Распределение частиц износа шин на шведских автомагистралях

придорожные канавы и риск выбросов при таянии снега

Элли Люсия Гаггини (Elly Lucia Gaggini), Анн-Маргрет Стромвалл (Ann-Margret Stromvall), Миа Бонделинд (Mia Bondelind), Ивонн Андерссон-Скольд (Yvonne Andersson-Skold), Технологический университет Чалмерса, Екатерина Соколова (Ekaterina Sokolova), Уппсальский университет, Швеция, Элизабет Столе Родланд (Elisabeth Stohle Rodland), Норвежский институт водных исследований, Норвегия, "Характеристика и пространственное распределение частиц износа шин на снегу на шведских автомагистралях: попадание в придорожные канавы и риск выбросов при таянии снега", "Экологические проблемы" (Environmental Challenges), 20 сентября 2025.

Введение
Частицы износа шин (TWP), образующиеся в результате трения между шинами и дорогами, по оценкам, являются крупнейшим источником микропластикового загрязнения от рек до морей в Европе. В лабораторных исследованиях сообщалось о токсическом воздействии TWP, вызванном самими частицами, а также выщелачиванием и деградацией добавок к шинам. Показано, что загрязняющие вещества, связанные с дорожным движением, улавливаются и концентрируются в снегу вблизи дорог. В результате таяние снега отмечено как переносчик различных загрязняющих веществ, связанных с дорожным движением, таких как микроэлементы, твердые частицы, фосфор и органические загрязнители. Установлено, что концентрация твердых частиц в стоке с дорог от таяния снега в 8 раз превышает концентрацию частиц от дождевых осадков, а концентрация металлов в снегу, как сообщается, выше, чем в стоке.

Кроме того, в регионах, где снег может сохраняться в течение нескольких месяцев, накапливая загрязняющие вещества, быстрое весеннее таяние может привести к высокой нагрузке на потребителей. Снег, лежащий рядом с дорогой, может собирать частицы токсичных веществ, оседающие в воздухе, образующиеся в результате разбрызгивания и распыления проезжающими транспортными средствами, а также в результате уборки снега. Помимо того, что снег может быть возможным переносчиком частиц токсичных веществ, он также предлагается в качестве пассивного пробоотборника загрязняющих веществ, связанных с дорожным движением, и в качестве индикатора загрязнения металлами городского воздуха. Таким образом, снег может помочь понять динамику осаждения частиц токсичных веществ в придорожной среде.

В снегу обнаружено значительное количество микропластика (MPsМП), а в придорожном снегу большинство микропластика по количеству представляло собой частицы износа шин и дорожного покрытия. Также установлено, что полимеры резины, связанные с шинами, являются крупным источником микропластика в городском снегу, а загрязняющие вещества, полученные из шин, обнаружены в снегу в Канаде и Германии. Однако до настоящего времени только в 2 исследованиях оценивалась массовая концентрация микропластика в снегу с дорог или в городских условиях. Кроме того, оценивались фракции частиц размером >50 мкм, >27 мкм и >10 мкм, в то время как предполагается, что фракция размером менее 20 мкм содержит значительную долю массы талых вод, что потенциально может привести к недооценке концентраций в окружающей среде.

Хотя процессы переноса талых вод в придорожном снегу не оценивались, вероятно, талые воды проникают в почву или переносятся талыми водами. Эти процессы переноса, вероятно, зависят от фракций частиц по размеру. Более мелкие частицы микропластика (50–100 мкм) переносятся талой водой в большей степени. Предполагается, что осаждение талой воды в придорожной почве происходит в основном в пределах 5 м от дороги. Анализ частиц, осажденных вблизи участка автомагистрали, показал, что половина твердых частиц осаждалась на глубине 3,1 м, по сравнению с 4,8, 27,1 и 100 м, но детальное распределение талой воды в пределах 5 м от дорог еще не было оценено.

