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.
Что такое вода, знают все. Ее на Земле огромное количество - полтора миллиарда кубических километров.
Если представить Ленинградскую область дном гигантского стакана и попытаться в него вместить всю воду Земли, то высота его должна быть больше, чем расстояние от Земли до Луны. Казалось бы, воды так много, что ее должно всегда хватать в избытке. Но беда в том, что во всех океанах вода соленая. Нам же, да и почти всему живому, нужна вода пресная. А вот ее не так много. Поэтому мы опресняем воду.
В пресной воде рек и озер много растворимых веществ, в том числе ядовитых, в ней могут быть болезнетворные микробы, поэтому использовать ее, а тем более пить без дополнительной очистки нельзя. Когда идет дождь, капли воды (или снежинки, когда идет снег) захватывают из воздуха вредные примеси, попавшие в него из труб какого-нибудь завода.
В результате в некоторых местах Земли выпадают вредные, так называемые кислотные дожди. Ни растениям, ни животным это не нравится.
Благодатные капли дождя всегда радовали человека, но теперь уже во многих районах планеты дожди превратились в серьезную опасность.
Кислотные осадки (дожди, туманы, снег) - это осадки, кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение pH (водородный показатель). Шкала значения pH идет от 02 (крайне высокая кислотность), через 7 (нейтральная среда) до 14 (щелочная среда), причем нейтральная точка (чистая вода) имеет pH=7. Дождевая вода в чистом воздухе имеет pH=5,6. Чем ниже значение pH, тем выше кислотность. Если кислотность воды ниже 5,5 , то осадки считаются кислотными. На обширных территориях промышленно развитых стран мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную от 10 - 1000 раз (рН= 5-2,5).
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H 2 SO 4) и азотной (HNO 3) 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.
Эти газообразные продукты (диоксид серы и оксид азота) реагируют с атмосферной водой с образованием кислот (азотной и серной).
В водных экосистемах кислотные осадки вызывают гибель рыб и других водных обитателей. Подкисление воды рек и озер серьезно влияет и на сухопутных животных, так как многие звери и птицы входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.
Вместе с гибелью озер становится очевидной и деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных микроорганизмов. Во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги.
Выщелачивание биогенов из почвы и высвобождение токсичных элементов способствует замедлению роста и гибели деревьев. Можно предположить, что происходит и с дикими видами животных, когда погибают леса.
Если разрушается лесная экосистема, то начинается эрозия почвы, засорение водоемов, наводнение и ухудшение запасов воды становятся катастрофическими.
В результате закисления в почве происходит растворение питательных веществ, жизненно необходимых растениям; эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Одновременно выщелачиваются из почвы и тяжелые металлы, которые затем усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения. Используя такие растения в пищу, человек также получает вместе с ними повышенную дозу тяжелых металлов.
Когда деградирует почвенная фауна, снижаются урожаи, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, а это, как мы знаем, влечет за собой ухудшение здоровья населения.
Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, а также ртуть и свинец. которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды. Алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Тяжелые металлы, находящиеся в природных водах, отрицательно влияют на почки, печень, центральную нервную систему, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться через 20 лет и более не только у тех, кто употребляет грязную воду, но и у их потомков.
Кислотные дожди разьедают металлы, краски, синтетические соединения, разрушают архитектурные памятники.
Наиболее характерны кислотные дожди для индустриальных стран с высокоразвитой энергетикой. За год теплоэлектростанции России выбрасывают в атмосферу около 18 миллионов тонн сернистого ангидрида, а помимо этого, благодаря западному переносу воздуха, приходят сернистые соединения с Украины и Западной Европы.
Для борьбы с кислотными дождями необходимо направить усилия на сокращения выбросов кислотообразующих веществ угольными электростанциями. А для этого необходимо:
использование низкосернистого угля или его очистка от серы
установка фильтров для очистки газообразных продуктов
применение альтернативных источников энергии
Большинство людей остается безучастными к проблеме кислотных дождей. Собираетесь ли вы равнодушно ждать гибели биосферы или будете действовать?
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.
Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности
Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.
С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.
Как бороться с кислотными дождями — вопрос, который уже давно заботит самые просветленные умы нашего времени. Планета, которую мы унаследовали от наших предков, уже не та. А передадим мы ее нашим детям в еще более плачевном состоянии. Через чрезмерное сжигание наших невозобновляемых ископаемых видов топлива на электростанциях, заводах и на транспорте, мы создали загрязнения, кислотные дожди и прочие экологические катаклизмы.
