Российские ученые на примере Екатеринбурга выяснили, что анализ состава снегогрязевой смеси помогает рассчитать количество грязи на улицах. Удалось определить, как процессы современного накопления осадков влияют на качество окружающей среды городов. Работа поддержана президентской программой исследовательских проектов Российского научного фонда.
Фото: Андриан Селезнев
Фото: Андриан Селезнев
В холодный период года в городах с продолжительной и снежной зимой образуется снегогрязевая пульпа — смесь снега с асфальтной крошкой, пылью, материалом грунтов и почв, противогололедных реагентов и выхлопных газов. Она формируется под ногами людей и колесами автомобилей. Пульпа консервирует это все в себе до тех пор, пока не начинается потепление. Если коммунальные службы не вывозят снег с дорог и тротуаров, то весной пыль поднимается в атмосферу, а более крупные частицы формируют отложения на дорогах и тротуарах в виде грязи, которая пачкает одежду, обувь, автомобили, засоряет ливневую канализацию. Так, снегогрязевые кучи на обочинах и газонах становятся местом хранения потенциально опасных веществ, загрязняющих окружающую среду.
Группа ученых из Института промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наук оценила количество грязевых отложений в Екатеринбурге, где проживает 1,5 млн человек. По их подсчетам, на улицах города накопилось 80 тыс. тонн пыли, что составляет 53 кг на душу населения. По сравнению с более крупными отложениями пылевые частицы размером менее 0,1 мм могут дольше находиться в воздухе и переноситься ветром в разные районы города.
В рамках исследования ученые взяли пробы снегогрязевой пульпы и нетронутого снега, по которому не ездили машины и не ходили пешеходы, в шести районах с разным уровнем и периодом застройки для того, чтобы определить причины и закономерности накопления твердых веществ на улицах города. Образцы собрали на тротуарах, дорогах и обочинах, внутридворовых проездах и автостоянках. В итоге ученые взяли 30 проб и проанализировали минеральный, химический и гранулометрический состав их твердой части — процентное содержание в почве минеральных частичек, от которого зависит плодородие почв. Твердую часть в пробах разделили на три группы: крупный песок и мелкий гравий, мелкий песок, пыль. Согласно полученным данным, снегогрязевая пульпа на дорогах и обочинах содержала 35 г на 1 л твердых веществ, из них две трети составляла пыль. Главная причина ее появления — истирание дорожного покрытия шипованными шинами. На тротуарах и газонах обнаружили 12 и 7 г отложений на 1 л соответственно, из них примерно 78% составляли частицы размером более 1 мм. Минеральный анализ показал, что это материал противогололедных покрытий и фрагменты строительных материалов. Снег, который находился вдали от дорог и тротуаров, содержал менее 1 г примесей на 1 л.
Снегогрязевая пульпа складируется в кучи во дворах, тает весной, и твердый материал оказывается на газонах. На фото участник полевого отряда рабочей группы Ярмошенко
Фото: Андриан Селезнев
Снегогрязевая пульпа складируется в кучи во дворах, тает весной, и твердый материал оказывается на газонах. На фото участник полевого отряда рабочей группы Ярмошенко
Фото: Андриан Селезнев
Важный результат исследований, по словам ученых,— это то, что отложения во всех районах города имеют похожий состав. Из-за высокого трафика на дорогах автомобили переносят грязь из одного района в другой на колесах. Поэтому проблемы с вывозом снега с дорог и тротуаров хотя бы в одном районе приводят к загрязнению территории и воздуха во всем населенном пункте.
«На основе исследования снегогрязевой пульпы мы разработали модель, которая позволяет оценить общее количество твердых отложений на улицах города, зная их концентрацию в снежном покрове и снегогрязевой пульпе. В Екатеринбурге на территории города, по нашим подсчетам, находится примерно 320 тыс. тонн твердого грязевого осадка, из которых около 80 тыс. тонн составляет пыль. Помимо того что пыль поднимается в атмосферу, откуда попадает в организм человека, более крупные частицы проникают в почву и оседают на дне водоемов. Исследования, проведенные в Екатеринбурге, показали, что в составе снегогрязевой пульпы концентрация таких элементов, как хром, магний, никель, алюминий, вольфрам, выше, чем в почве. Во время таяния снега и снегогрязевой пульпы, которая остается на газонах, твердые вещества попадают в почвы города. Если коммунальные службы не убирают снег сразу после того, как он выпал, то весной происходит увеличение водного стока на городских территориях, что может привести даже к эрозии почвы»,— отметил руководитель проекта по гранту РНФ Андриан Селезнев, кандидат геолого-минералогических наук, сотрудник Института промышленной экологии Уральского отделения Российской академии наук.
Ученые выяснили, что снегогрязевая пульпа на улицах — это не только причина для пересмотра регламента уборки снега, как это было сделано в Екатеринбурге. Она является частью окружающей среды и может изменять состав почвы, качество воды и воздуха. Исследование состава и свойств снегогрязевой пульпы положило начало реализации крупного проекта, в рамках которого изучают современные процессы образования осадков более чем в десяти крупных городах России на территории разных климатических и экономических зон. Дальнейшие работы помогут выявить факторы антропогенного воздействия на окружающую среду.
«Snow-dirt Sludge as an Indicator of Environmental and Sedimentation Processes in the Urban Environment»; Andrian Seleznev, Ilia Yarmoshenko, Georgy Malinovsky, Ekaterina Ilgasheva, Elena Baglaeva, Anastasia Ryanskaya, Daria Kiseleva, Tamara Gulyaeva; журнал Scientific Reports, февраль 2020 г.