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 2016 экономика

Используя изображения камней, как раздражители, применены принципы методологии Аакер для изучения индивидуальных черт личности камней. Оказалось, что каждый из камней имеет свои индивидуальные черты. Простые камни не имеют каких-либо общностей с брендами
подробнее

Шнобелевская премия 2009 по химии

Дело было так. Хавьер Моралес, Мигель Апатига и Виктор Кастаньо из Национального автономного университета Мексики, Мехико, напечатали статью - Рост алмазных пленок из текилы, журнал Сообщения науки о материалах (Reviews on Advanced Materials Science), №22
подробнее

Источник - пресса

Шнобель Процедура Пресса Анналы Архив Статьи Шнобелист