Первый кислотный дождь в каком году. Выпадение кислотных дождей: история и современность
Кислотные дожди – это серьезная экологическая проблема, причиной которой является загрязнение окружающей среды. Их частое появление пугает не только ученых, но и простых людей, ведь подобные осадки могут оказать негативное влияние на здоровье человека. Характеризует кислотный дождь пониженный уровень pH. Для обычных осадков этот показатель равен 5,6, и даже небольшое нарушение нормы чревато серьезными последствиями для живых организмов, попавших в зону поражения.
При существенном сдвиге пониженный уровень кислотности становится причиной гибели рыб, земноводных, насекомых. Также в районе, где отмечены такие осадки, можно заметить кислотные ожоги на листьях деревьев, отмирание некоторых растений.
Отрицательные последствия выпадения кислотных дождей существуют и для человека. После ливня в атмосфере скапливаются токсические газы, и вдыхать их крайне не рекомендуется. Небольшая прогулка под кислотным дождем может стать причиной астмы, сердечных и легочных заболеваний.
Кислотные дожди: причины и последствия
Проблема кислотных дождей уже давно носит глобальный характер, и каждому жителю планеты следует задуматься о своем вкладе в данное природное явление. Все вредные вещества, попадающие в воздух в процессе жизнедеятельности человека, никуда не исчезают, а остаются в атмосфере и рано или поздно возвращаются на землю в виде осадков. При этом последствия кислотных дождей настолько серьезны, что на их устранение порой требуются сотни лет.
Для того чтобы узнать, какими могут быть последствия кислотных дождей, следует разобраться в самом понятии рассматриваемого природного явления. Так ученые сходятся во мнении, что это определение является слишком узким, чтобы обрисовать глобальную проблему. Нельзя принимать во внимание только дожди – кислотные грады, туманы и снега также являются носителями вредных веществ, поскольку процессы их образования во многом идентичны. Кроме того, в засушливую погоду могут появляться токсические газы или пылевые облака. Они также являются разновидностью кислотных осадков.
Причины образования кислотных дождей
Причина кислотных дождей в большей степени кроется в человеческом факторе. Постоянное загрязнение воздуха кислотообразующими соединениями (оксидами серы, хлористым водородом, азотом) приводят к нарушению баланса. Основными «поставщиками» данных веществ в атмосферу являются крупные предприятия, в частности, работающие в сфере металлургии, обработки нефтесодержащих продуктов, занимающиеся сжиганием угля или мазута. Несмотря на наличие фильтров и очистительных систем, уровень современной техники все еще не позволяет полностью устранить негативное влияние промышленных отходов.
Также выпадение кислотных дождей связано с увеличением транспортных средств на планете. Выхлопные газы, хоть и в малых долях, но также содержат вредные кислотные соединения, а в пересчете на количество автомобилей, уровень загрязнения становится критичным. Свой вклад вносят и тепловые электростанции, а также множество предметов быта, вроде аэрозолей, чистящих средств и пр.
Кроме влияния человека, кислотные дожди могут возникнуть и из-за некоторых природных процессов. Так к их появлению ведет вулканическая деятельность, во время которой выбрасывается большое количество серы. Кроме того, она образует газообразные соединения во время распада некоторых органических веществ, что также ведет к загрязнению воздуха.
Как образуются кислотные дожди?
Все выброшенные в воздух вредные вещества вступают в реакцию с солнечной энергией, углекислым газом или водой, в итоге получаются кислотные соединения. Вместе с каплями влаги они поднимаются в атмосферу и формируют облака. В итоге, возникают кислотные дожди, образуются снежинки или градины, которые возвращают на землю все впитанные элементы.
В некоторых регионах были замечены отклонения от нормы в 2-3 единицы: допустимый уровень кислотности составляет 5,6 pH, но в Китае и Подмосковье выпадали осадки с показателями в 2,15 pH. При этом предсказать, где именно появятся кислотные дожди довольно трудно, ведь ветер может относить образовавшиеся тучи довольно далеко от места загрязнения.
Состав кислотных дождей
Основными элементами в составе кислотного дождя являются серная и сернистая кислоты, а также озон, который образовывается во время грозы. Существует также азотная разновидность осадков, в которой основным ядром являются азотная и азотистая кислоты. Реже причиной возникновения кислотного дождя может стать большое содержание в атмосфере хлора и метана. Также в осадки могут попасть другие вредные вещества, в зависимости от состава промышленных и бытовых отходов, которые поступают в воздух в конкретном регионе.
Последствия: кислотные дожди
Кислотные дожди и их последствия являются постоянным предметом наблюдения для ученых со всего мира. К сожалению, их прогнозы весьма неутешительны. Осадки с пониженным уровнем кислотности опасны и для флоры, и для фауны, и для человека. Кроме того, они могут привести и к более серьезным экологическим проблемам.