Сегодня любой дождь имеет высокий уровень азотной и серной кислот. Он оказывает разрушительное воздействие на наши океаны, озера и реки, и на все живое, что населяет нашу планету.
Актуальная проблема
Кислотный дождь состоит из загрязняющих веществ в воздухе. Кислотные дожди — это своего рода осадки, которые могут проявляться во многих формах. Влажные осадки, такие как дождь, мокрый снег, или туман содержат жидкость с повышенным уровнем PH. Сухие осадки — это еще одна форма, когда газы и частицы пыли становятся кислотно агрессивными.
Энергосбережение — самый большой шаг, который можно предпринять, чтобы предотвратить кислотные дожди. Современное человечество просто обязано уменьшить потребление энергии. Среди простых советов ученые перечисляют:
- Выключать свет, когда вы покидаете комнату.
- Выключать компьютеры и телевизоры.
- Когда вы не используете электрический прибор, просто выключите его для экономии энергии.
Еще один крупный потребитель энергии — это отопление вашего дома и системы охлаждения. Обязательно используйте кондиционер только для кондиционирования, когда вы действительно в этом нуждаетесь. Также, когда вы уходите из дома, выключайте термостаты. Это не будет вам ничего стоить, вы просто сэкономите электроэнергию.
Оба вида осадков могут быть унесены ветром, иногда на очень большие расстояния. Кислотные дожди во влажных и сухих формах выпадают на здания, автомобили и деревья, приводят к повышению кислотности в водоемах. От кислотных дождей страдает не только окружающая природа, но и люди.
Что такое кислотность
Кислотность измеряется по шкале рН. Шкала рН работает от нуля (самый кислый показатель) до 14 (самый щелочной). Вещество, которое не является ни щелочным или кислотным, называется «нейтральным», и имеет показатель кислоты рН 7.
Предотвращение кислотных дождей — вопрос, сильно волнующий ученых. Они требуют уменьшить количество диоксида серы, который выходит из угольных электростанций. Они предлагают различные методы, эффективность которых может помочь человечеству справиться с этой проблемой. Активисты ищут любые пути решения, чтобы спасти нашу планету, избавиться от вредных осадков и предотвратить дальнейшие загрязнения.
Снижение загрязнения
Было выдвинуто решение — использование угля, который содержит меньше серы. Альтернативным способом можно считать предложение «промывать» уголь, чтобы удалить скопления серы. Электростанция также может установить оборудование под названием скрубберы. Их предназначение – нейтрализовать диоксид серы в газах, выходящих из дымовой трубы.
Окислы азота создаются в процессе сжигания угля и других видов ископаемого топлива, но некоторые электростанции не оборудованы таким образом, чтобы сжигать уголь. Предотвращающих функций этих приборов вполне достаточно, чтобы существенно уменьшить угрозу планете. Дополнительные проблемы вызывает переоборудование этих электростанций.
Другие источники энергии
Отличный способ, чтобы уменьшить последствия кислотных дожей — производство энергии без использования ископаемого топлива. Вместо этого, люди могут использовать возобновляемые источники энергии, такие как солнечные и ветряные электростанции. Эти методы могут решить проблему кислотных дождей, если будут использоваться комплексно.
Возобновляемые источники энергии помогают уменьшить количество кислотных дождей, потому что они производят гораздо меньше загрязнения. Эти источники энергии могут быть использованы для энергетического машиностроения и производства электроэнергии.
Альтернативные виды топлива — отличный способ, чтобы предотвратить кислотные дожди и прекратить использование невозобновляемых видов топлива. Потребители должны перейти на возобновляемые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и водная энергия. Попробуйте использовать солнечные системы отопления, батареи и мощные автомобили, чтобы внести свой вклад в спасение окружающей среды.
Экологически чистые автомобили
Легковые и грузовые автомобили являются основными источниками загрязняющих веществ, которые вызывают кислотные дожди. Проблему усугубляет количество транспорта в городах. В то время, как одна машина не производит много загрязнений, все машины на дороге вместе создают серьезные загрязнения. Поэтому, производители автомобилей обязаны уменьшить количество окиси азота и других загрязняющих веществ, поступающих от новых автомобилей.
Один тип технологии, используемый в автомобилях, называется каталитический нейтрализатор. Данное оборудование используется уже более 20 лет. Оно призвано уменьшить количество окислов азота, образующихся в процессе эксплуатации автомобилей. Некоторые новые автомобили могут также использовать более чистые виды топлива, такие как природный газ.