Оценка концентраций TWP в снежном покрове на разных расстояниях от дороги, в частности, в мелкодисперсных фракциях, будет способствовать пониманию поведения переноса TWP в придорожной среде. Кроме того, сравнение концентраций TWP с другими параметрами и загрязняющими веществами, связанными с дорожным движением, позволяет оценить сходство в поведении переноса. Кроме того, взвешенные твердые частицы могут выступать в качестве индикаторного параметра для TWP, поскольку общее количество взвешенных твердых частиц (TSS) показало хорошую корреляцию с TWP в других исследованиях.

Цель данного исследования - изучение характеристик, количества и пространственного распределения TWP в снегу в придорожной зоне. Образцы снега проанализированы для: i) количественной оценки наличия TWP и его изменения в зависимости от расстояния от дороги с использованием PYR-GC/MS, включая относительный вклад TWP в мелкодисперсную фракцию (1,6–20 мкм); ii) исследования морфологии и элементного состава TWP в снегу с использованием SEM-EDX; и, наконец, iii) исследования корреляций между TWP и выбранными загрязняющими веществами и параметрами, связанными с ливневыми стоками, такими как концентрации твердых частиц, металлов и органического углерода, для лучшего понимания поведения переноса TWP в придорожной среде.

Исследуемая территория и процедура отбора проб
Отбор проб проводился на участке автомагистрали E18 в Швеции, на исследовательском полигоне E18, находящемся в ведении Шведской транспортной администрации. Во время отбора проб температура воздуха в декабре 2022 года была ниже 0°C, а в марте 2023 года иногда превышала 0°C, что привело к таянию снега в некоторых местах. Возраст отобранного снега составлял 12 дней на 16 декабря 2022 года и 3 дня на 28 марта 2023 года. Перед обоими отборами проб местные власти провели работы по техническому обслуживанию дорог, включающие уборку снега и разбрасывание противогололедной соли.

В декабре 2022 года были отобраны пробы снега на 22 участках, а в марте 2023 года — на 20 участках. Вдоль 300-метрового участка шоссе E18 определено 7 мест отбора проб, включая обычную дорожную канаву, участки шоссе, огороженные бордюром, и канаву, принимающую сток как с дорожного покрытия, так и из ливневой канализации. В каждом месте измерены прямоугольные участки на земле на расстояниях 0–5,6 м от дороги. Эти расстояния от дороги выбраны, поскольку предполагается, что отложение талых вод в основном происходит в пределах 5 м от дороги. Длина участков, перпендикулярных дороге, составляла от 0,6 до 1,6 м, а ширина, выровненная по дороге, — от 5 до 440 см.

В декабре проведен дополнительный отбор проб снега для разработки лабораторных процедур, в результате чего было получено 0,1–2,3 л растаявшего снега на участок, по сравнению с 0,2–0,6 л в марте. Участки состояли из дорожного покрытия, ближайшего к дороге, которое было расчищено, и участков, расположенных дальше от дороги, которые состояли из рыхлого снега. На каждом участке снег собирали до поверхности земли с помощью металлических кельм, стремясь удалить всю толщину снега и оставить участок как можно более свободным от снега. Глубина снега составляла <10 см в обоих случаях отбора проб, при этом в участках с рыхлым снегом глубина была относительно равномерной. Снег помещали в полиэтиленовые пакеты для заморозки, транспортировали в термосумках с блоками для заморозки и хранили в морозильной камере.

Предварительная обработка образцов и анализ
В этом разделе представлен обзор аналитических методик, примененных в исследовании. Подготовка образцов включала растапливание образцов снега в стеклянных бутылках и контейнерах. Для анализа SBR+BR и концентраций твердых веществ во фракции <500 мкм сначала субпробы растаявшего снега просеивали во влажном состоянии для удаления крупных частиц. Жидкость выпаривали в стеклянных банках в печи до полного высыхания твердого остатка. Для мелкой фракции (1,6–20 мкм) проводили влажное просеивание и фильтрацию на фильтрах без стеклянного связующего (GF/A, Whatman, размер пор 1,6 мкм, диаметр 25 мм, предварительно обработанных в течение 30 мин при 500°C в муфельной печи и взвешенных). Концентрацию твердых частиц <500 мкм рассчитывали путем деления массы сухого материала в каждой банке на объем пробы растаявшего снега. Аналогичным образом концентрацию твердых частиц 1,6–20 мкм определяли по массе сухого материала на фильтрах и объему отфильтрованной талой воды.