Попадая в грунт, кислые дожди уничтожают множество питательных веществ, которые необходимы для роста растений. При этом они также вытягивают на поверхность токсичные металлы. Среди них свинец, алюминий и пр. При достаточно концентрированном содержании кислот, осадки приводят к отмиранию деревьев, почва становится непригодной для выращивания урожая, и на ее восстановление требуются годы!
То же самое происходит и с водоемами. Состав кислотных дождей нарушает баланс природной среды, что приводит к гибели рыб, а также замедлению роста водорослей. Таким образом, целый водоем может надолго прекратить свое существование.
Прежде чем попасть на землю, кислотные дожди проделывают путь через воздушные массы, оставляя частички токсических веществ в воздухе. Это крайне неблагоприятно сказывается на здоровье животных и людей, а также наносит существенный вред постройкам. Многие лакокрасочные и облицовочные материалы, металлические конструкции начинают просто растворяться при попадании на них капель! В итоге, внешний вид дома, памятника или автомобиля будет навсегда испорчен.
Глобальные экологические проблемы, которые могут быть вызваны кислотными осадками:
- Изменение экосистемы водоемов, как следствие – гибель их животного и растительного мира. Такие источники нельзя будет использовать для питья, поскольку содержание в них тяжелых металлов будет во много раз превышать норму.
- Значительные повреждения листвы и корней деревьев, которые лишат их защиты от морозов и многих заболеваний. Особенно актуальна проблема в случае с хвойными деревьями, которые «бодрствуют» даже в лютый холод.
- Загрязнение токсическими веществами грунта. Все растения, находящиеся на зараженном участке почвы, обязательно ослабнут или погибнут вовсе. Все вредные элементы будут поступать вместе с полезными. К сожалению, вторых останется совсем немного.
Влияние кислотных дождей на человека
Изучая кислотные осадки, причины и последствия их выпадения, ученые заботятся не только о природе, но и о человеческих жизнях. Гибель скота, промысловых рыб, посевов – все это существенно отражается на уровне жизни и экономической ситуации в любой стране.
Если же ненадолго забыть о порче имущества или экономических проблемах и подумать непосредственно о здоровье, то картина также вырисовывается удручающая. Любое заболевание, связанное с дыхательной системой человека, обострится, если больной попадет в зону поражения во время или после кислотного дождя.
Также опасными являются рыбы и животные, которые могут быть употреблены в пищу, проживающие на данной территории. В них могут содержаться ядовитые соединения ртути, свинца, марганца, алюминия. В самом же кислотном дожде всегда присутствуют ионы тяжелых металлов. Попадая в организм человека, они вызывают интоксикацию, серьезные заболевания почек и печени, закупоривание нервных каналов, образование тромбов. Некоторые из последствий кислотных дождей могут проявить себя только через поколение, поэтому уберечь себя от токсических веществ необходимо еще и ради потомков.
Как уберечься от кислотных дождей и предотвратить их появление
На сегодняшний день в группе риска по выпадению кислотных дождей находятся США, Россия и Китай. Именно на территории этих стран находится больше всего углеперерабатывающих заводов и металлургических предприятий. Тем не менее, опасность нависает также над Японией и Канадой, куда кислотные дожди может просто пригнать ветром. Согласно некоторым исследованиям, если не будут предприняты профилактические меры, то этот список дополнится еще не одним десятком стран в самое ближайшее время.
Бороться с проблемой кислотных дождей локально практически бесполезно. Для изменения ситуации в лучшую сторону необходимы комплексные меры, которые возможны только при взаимодействии нескольких государств. Ученые продолжают трудиться над новыми очистительными системами, пытаясь минимизировать выброс вредных веществ в атмосферу, тем не менее, процент кислотных осадков пока только возрастает.
Чтобы уберечь себя от негативных последствий кислотных дождей, обязательно пользуйтесь зонтом и дождевиком во влажную погоду. Страшнее всего попадание капель на открытые участки кожи. При этом следует понимать, что невооруженным глазом отличить кислотный дождь от обычного невозможно, поэтому соблюдать меры предосторожности необходимо постоянно.
Если же вы услышали о том, что в вашем регионе выпадут кислотные осадки, то постарайтесь не выходить на улицу в указанное время. Также еще несколько часов после дождя, снега или града оставайтесь дома, плотно закрыв окна и двери, чтобы токсические вещества, находящиеся в воздухе, не проникли в помещение.
Кислотные словосочетание в современной, особенно городской жизни стало обыденностью. Нередко жалуются дачники, что после таких неприятных осадков растения начинают чахнуть, а в лужах появляется белесый или желтоватый налет.
Что это такое
Наука имеет определенный ответ на вопрос о том, что такое кислотные дожди. Это все известные чей водный ниже нормы. Нормой считается рН 7. Если исследование покажет занижение этой цифры в осадках, они считаются кислотными. В условиях всё набирающего обороты промышленного бума кислотность дождей, снега, туманов и града в сотни раз превышает нормальные показатели.