Автомобили, которые производят меньше загрязнения, и лучше для окружающей среды, часто хвалят именно за низкие выбросы вредных веществ.
Методы борьбы с кислотными дождями — одна из самых актуальных проблем современного общества. Только коллективный подход к решению этой проблемы может привести к ощутимым результатам. Кислотные дожди, без преувеличения, бич современности, бороться с которым следует начинать как можно скорее. Каждый человек должен задать себе вопрос: «Как именно вы боретесь с выбросами в атмосферу, и делаете ли это вообще?» И хочется надеяться, что ответ будет положительным.
Смог
Загрязнение атмосферы
В результате загрязнения окружающей среды возникают многие локальные и глобальные экологические проблемы, являющиеся характерной чертой современного экологического кризиса. Наиболее известные из них связаны с загрязнением атмосферного воздуха. Далее приводится информация о некоторых таких явлениях.
Загрязнение атмосферного воздуха - это любое изменение его состояния и свойств, которое оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистем. Загрязнение атмосферы может быть естественным (природным) или антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение воздуха вызывается вулканической деятельностью, выветриванием горных пород, ветровой эрозией, дымом от лесных и степных пожаров.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение.
Различают местное, региональное и глобальное загрязнения атмосферы. Примером местного загрязнения может служить район г. Красноярска, примыкающий к КРАЗу; регионального - плато Путорана в окрестностях г. Норильска; глобального - повышенное содержание СО 2 во всей современной атмосфере земного шара.
Главные загрязнители (поллютанты) - диоксид серы (SО 2), оксиды углерода (СО) и твердые частицы. На их долю приходится около 98 % в общем объеме вредных веществ. Помимо главных загрязнителей, в атмосфере городов и крупных поселков наблюдается еще около 70 наименований вредных веществ, среди которых чаще встречаются формальдегиды, фтористый водород, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др. Однако во многих городах концентрация главных загрязнителей - диоксида серы и окиси углерода – наиболее часто превышает допустимые уровни.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются тепловые и атомные электростанции, котельные установки, предприятия черной металлургии, химическое производство, выбросы автотранспорта, газо- и нефтепереработка, сжигание мусора.
Выделяют следующие основные виды загрязнения атмосферы: смог, кислотные осадки, накопление парниковых газов и нарушение озонового экрана.
Смог – (в широком смысле) любое видимое невооруженным глазом загрязнение воздуха.
Самым первым из официально зарегистрированных случаев загрязнения атмосферы, имевшим серьезные последствия, стал смог в г. Донора (США) в 1948. В течение 36 часов было зарегистрировано два десятка смертей, сотни жителей чувствовали себя очень плохо. Спустя четыре года в декабре 1952 еще более трагический случай произошел в Лондоне. Из-за загрязнений, скопившихся в воздухе, за пять дней погибли более 4000 человек. Хотя в последующие годы сильный смог в Лондоне и других городах наблюдался неоднократно, таких катастрофических последствий, к счастью, больше не было.
Условия формирования : пылегазовое загрязнение воздуха в сочетании с неблагоприятными погодными условиями (повышенная влажность воздуха, повышенная солнечная активность), вследствие чего имеет место синергический (взаимоусиливающий) эффект. Дополнительным условием усиления смога является штилевая погода и температурная инверсия. Последнее проявляется в перекрытии холодного воздуха над землей слоем вышерасположенного теплого воздуха. Происходит это, когда холодный воздух «подтекает» (вклинивается) под теплый. Вследствие этого восходящее движение воздуха блокируется и загрязняющие вещества не уносятся вверх, а накапливаются над Землей. Явление температурной инверсии могут усиливать рельефные особенности. Так окружающие загрязненный участок горы препятствуют горизонтальному оттоку загрязнителей.
Существует три разновидности смога:
· Влажный смог (лондонского типа) – сочетание газообразных загрязнителей (в основном SO 2), пылевых частиц и капель тумана. Концентрации оксидов серы, пыли и оксида углерода достигает опасных для человека уровней. Так, в 1952 г. в Лондоне более 4000 людей погибло от влажности смога.
· Ледяной смог (аляскинского типа) – сочетание пылегазового загрязнения и замерзших капель тумана.
· Фотохимический смог (лос-анжелесского типа) – вторичное загрязнение воздуха вследствие разложения и химического взаимодействия загрязняющих веществ, в первую очередь оксидов азота и летучих углеводородов, под действием солнечных лучей. Следствием вторичного загрязнения атмосферы при фотохимическом смоге является образование фотохимических окислителей (агрессивных и вредных соединений O 3 (озон), СО (угарный газ), пероксилцилнитраты (ПАН) и др. Только в Токио в 1970 г такой вид смога вызвал отравление 10 тыс. людей, а в 1971 – 28 тыс.
Условия образования фотохимического смога. Сжигание топлива в двигателе автомобиля происходит при высокой температуре, начинается взаимодействие между кислородом и азотом, входящими в состав атмосферного воздуха. Образующийся при диссоциации молекул кислорода атомарный кислород способен расщепить молекулу сравнительно инертного азота, инициируя цепную реакцию:
O 2 + квант света ® O* + O* (радикалы кислорода)
O* + N 2 ® NO + N*
N* + O 2 ® NO + O*
В результате в выхлопных газах появляется монооксид азота, который, попав в атмосферу, окисляется кислородом воздуха, превращаясь в диоксид азота. Бурый диоксид азота фотохимически активен. Поглощая свет, он диссоциирует:
Таким образом, в воздухе появляется реакционноспособный атом кислорода, который может вступать в реакции с образованием озона:
O* + O 2 ® O 3 .
Присутствие озона – наиболее характерный признак фотохимического смога. Он не образуется при сгорании топлива, а является вторичным загрязнителем. Обладая сильнейшими окислительными свойствами, озон оказывает вредное действие на здоровье людей и разрушает многие материалы, в первую очередь, резину.
К отрицательным последствиям смога относится:
§ ухудшение состояния людей (головные боли, удушье, тошнота, аллергические явления на коже, глазах, слизистых верхних дыхательных путей); может повышать смертность;
§ смог приводит к усыханию растительности, потере урожаев сельскохозяйственных культур;
§ вызывает преждевременный износ зданий, металлических сооружений, резиновых изделий и т.д. Например, лос-анджелесский смог больше повреждает резину, а лондонский – железо и бетон.
Сейчас экологические проблемы автотранспорта в крупных российских городах стали серьезной проблемой. Так, автомобильные выхлопы в Москве и Санкт-Петербурге исчисляются сотнями тысяч тонн в год. Автотранспорт уверенно вышел на первое место среди всех прочих источников загрязнения воздуха. Поэтому в Москве, Петербурге и других крупных городах смог становится частым гостем, особенно в безветренную погоду.
Для предотвращения смога необходимо :
§ совершенствовать двигатели автомобилей;
§ эффективно очищать выхлопные газы;
§ количество монооксида углерода, образующегося в автомобильных двигателях, можно уменьшить, дожигая его до менее опасного диоксида углерода. Повышение доли воздуха в горючей смеси способствует уменьшению выброса не только СО, но и несгоревших углеводородов. Наиболее эффективными оказались каталитические преобразователи, в которых монооксид углерода и несгоревшие углеводороды окисляются до диоксида углерода и воды, а оксиды азота восстанавливаются до молекулярного азота. К сожалению, каталитические дожигатели нельзя использовать в случае заправки автомобиля этилированным бензином. Такой бензин содержит соединения свинца, необратимо отравляющие катализатор. Увы, в нашей стране этилированный бензин еще широко используется;
§ чтобы уменьшить выбросы диоксида серы, из нефти предварительно удаляют соединения серы, а отходящие дымовые газы дополнительно очищают. Попадание соединений серы в атмосферу можно уменьшить и за счет сжигания твердого топлива в кипящем слое. Выбросы твердых частиц тепловыми электростанциями снижают, применяя электрофильтры или вакуумные воздушные фильтры.
Кислотные осадки – это любые осадки (дождь, туман, снег), кислотность которых ниже нормальной вследствие их подкисления воздушными примесями. К кислотным осадкам относят также выпадение из атмосферы сухих кислых частиц (иначе кислотные отложения).
Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит в монографии «Воздух и дождь: начало химической климатологии». В отсутствии загрязняющих примесей в воздухе реакция дождевой воды слабокислая (pH = 5,6), так как в ней легко растворяется углекислый газ из воздуха с образованием слабой угольной кислоты. Поэтому точнее кислотными следует называть осадки с pH £ 5,5.
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H 2 SO 4) и азотной (HNO 3) 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. Поэтому условия образования кислотных осадков - массовое поступление в атмосферу двуокиси серы (SO 2) и оксидов азота (NO 2 и др.), которые вследствие их растворения в воде подкисляют осадки:
SO 3 + H 2 O ® H 2 SO 4 ,
NO 2 + H 2 O ® HNO 3 .
