Ô nhiễm khí thải xe cộ ở Lake Tahoe - Nghiên cứu đất và trầm tích Nevada California

Động cơ đốt trong phát thải nhiều chất độc hại. Hydrocarbon không cháy hết thoát ra từ ống xả. Dầu động cơ chứa phosphorus và kim loại phụ gia. Quá trình đốt cháy không hoàn toàn tạo ra PAH. Fluoranthene và pyrene là hai hợp chất đặc trưng được phát hiện ở nồng độ cao. Các chất này bám vào bụi và lắng đọng xuống đất.

Lake Tahoe nằm ở độ cao 1,897 mét. Vùng núi này có lưu lượng giao thông lớn do du lịch. Địa hình chậu khiến không khí ô nhiễm khó khuếch tán. Nhiệt độ thấp làm chậm quá trình phân hủy chất ô nhiễm. Hệ sinh thái hồ nước rất nhạy cảm với các chất dinh dưỡng và độc tố.

Nghiên cứu thu thập mẫu đất và trầm tích từ nhiều địa điểm. Bến thuyền marina là điểm lấy mẫu trầm tích quan trọng. Khu vực thoát nước đường bộ cung cấp mẫu đất ô nhiễm giao thông. Các bể chứa được dùng để kiểm tra khí thải động cơ trực tiếp. Phân tích hóa học xác định nồng độ PAH, TPH và phosphorus.

Phân tích cho thấy mẫu PAH giống nhau ở các địa điểm khác nhau. Trầm tích marina có cùng profile với đất đường bộ. Nước từ động cơ thử nghiệm cũng mang chữ ký tương tự. Fluoranthene và pyrene là marker compounds chính. Tỷ lệ giữa các PAH khác nhau giúp xác định nguồn gốc.

Khu vực giao thông đông đúc có nồng độ PAH cao nhất. Trầm tích bến thuyền tích tụ nhiều PAH do hoạt động tàu thuyền. Đất ven đường nhận PAH từ khí thải và nước mưa rửa trôi. Tầng trầm tích mới có nồng độ cao hơn tầng sâu. Điều này chứng tỏ ô nhiễm đất giao thông đang gia tăng.

Mối liên hệ dương mạnh tồn tại giữa PAH và tổng hydrocarbon dầu mỏ. Hệ số tương quan cao chứng minh cùng nguồn gốc. Nơi có TPH cao thường có PAH cao. Điều này đặc trưng cho ô nhiễm từ động cơ đốt trong. Cả hai chỉ số đều tăng gần đường giao thông chính.

Dầu động cơ 4 kỳ chứa phosphorus làm chất chống mài mòn. Nồng độ dao động 700-1500 mg/L trong cả dầu mới và cũ. Phosphorus không bị tiêu hao nhiều trong quá trình vận hành. Khi dầu rò rỉ hoặc cháy không hoàn toàn, phosphorus thoát ra môi trường. Phụ gia này tích tụ trong đất và trầm tích theo thời gian.

Đất Lake Tahoe tự nhiên giàu phosphorus. Tổng phosphorus đạt 500-1000 mg/kg trong mẫu đất nghiên cứu. Phosphorus khả dụng cho thực vật là 20-100 mg/kg. Đóng góp từ dầu động cơ chỉ 3-5 mg/kg. Con số này nhỏ so với nguồn tự nhiên. Tuy nhiên, phosphorus từ dầu có thể ở dạng khả dụng cao hơn.

Trầm tích nhiễm hydrocarbon tạo điều kiện yếm khí. Vi sinh vật phân hủy hydrocarbon tiêu thụ oxy. Môi trường thiếu oxy thay đổi hóa học phosphorus. Phosphorus liên kết với sắt được giải phóng khi sắt bị khử. Quá trình này đặc biệt quan trọng ở bến thuyền marina và bể chứa ngập nước.

Điểm đầu vào nhận nước từ đường có nồng độ ô nhiễm cao. TPH và PAH tập trung ở khu vực này. Khi nước di chuyển qua bể, chất ô nhiễm lắng đọng. Điểm đầu ra có nồng độ thấp hơn đáng kể. Gradient nồng độ rõ ràng từ đầu vào đến đầu ra.

Lõi đất được lấy từ nhiều vị trí trong bể. Tầng đất nguyên thủy sâu có nồng độ hydrocarbon thấp. Lớp trầm tích tích tụ phía trên chứa nhiều chất ô nhiễm. Sự khác biệt này cho thấy ô nhiễm mới từ giao thông. Trầm tích đang giữ lại chất độc hại không cho vào hồ.

Thí nghiệm đánh giá PAH bị nước rửa trôi. Chỉ dưới 0.1% PAH bị rửa ra khỏi đất. PAH gắn chặt với hạt đất và chất hữu cơ. Tính kỵ nước của PAH làm giảm khả năng hòa tan. Kết quả này đảm bảo bể chứa giữ được ô nhiễm lâu dài.

Lake Tahoe ở độ cao gần 1,900 mét. Áp suất không khí thấp giảm hiệu suất động cơ. Tỷ lệ không khí/nhiên liệu không tối ưu tại độ cao. Đốt cháy không hoàn toàn tăng khí thải CO. Hydrocarbon không cháy hết thoát ra nhiều hơn. Động cơ cũ không có hệ thống điều chỉnh độ cao bị ảnh hưởng nặng.

Carbon monoxide CO từ đốt cháy thiếu oxy. Nitrogen oxide NOx hình thành ở nhiệt độ cao. Bụi mịn PM2.5 PM10 từ khí thải diesel và xăng. Hydrocarbon không cháy bao gồm nhiều hợp chất độc. Ozone tầng mặt đất tạo ra từ phản ứng quang hóa NOx và VOC.

Địa hình chậu giữ không khí ô nhiễm. Nghịch nhiệt mùa đông ngăn không cho không khí khuếch tán. Gió yếu không đủ mạnh để làm sạch không khí. Nhiệt độ thấp làm chậm phản ứng hóa học phân hủy. Tuyết phủ phản chiếu ánh sáng, tăng phản ứng quang hóa.

Má phanh chứa đồng, kẽm và các kim loại khác. Mài mòn phanh tạo bụi kim loại mịn. Lốp xe có kẽm làm chất xúc tác cao su. Dầu động cơ chứa phụ gia kim loại. Ăn mòn thân xe giải phóng sắt và các hợp kim. Xăng có chì trước đây để lại di sản ô nhiễm chì.

Nồng độ cao nhất ở đất sát mép đường. Kim loại giảm dần theo khoảng cách từ đường. Tầng đất mặt chứa nhiều kim loại hơn tầng sâu. Khu vực giao thông đông đúc có nồng độ cao hơn đường vắng. Điểm dừng đèn đỏ và ngã tư tích tụ nhiều kim loại.

Kim loại nặng không phân hủy sinh học. Chúng tích tụ trong đất hàng thập kỷ. Một số kim loại di chuyển vào nước ngầm. Thực vật hấp thụ kim loại từ đất. Chuỗi thức ăn có thể tích tụ sinh học kim loại độc. Trầm tích hồ nước trở thành kho chứa kim loại lâu dài.