимального режима, и поэтому отработавшие газы содержат минимум вредных веществ.

Нефть и нефтепродукты служат основными загрязнителями гидросферы при работе водного транспорта. Их большое влияние определяется технологией промывки емкостей (танков) на судах, перевозящих нефть и нефтепродукты, для удаления остатков предыдущего груза перед каждой следующим загрузкой. Промывочная вода, вместе с остатками груза обычно сбрасывается за борт.

После успешной доставки нефтегрузов по назначению танкеры обычно отправляются в пункт новой загрузки без груза. Поэтому емкости заполняют балластной водой, которая загрязняется нефтяными остатками, а затем также выливается за борт.

Аварийное загрязнение

С ростом перевозок нефтепродуктов и наливного тоннажа все больше этих токсичных веществ стало попадать в океан при авариях. Загрязнение оказывается максимальным на основных морских путях перевозки нефти, хотя аварии могут происходить в любой акватории. Особенно загрязнены акватории Персидского залива, южной оконечности Африки, европейские моря, Северная Атлантика, побережье США, Японии. Особенно неблагоприятна ситуация в Персидском заливе, поскольку здесь начинает свой путь почти две трети нефти, перевозимой морским транспортом.

На аварийные разливы приходится более половины сбросов углеводородов в гидросферу. Наибольшая опасность таких сбросов заключается в их (как и вообще любых аварий) практической непредсказуемости, и из-за современной тенденции к гигантизму – в огромных объемах разовых сбросов. К постепенному загрязнению небольшими дозами нефтепродуктов среда в какой-то степени может приспособиться, в частности, путем увеличения популяций разлагающих нефть микроорганизмов. К аварийному же загрязнению подобное, даже относительное, приспособление оказывается невозможным.

Другие виды воздействия водного транспорта

Замечание 2

Водный транспорт является мощным источником не только химического загрязнения, но и физического воздействия на среду. В том числе суда являются источником шума, различных вибраций, находящаяся на них аппаратура формирует электромагнитные поля.

При быстром движении суда формируют волны, которые могут быть причиной гибели многих гидробионтов, в том числе потомства рыб. Как и все виды транспорта, водный транспорт является мощным фактором беспокойства для животных.

Для нужд водного транспорта производится зарегулирование рек, техногенный подъем их уровня (чтобы сделать реки судоходными, затопить пороги и перекаты), устройство шлюзов, дноуглубительные работы и многое другое. Все это крайне разрушительно влияет на водные экосистемы.