Причины
Снова и снова выпадают кислотные дожди. Причины кроются в ядовитых выбросах промышленных объектов, выхлопных газах автомобилей, в значительно меньшей степени - в гниении природных элементов. Атмосфера переполняется сернистыми и азотными оксидами, хлористым водородом и другими соединениями, образующими кислоты. Результатом становятся кислотные дожди.
Бывают осадки и щелочного содержания. В них отмечается наличие ионов кальция или аммиака. К ним тоже подходит понятие "кислотные дожди". Это объясняется тем, что, попадая в водоем или почву, такие осадки влияют на изменение водно-щелочного баланса.
К чему приводят кислотосодержащие осадки
Ничего хорошего окисление окружающей природы, конечно, не влечет. Крайне вредны кислотные дожди. Причины гибели растительности после выпадения таких осадков кроются в том, что из земли кислотами выщелачиваются многие полезные элементы, кроме того, наблюдается и загрязнение опасными металлами: алюминием, свинцом и другими. Загрязненные осадки становятся причиной мутаций и гибели рыб в водоемах, неправильного развития растительности в реках и озерах. На обычную окружающую обстановку они также оказывают губительное влияние: в значительной степени способствуют разрушению природных облицовочных материалов, становятся причиной ускоренной коррозии металлических конструкций.
Ознакомившись с общей характеристикой данного атмосферного явления, можно сделать вывод, что проблема кислотных дождей является одной из самых актуальных с точки зрения экологии.
Научные исследования
Важно подробнее остановиться на схеме химического загрязнения природы. Кислотные дожди - причины множества нарушений в окружающей среде. Появилась такая характеристика осадков во второй половине XIX века, когда химик из Великобритании Р. Смит выявил в парах и дыме содержание опасных веществ, которые сильно меняют химическую картину осадков. Кроме того, кислотные дожди - это явление, распространяющееся на огромные территории, независимо от источника загрязнения. Ученый отметил и разрушения, которые влекли за собой зараженные осадки: болезни растений, потеря цвета тканями, ускорение распространения ржавчины и другие.
Специалисты более точно подходят к определению того, что такое кислотные дожди. Ведь в реальности это снег, туманы, облака и град. Сухие осадки при недостатке атмосферной влаги выпадают в виде пыли и газа.
на природу
Гибнут озера, уменьшается численность рыбных косяков, исчезают леса - всё это страшные последствия окисления природы. Почвы в лесах далеко не так остро реагируют на подкисление, как водоемы, но растения очень негативно воспринимают все изменения в кислотности. Подобно аэрозолю вредные осадки окутывают листву и хвою, пропитывают стволы, проникают в почву. Растительность получает ожоги химического характера, постепенно ослабевая и теряя способность к выживанию. Почвы утрачивают плодородность и насыщают произрастающие культуры токсичными соединениями.
Биологические ресурсы
Когда проводилось исследование озер в Германии, было обнаружено, что в водоемах, где водный показатель значительно отклонялся от нормы, рыба исчезла. Лишь в некоторых озерах были пойманы единичные экземпляры.
Историческое наследие
Неуязвимые, казалось бы, творения человека тоже страдают от кислотных осадков. Древний Акрополь, находящийся в Греции, известен всему миру очертаниями своих могучих статуй из мрамора. Века не щадят природные материалы: благородная порода разрушается ветрами и дождями, образование кислотных дождей еще больше активизирует этот процесс. Реставрируя исторические шедевры, современные мастера не предпринимали мер защиты металлических соединений от ржавчины. Результатом стало то, что кислотные дожди, окисляя железо, становятся причиной больших трещин в статуях, мрамор раскалывается из-за давления ржавчины.
Культурные памятники
Организация Объединенных Наций инициировала исследования влияния кислотных осадков на объекты культурного наследия. В ходе них были доказаны отрицательные последствия действия дождей на красивейшие витражи городов Западной Европы. Тысячи цветных стекол рискуют кануть в Лету. Они до ХХ века радовали людей своей прочностью и неповторимостью, но последние десятилетия, омраченные кислотными дождями, грозят разрушить великолепные витражные картины. Пыль, насыщенная серой, губит антикварные предметы из кожи и бумаги. Древние изделия под влиянием теряют свою способность сопротивления атмосферным явлениям, становятся хрупкими и в скором времени могут рассыпаться в прах.
Экологическая катастрофа
Кислотные дожди - это серьезная проблема для выживания человечества. К сожалению, реалии современной жизни требуют всё большего расширения промышленного производства, что увеличивает объемы ядовитых Численность населения планеты возрастает, уровень жизни повышается, автомобилей становится всё больше, потребление энергии зашкаливает. При этом одни только ТЭЦ Российской Федерации каждый год загрязняют окружающую среду миллионами тонн ангидрида, содержащего серу.
Кислотные дожди и озоновые дыры
Озоновые дыры не менее распространены и вызывают более серьезные опасения. Объясняя суть этого явления, нужно сказать, что это не реальный разрыв атмосферной оболочки, а нарушение в толщине озонового слоя, которое располагается ориентировочно в 8-15 км от Земли и простирается в стратосферу до 50 км. Скопление озона в значительной мере поглощает вредное излучение солнечного ультрафиолета, защищая планету от сильнейшей радиации. Именно поэтому озоновые дыры и кислотные дожди - угрозы нормальной жизни планеты, требующие самого пристального внимания.