Выводы
В данном исследовании были изучены характеристики, количество и пространственное распределение частиц износа шин TWP в придорожной зоне автомагистрали. Кроме того, изучено поведение переноса TWP путем сравнения с концентрациями твердых частиц и некоторыми загрязняющими веществами, связанными с ливневыми стоками, а также оценена пригодность концентрации твердых частиц в качестве индикатора концентрации TWP в придорожной зоне. Работа предоставляет следующую ценную информацию о концентрациях TWP и их изменениях в снегу в придорожной зоне:

Концентрации TWP в растаявшем снегу, проанализированные методом PYR-GC/MS, были значительно выше, чем сообщалось ранее в ливневых стоках на испытательном полигоне E18, что подчеркивает риск острого выброса в окружающую среду через талую воду.

Результаты показывают, что концентрации TWP в снегу варьировались от 7,8 до 1300 мг/л, и концентрации уменьшались с расстоянием от автомагистрали. В мелкодисперсной фракции 1,6–20 мкм обнаружено большое и различное количество TWP, варьирующееся от 0,3% до 98% со средним значением 48%. Содержание ТВП сильно коррелировало с концентрациями твердых частиц и металлов, что указывает на сходные процессы переноса. Анализы SEM-EDX+ML показали, что битум и частицы износа шин были вторым и третьим по распространенности компонентами твердого материала в снегу, причем минералы наиболее распространены.

Частицы износа шин и битума имели менее вытянутую форму, чем в дорожной пыли, ранее проанализированной на той же автомагистрали. Эти результаты расширяют понимание переноса и распределения ТВП в придорожных снежных условиях. Учитывая потенциальную возможность резкого выброса во время таяния снега, необходимы меры по ограничению выбросов и распространения ТВП, включая улучшение методов управления снегом и его утилизации.

Концентрация TWP снижалась в зависимости от расстояния по дороге, аналогично тому, что было отмечено для других загрязняющих веществ, связанных с частицами. Обнаружена сильная корреляция между TWP и твердыми частицами в образцах снега, что позволяет предположить, что концентрация твердых частиц может быть хорошим индикатором загрязнения TWP в аналогичных дорожных условиях. Частицы износа шин и битума, охарактеризованные в снегу с помощью SEM-EDX+ML, оказались менее вытянутыми, чем частицы дорожной пыли из того же района.

Концентрации TWP сильно коррелировали с общим содержанием металлов (Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, Pb, V и Zn), что может быть связано с близостью к источнику или указывать на аналогичное поведение переноса в придорожной среде, поскольку эти металлы преимущественно были связаны с частицами.

Результаты способствуют более глубокому пониманию характеристик, переноса и распределения TWP в придорожных снежных условиях.

20.04.2026

Комментарий:

Шнобелевская премия 2023 в области образования

Исследования изучают влияние скуки учителя на скуку учащихся в классе и опыт скучного обучения. Их цель – понять взаимосвязь между скукой учителей, воспринимаемой учениками скукой учителя, скукой учеников и мотивацией обучения скучающих от скуки учащихся
подробнее

Шнобелевская премия 2004 здравоохранение

Премию за заботу о здоровье общественности получила Джилиан Кларк, выяснившая: 70% женщин и 56% мужчин уверены, что если упавшая на пол еда пролежала там менее 5 секунд, то есть ее безопасно. Женщины чаще, чем мужчины, едят пищу, которая лежала на полу
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист