Российские ученые на примере Екатеринбурга выяснили, что анализ состава снегогрязевой смеси помогает рассчитать количество грязи на улицах. В результате удалось определить, как процессы современного накопления осадков влияют на качество окружающей среды городов. Исследователи создали модель, которая позволяет оценить общее количество грязи на улицах города, зная их концентрацию в снежном покрове и снегогрязевой смеси. Исследование положило начало реализации крупного проекта, в рамках которого изучают современные процессы образования осадков более чем в 10 крупных городах России на территории разных климатических и экономических зон. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Исследование поддержано в рамках Президентской программы исследовательских проектов Российского научного фонда.

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 миллиона человек. По их подсчетам, на улицах города накопилось 80 000 тонн пыли, что составляет 53 килограмма на душу населения. По сравнению с более крупными отложениями, пылевые частицы размером менее 0,1 миллиметра 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 6 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 3 группы: крупный песок и мелкий гравий, мелкий песок, пыль. Согласно полученным данным, снегогрязевая пульпа на дорогах и обочинах содержала 35 грамм на литр 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 грамм отложений на литр соответственно, из них примерно 78% составляли частицы размером более одного миллиметра. Минеральный анализ показал, что это материал противогололедных покрытий и фрагменты строительных материалов. Снег, который находился вдали от дорог и тротуаров, содержал менее одного грамма примесей на литр.

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 320 000 тонн твердого грязевого осадка, из которых около 80 000 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 10 крупных городах России на территории разных климатических и экономических зон. Дальнейшие работы помогут выявить факторы антропогенного воздействия на окружающую среду.

  

Картинка 1 и 2. Снегогрязевая пульпа складируется в кучи во дворах, тает весной, и твердый материал оказывается на газонах.
Источник: Андриан Селезнев.

Картинка 3. Снегогрязевая пульпа складируется в кучи во дворах, тает весной, и твердый материал оказывается на газонах.
На фото участник полевого отряда рабочей группы Ярмошенко. Источник: Андриан Селезнев.