Целостность озонового слоя
Начало ХХ века пополнило список изобретений человечества хлорфторуглеродами (ХФУ). Их особенностью были исключительная устойчивость, отсутствие запаха, негорючесть, отсутствие ядовитого влияния. ХФУ постепенно стали повсеместно внедряться в производство различных охладительных установок (от автомобилей до медицинских комплексов), огнетушителей, аэрозолей бытового назначения.
Только к концу второй половины ХХ века химиками Шервудом Роландом и Марио Молина было выдвинуто предположение, что эти чудо-вещества, иначе называемые фреонами, сильно влияют на озоновый слой. При этом ХФУ могут «витать» в воздухе на протяжении десятилетий. Постепенно поднимаясь от земли, они достигают стратосферы, где радиация ультрафиолета разрушает соединения фреона, высвобождая атомы хлора. В результате этого процесса озон превращается в кислород намного быстрее, чем в нормальных природных условиях.
Страшно то, что требуются всего единицы атомов хлора для видоизменения сотен тысяч молекул озона. Кроме того, хлорфторуглероды считаются газами, создающими парниковый эффект и участвующими в процессе глобального потепления. Справедливости ради стоит добавить, что вклад в разрушение озонового слоя вносит и сама природа. Так, вулканические газы содержат до ста соединений, включающих углероды. Природные фреоны способствуют активному истончению озонсодержащего слоя над полюсами нашей планеты.
Что можно предпринять?
Выяснение того, в чем опасность кислотных дождей, уже неактуально. Теперь на повестке дня в каждом государстве, на каждом промышленном предприятии должны в первую очередь стоять меры обеспечения чистоты окружающего воздуха.
В Росси заводы-гиганты, такие как "РУСАЛ", в последние годы очень ответственно стали подходить к данному вопросу. Они не жалеют средств для установки современных надежных фильтров и сооружений очистки, предотвращающих попадание в атмосферу оксидов и тяжелых металлов.
Все чаще находят применение альтернативные способы получения энергии, не влекущие за собой опасных последствий. Энергия ветра и солнца (например, в быту и для автомобилей) - это уже не фантастика, а успешная практика, помогающая снизить объем вредных выхлопов.
Расширение лесопосадок, очистка рек и озер, правильная переработка мусора - всё это эффективные методы в борьбе с загрязнением окружающей среды.
Термин «кислотные дожди» был введен английским химиком Р.Э.Смитом более 100 лет назад.
В 1911 г. в Норвегии зафиксировали случаи гибели рыб в результате подкисления природной воды. Однако только в конце 60-х гг., когда аналогичные случаи в Швеции, Канаде, США привлекли внимание общественности, возникло подозрение, что причина - дождь с высоким содержанием серной кислоты.
Кислотные дожди - это атмосферные осадки (дождь, снег) с рН менее 5,6 (повышенной кислотностью).
Образуются кислотные дожди при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди с кислотностью рН = 3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе - рН =2,3.
Суммарные мировые антропогенные выбросы оксидов серы и азота составляют ежегодно более 255 млн т (1994). Кислотообразующие газы надолго остаются в атмосфере и могут передвигаться на расстояния в сотни и даже тысячи километров. Так, значительная часть выбросов Великобритании попадает в северные страны (Швецию, Норвегию и др.), т.е. с трансграничным переносом, и наносит ущерб их экономике.
Кислотный дождь
Общее понятие «кислотного дождя»:
Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом, внимание которого привлек смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня это очевидный факт, что кислотные дожди являются одной из причин гибели живых организмов, лесов, урожаев, и других видов растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники архитектуры, приводят в негодность металлоконструкции, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, которое приблизительно равняется 5,6. «Чистый» дождь обычно всегда имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в воздухе диоксид углерода (СО 2) вступает в химическую реакцию с дождевой водой, образуя слабую угольную кислоту. Теоретически такой «чистый», слабо-кислотный дождь должен иметь рН = 5,6, что соответствует равновесию между СО 2 воды и СО 2 атмосферы. Однако из-за постоянного присутствия в атмосфере различных веществ дождь никогда не бывает абсолютно «чистым», и его рН варьирует от 4,9 до 6,5, со средним значением около 5,0 для зоны умеренных лесов. Помимо СО 2 в атмосферу Земли попадают естесственным путем также различные соединения серы и азота, которые сообщают дождевым осадкам кислотную реакцию. Таким образом «кислотные дожди» могут возникать и по естественным причинам. Однако помимо естественного попадания в атмомсферу Земли различных оксидов с кислотной реакцией существуют также и антропогенные источники, эмиссия из которых во много раз превышает естественную. Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и азота может увеличить кислотность осадков до pН = 4,0, что выходит за пределы значений, переносимых большинством живых организмов.
Причины кислотных дождей:
Главной причиной кислотных дождей является присутствие в составе атмосферы Земли двуокиси серы SO 2 и двуокиси азота NO 2 , которые в результате происходящих в атмосфере химичеких реакций, превращаются в соответственно серную и азотную кислоты, выпадение которых на поверхность земли оказывает влияния на живые организмы и экотоп в целом.
Виды соединений серы:
К наиболее важным соединениям серы находящимся в составе атмосферы Земли относятся:
1. Двуокись серы – SO 2
2. Оксисульфид углерода – COS
3. Сероуглерод – CS 2
4. Сероводород – H 2 S
5. Диметилсульфид – (CH 3) 2 S
6. Сульфат-ион – SO 4 2-
Источники соединений серы:
Естественные источники эмиссии серы в атмосферу:
I. Биологическое выделение . Почти все без исключения традиционные модели круговорота серы показывали, что около 50% серы появляется в атмосфере за счет её биологических превращений в почвенных и водных экосистемах. Предполагается, что в результате происходящих микробиологических процессов, в этих естественных экосиситемах сера улетучивается в форме сероводорода (H 2 S). Многочисленные научные данные свидетельствуют, что микроорганизмы продуцируют сероводород в основном двумя путями:
1. восстановление сульфатов.
2. разложение органического вещества.
Desulfovibrio а также родственные им бактерии, восстановители сульфатов, во множестве населяют болота, топи и слабо дренированные почвы. Данные микроорганизмы используют сульфаты как конечный акцептор электронов. Также черезвычайно большая и разнообразная группа микроорганизмов, включающая аэробы, термофилы, психрофилы, бактерии, актиномицеты и грибы, разлагает серосодержащие органические соединения и высвобождает сероводород. Поверхность моря и его глубинные слои также может содержать значительные количества сероводорода. В настоящее время не совсем точно известны источники образования диметилсульфида, но предпологается, что в их возникновении принимают участие морские водоросли. Выделения серы биологическим путем не превышают 30 – 40 млн. т. в год, что составляет приблизительно 1/3 от всего выделяемого количества серы.
II. Вулканическая деятельность . При извержении вулкана в атмосферу Земли наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой – тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях, наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях – в стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений. Для тропосферы данное количество серы незначительно по сравнению с биологическим выделением, для стратосферы же извержения вулканов являются самыми важными источниками появления серы.
III. Поверхность океанов . После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остаётся морская соль, содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения серы – сульфаты.
Вместе с частичками морской соли ежегодно в атмосферу Земли попадает от 50 до 200 млн. т. серы, что гораздо больше, чем эмиссия серы в атмосферу естественным путём. В тоже время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в верхние слои и распыляется над сушей. Однако следует учитывать тот факт, что из сульфатов морского происхождения не может образовываться серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков.
Антропогенные источники эмиссии серы в атмосферу:
Виды соединений азота:
В состав атмосферы входит ряд азотосодержащих соединений, из которых наиболее распространена закись азота (N 2 O). Этот газ в нижних слоях воздуха нейтрален и не участвует в образовании кислотных дождей. Также в составе атмосферы Земли находятся кислотные оксиды азота, такие как: окись азота NO, и двуокись азота NO 2 . Кроме того в состав атмосферы входит единственное щелочное соединение азота – аммиак.
К наиболее важным соединениям азота находящимся в составе атмосферы Земли относятся:
1. Закись азота – NO 2
2. Окись азота – NO
3. Азотистый ангидрид – N 2 O 3
4. Двуокись азота – NO 2
5. Оксид азота – N 2 O 5
Источники соединений азота:
Естественные источники эмиссии соединений азота в атмосферу:
I. Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно данным на 1990 г. ежегодно во всем мире образуется этим путем около 8 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот).
II. Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т.
III. Горение биомассы. Данный вид источника может иметь как искусственное так и естественное происхождение. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате процесса выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т.оксидов азота (в пересчете на азот) в течении года.
IV. Прочие источники. Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие чего происходит попадание смеси образовавшихся оксидов NO и NO 2 в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течении года от 2-ух до 12 млн.т.оксидов азота (в пересчете на азот).
Антропогенные источники эмиссии соединений азота в атмосферу:
Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются. В данном случае количество образовавшегося оксида азота NO попорционально темрпературе горения. Кроме того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое топливо, человечество ежегодно выбрасывает в воздушный бассеин Земли около12 млн.т. оксидов азота. Немного меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает от сжигания горючего (бензина, дизельное топливо и т.д.) в двигателелях внутреннего сгорания.. Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1 млн.т. азота ежегодно. Таким образом, по крайней мере 37% из почти 56 млн.т. ежегодных выбросов оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы.
Атмосферный аммиак:
Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет значительную роль в регулировании кислотных дождей, так как он может нейтрализовать атмосферные кислотные соединения:
NH 3 + H 2 SO 4 = NH 4 HSO 4
NH 3 + NH 4 HSO 4 = (NH 4) 2 SO 4
NH 3 + HNO 3 = NH 4 NO 3
Таким образом, нейтрализуются кислотные осадки и образуются сульфаты и нитрат аммония.
Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся в почве органические вещества разрушаются определенными бактериями, и одним из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Ученым удалось установить, что активность бактерии, приводящая в конечном счете к образованию аммиака, зависит в первую очередь от температуры и влажности почвы. В высоких географических широтах (Северная Америка и Северная Европа), особенно в зимние месяцы, выделение аммиака почвой может быть незначительным. В то же время на этих территориях наблюдается наибольший уровень эмиссии двуокиси серы и оксидов азота, в результате чего находящиеся в атмосфере кислоты не подвергаются нейтрализации и, таким образом, возрастает опасность выпадения кислотного дождя. В процессе распада мочи домашних животных высвобождается большое количество аммиака. Этот источник аммиака настолько значителен, что в Европе он превышает возможности выделения аммиака почвой.
Химические превращения соединений серы:
Как правило сера входит в состав выбросов не в полностью окисленной форме (степень окисления серы в ее двуокиси равна 4, т.е. к двум атомам кислорода присоединяется один атом серы). Если соединения серы находятся в воздухе в течение достаточно длительного времени, то под действием содержащихся в воздухе окислителей они превращаются в серную кислоту или сульфаты. В процессе окисления кислородом (О 2) сернистого газа (SO 2), сера повышает свою степень окисления и переходит в трехокись серы (SO 3), которая в свою очередь являясь очень гигроскопичным веществом и взаимодействуя с атмосферной водой, очень быстро превращается в H 2 SO 4 . Именно по этой причине в обычных атмосферных условиях трехокись серы не содержится в воздухе в больших количествах. В результате реакции образуются молекулы серной кислоты, которые в воздухе или на поверхности аэрозольных частиц быстро конденсируются.
Кроме двуокиси серы в атмосфере находится также значительное количество других природных соединений серы, которые в конечном счете окисляются до серной кислоты (или сульфатов).
Химические превращения соединений азота:
Наиболее распространённым соединением азота, входящим в состав выбросов, является окись азота NO, которая при взаимодействии с кислородом воздуха образует двуокись азота. Последняя в результате реакции с радикалом гидроксила превращается в азотную кислоту NO 2 + OH = HNO 3 . Полученная таким образом азотная кислота в отличае от серной может долгое время оставаться в газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Это связанно с тем, что азотная кислота обладает большей летучестью, чем серная. Пары азотной кислоты могут быть поглощены капельками облаков или осадков или частицами аэрозоля.
Кислотная седиментация (кислотные дожди)
Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация, которая может происходить двумя путями:
1. вымывание осадков, или влажная седиментация
2. выпадение осадков, или сухая седиментация
Совокупность этих двух процессов и называется кислотной седиментацией.
Воздействие кислотных дождей на окружающую среду
Результатом кислотной седиминтации является то, что кислотные атмосферные микроэлементы, соединения серы и азота попадают на поверхность Земли, что приводит к сильным изменениям кислотности водоемов и почв. В первую очередь повышение кислотности сказывается на состоянии пресноводных водоемов и лесов. Кислотные дожди оказывают различное влияние. Изначально осадки имеющие повышенное содержание азота первое время способствуют росту деревьев в лесу, так как происходит снабжение деревьев питательными веществами. Однако в результате постоянного их потребления лес ими перенасыщается, что приводит к закислению почвы. В результате изменения кислотности почв изменяется растворимость в них тяжелых и токсичных металлов, которые могут попасть в организм животных и человека передаваясь по трофической цепочке, в которой будет происходить их накопление. Под действием кислотности изменяется биохимическая структура почвы, что приводит к гибели почвенной биоты и некоторых растений.
Под воздействием кислотных дождей происходит вымывание из растений неорганических соединений, к которым относятся все основные микро– и макроэлементы. Так, например, в наибольших количествах обычно вымываются калий, кальций, магний и марганец. Также подвергаются вымыванию из растений и различных органических соединения, такие как: сахара, аминокислоты, органические кислоты, гормоны, витамины, пектиновые и фенольные вещества и т.п. В результате этих процессов возрастают потери необходимых для растений биогенных элементов, что в результате приводит к их повреждениям.
Поступающие в почву с кислотным дождем ионы водорода могут замещаться находящимися в почве катионами, в результате чего происходит либо выщелачивание кальция, магния и калия, либо их седиментация в обезвоженной форме. Возрастает мобильность токсичных тяжелых металлов, таких как марганец, медь, кадмий. Растворимость тяжелых металлов сильно зависит от рН. Раствореные и вследствие этого легко поглощаемые растениями тяжелые металлы являются ядами для растений и могут привести их к гибели. Одним из наиболее опасных элементов, для живых организмов живущих в почве, является алюминий растворенный в сильнокислой среде. Во многих почвах, например, в северных умеренных и бореальных лесных зонах, наблюдается поглощение более высоких концентраций алюминия по сравнению с концентрациями щелочных катионов. Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это соотношение, однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков соотношение алюминий-кальций в почвенных водах настолько изменяется, что ослабляется рост корней и создается опасность для существования деревьев.
Происходящие в составе почвы изменения могут преобразовывать состав микроорганизмов в почве, воздействовать на их активность и тем самым влиять на процессы разложения и минерализации, а также на связывание азота и внутреннее закисление.
Несмотря на выпадающие кислотные осадки почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды т.е. до определенной степени она может сопротивляться усилению кислотности. Сопротивляемость почвы определяет как правило наличие известниковых и песчаниковых пород (в состав которых входит карбонат кальция CaCO 3), которые в результате гидролиза имеет щелочную реакцию.
Закисление пресных вод.
Закисление пресных вод – это потеря ими способности к нейтрализации. Закисление как правило вызывают сильные кислоты такие как серная и азотная кислота. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно.
Процесс закисления водоемов можно условно разделить на 3 фазы:
1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е. уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН.
2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната. Значение рН тогда падает ниже 5,5. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать уже при рН = 6,5.
Гибель живых существ помимо действия сильноядовитого иона алюминия может быть вызванна и тем, что под воздействием иона водорода выделяются кадмий, цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество растительных питательных веществ начинает умненьшаться. Ион алюминия образует с ионом ортофосфата нерастворимый фосфат алюминия, который осаждается в форме донного осадка: Al 3+ + PO 4 3- ª AlPO 4 . Как правило уменьшение рН воды идет парралельно с сокращением популяций и гибелью рыб, земноводных, фито- и зоопланктона, а также множества различных других организмов.
Наибольшего масштаба закисление озер и рек достигло в Швеции, Норвегии, США, Канаде, Дании, Бельгии, Голландии, Германии, Шотландии, Югославии и ещё в целом ряде Европейских государств. Изучение 5000 озер в южной Норвегии показало, что в 1750 из них исчезли популяции рыб, а 900 другим озерам угрожает серьезная опасность. В южной и центральной частях Щвеции наблюдается потеря рыбы в 2500 озерах, то же самое предпологается в ещё 6500 озерах, где уже обнаруженны признаки закисления. Почти в 18 000 озерах рН воды менее 5,5, что очень неблагоприятно влияет на популяции рыб.
Непосредственное воздействие кислотных осадков на окружающую среду
1. Гибель растений. Непосредственная гибель растений в наибольшей степени наблюдается вблизи от непосредственного источника выбросов, а также в радиусе нескольких десятков километров от этого источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы. Это соединение адсорбируется на поверхности растения, главным образом на его листьях, и проникая в организм растения принимает участие в различных окислительно восстановительных реакциях. Под их воздействием происходит окисление ненасышенных жирных кислот мембран, тем самым изменяется их проницаемость, что в дальнейшем оказывает влияние на такие жизнено-важные процессы как дыхание и фотосинтез. В первую очередь происходит гибель лишайников, которые могут существовать только при очень чистом состоянии окружающей среде. Лишайники являются чувствительными индикаторами различных видов воздушного загрязнения. Недавние исследования, произведённые в университете Ноттингема, показали, что образующие подушки виды рода Cladonia могут служить чувствительными индикаторами кислотных дождей.
2. Прямое воздействие на человека. Особую опасность для здоровья человека представляют аэрозольные частицы кислотного характера. Степень их опасности зависит в первую очередь от их размеров. Крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, тогда как мелкие (менее 1 мкм.) капли состоящие из смеси серной и азотной кислот могут проникать в самые отдаленные участки легких и наносить там существенные повреждения. Кроме того такие металлы как алюминий (и др. тяжелые металлы) могут попасть в ту пищевую цепочку на вершине которой стоит человек, что может привести к его отравлению.
3. Коррозия металлов, зданий и памятников. Причиной коррозии является увеличение концентрации иона водорода на поверхности металлов, от которой в большой степени и зависит их окисление. В загородных районах степень коррозии металлоконструкции составляет несколько микрометров в год, в то время как в загрязненных городских районах она может достигнуть 100 мкм. в год. Кислотный дождь может причинять ущерб не только металлам, но и зданиям, памятникам и прочим сооружениям. Памятники построенные из известняка и песчанника подвергаясь воздействию кислотного дождя разрушаются очень быстро. Содержащийся в песчанниках и известняках СаСО 3 превращаясь в сульфат кальция легко вымывается дождевой водой.
В настоящий момент основным топливом в Эстонии является ископаемый сланец, который имеет довольно высокое содержание серы. Однако в силу его термического использования в атмосферу выбрасываются также основные окислы, нейтрализующие кислотные компоненты. Поэтому сжигание сланца кислотных дождей не вызывает. Даже напротив, в Северо – Восточной Эстонии выпадают щелочные осадки рН которых может достигать 9 и более едениц.
Пути решения проблеммы
Для разрешения проблеммы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы двуокиси серы и окиси азота в атмосферу. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения энергии получаемой человеком при сжигании ископаемого топлива и увеличения количества электростанций использующих альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов). Другие возможности для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу это:
1. Снижение содержания серы в различных видах топлива. Наиболее приемлемым решением было бы использование только тех видов топлива, которые содержат минимальные количества соединений серы. Однако таких видов топлива очень мало. Только 20% из всех мировых запасов нефти имеют содержание серы менее 0,5%. И в будующем, к сожалению, содержание серы в используемом топливе будет увеличиваться, так как нефть с низкими содержаниями серы добывается ускоренными темпами. Также дело обстоит и с ископаемыми углями. Удаление серы из состава топлива оказалось очень дорогим процессом в финансовом плане, к тому же удается вывести из состава топлива не более 50% соединений серы, что является недостаточным количеством.
2. Применение высоких труб. Данный метод не уменьшает воздействия на окружающую среду, но увеличивает эффективность перемешивания загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы, что приводит к выпадению кислотных осадков на более удаленных территориях от источника загрязнения. Данный метод уменьшает воздействие загрязнений на местные экосистемы, но увеличивает опасность кислотных дождей в более удалённых регионах. Кроме того данный метод является очень безнравственным, так как страна в которой происходят эти выбросы переносит часть последствий на другие страны.
3. Технологические изменения. Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения. В ходе проведенных эксперементов удалось установить, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения с избытком воздуха. Таким образом, соответствующие изменения технологий могут сократить количество выбросов. Сокращение выбросов двуокиси серы можно получить в результате очистки конечных газов от серы. Наиболее распространеный метод это мокрый процесс, когда конечные газы барботируются через раствор известняка, в результате чего образуются сульфит и сульфат кальция. Таким способом можно удалить из конечных газов наибольшее количество серы.
4. Известкование. Для уменьшения закисления озер и почв в них добавляют щелочные вещества (СаСО 3). Данная операция очень часто применяется в Скандинавских странах, где известь распыляют с вертолетов на почву или на водосборную территорию. Скандинавские страны в отношении кислотных дождей страдают больше всего, так как большенство Скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях богатых известняком. Но наряду с преимуществами известкование имеет и свой ряд недостатков:
· В проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация происходит недостаточно эффктивно;
· Происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод и почв;
· Не удается устранить все вредные последствия закисления;
· С помощью известкования нельзя удалять тяжелые металлы. Эти металлы во время уменьшения кислотности переходят в труднорастворимые соединения и осаждаются, однако при добавлении новой порции кислоты снова растворяются, представляя таким образом постоянную потенциальную опасность для озер.
Необходимо отметить тот факт, что до сих пор не разработан такой способ, который при сжигании ископаемого топлива будет позволять снижать до минимума выбросы двуокиси серы и азота, а в ряде случаев полностью предотвращать его.
Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности в Скандинавии, и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций. До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций. В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. кв. км, составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5. В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 кв. км выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков. В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы.
Специфическая особенность кислотных дождей - их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния - сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда "политика высоких труб" как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха. Почти все страны одновременно являются "экспортерами" своих и "импортерами" чужих выбросов. Экспортируется "мокрая" часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него.
Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу выбросами характерен для всех стран Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция больше направляют окисленной серы к соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы (до 70% кислотных дождей в этих странах - результат "экспорта" из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков - одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады.
Кислотные дожди и причины их выпадения
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5,6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы, превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.
Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O = H2CO3). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5,6-5,7, в реальной жизни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H2SO4) и азотной (HNO3) кислот. Наличие серы и азота в этих формулах показывает, что проблема связана с выбросом данных элементов в атмосферу. При сжигании топлива в воздух попадает диоксид серы, также происходит реакция атмосферного азота с атмосферным кислородом и образуются оксиды азота.
Как уже было сказано, определенный уровень кислотности имеет любая дождевая вода. Но в нормальном случае этот показатель соответствует нейтральному уровню pH - 5,6-5,7 или несколько выше. Небольшая кислотность объясняется содержанием в воздухе углекислого газа, но считается настолько низкой, что не наносит никакого вреда живым организмам. Таким образом, причины кислотных дождей связаны исключительно с деятельностью человека, и не могут быть объяснены естественными причинами.
Предпосылки для повышения кислотности атмосферной воды возникают, когда промышленные предприятия выбрасывают большие объемы оксидов серы и оксидов азота. Наиболее характерные источники таких загрязнений - это выхлопные газы автомобилей, металлургическое производство и тепловые электростанции (ТЭЦ). К сожалению, современный уровень развития технологий очистки не позволяет отфильтровывать соединения азота и серы, который возникают в результате сгорания угля, торфа, других видов сырья, что используются в промышленности. В итоге такие оксиды попадают в атмосферу, соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света, и выпадают на землю в виде осадков, которые и называют «кислотные дожди».
Загрузка...