Кислотность осадков обычно обусловлена на 2/3 присутствием серной кислоты и на 1/3 – азотной кислоты.
Рисунок 2. Механизм образования кислотных осадков
Кислотность осадков зависит как от количества кислот (уровня загрязнения атмосферы окислами серы и азота), так и от количества воды, поступающей на землю в виде осадков. pH понижается (значит повышается кислотность) у осадков в такой последовательности: ливневые дожди ® моросящие дожди ® туманы. Значительной кислотностью может обладать кислотная роса, которая образуется из кислотных отложений (сухие кислые осадки) на поверхности растений и других объектах при выпадении небольшого количества капельной воды (росы).
Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно. Опоздание составляет 10 -- 20 лет.
Источники поступления в атмосферу окислов серы и азота: теплоэлектростанции (работающие на низкосортных углях и мазуте); промышленные котельные; выхлопные газы автомобильного транспорта и др. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения (Рисунок 2).
В целом кислотность осадков, особенно в местах концентрации промышленных предприятий, может превышать нормальную в 10-1000 раз.
Динамика. 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.
В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км 2 , составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5.
В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км 2 в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны - в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км2) - в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4. Самым благоприятным регионом в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).
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. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия.
Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами.
Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год.
Последствия выпадения кислотных осадков сводятся отрицательному влиянию на компоненты экосистем:
1. Кислые осадки приводят к деградации лесов вследствие прямого ожога тканей растений, вымывания биогенов из почв, снижения устойчивости растений к вредителям и болезням. Выщелачивание алюминия и тяжелых металлов из почвы поступающими кислотами, и дальнейшее их поступление в растения или водоемы вызывает отравление организмов. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит. В середине 70-х годов стали замечать, что заросли норвежской ели начали желтеть и осыпаться, 50 млн. га леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди. Примеры:
§ В Голландии и Великобритании к 1986 г. около трети деревьев оказались «полностью или умеренно обнаженными». В ФРГ то же самое случилось с 20%, в Чехословакии и Швейцарии примерно с 16% деревьев.
§ В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед – кислотные дожди.
§ Кроме того, загрязнение атмосферы ТЭС и ТЭЦ привело, как полагают учёные, к новому явлению поражению некоторых видов мягких пород деревьев, а также к быстрому и одновременному падению скорости роста по меньшей мере шести видов хвойных деревьев.
3. Особенно негативное воздействие от выпадения «кислотных дождей» ощутила на себе Скандинавия. В 70-х годах в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной Европе. Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы не беспредельны. Интенсивность влияния зависит от буферной емкости экосистемы. Однако возможности буфера ограничены, при непрекращающемся поступлении в экосистему кислотных осадков он химически расходуется и наступает момент, при котором даже незначительное дальнейшее поступление кислоты приводит к снижению pH в биотопе экосистемы. При уменьшении pH в водных экосистемах уменьшается репродуктивная способность, отмечается гибель (в первую очередь более примитивных) организмов; нарушаются длительно складывающиеся пищевые цепи не только в воде, но и околоводных наземных экосистемах. Зафиксировано:
§ Понижение способности к воспроизводству лососей и форели при рН < 5,5.
§ Гибель и понижение продуктивности многих видов фитопланктона, когда рН<6 – 8.
§ Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.
§ Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и донных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.
4. Канадским экологам удалось установить, что популяция обитающих в коралловых рифах Карибского моря рыб сократилась на 32-72% за последние 10-15 лет. Об этом сообщает Science NOW. Экологи называют несколько возможных причин сокращения численности кораллов. Среди них - увеличение кислотности воды в связи с ростом уровня CO 2 в атмосфере и повышение температуры океанов.
5. Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры . Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО 2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО 4). Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу – шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне – Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме. Более 100 тыс. ценнейших витражей, украшающих соборы в Шатре, Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут быть полностью утрачены в ближайшие 15 – 20 лет.
6. Изучение историй болезни большого числа горожан ясно показывает, что в городских районах с самым большим уровнем загрязнения воздуха наблюдается наибольшее число заболеваний органов дыхания и наиболее низкая средняя продолжительность жизни. Влияние на людей и изделия:
· аллергические реакции кожных и слизистых покровов у людей;
· преждевременный износ из-за ускоренной коррозии зданий, сооружений, памятников архитектуры (изготовленных из мрамора);
· резко снижается продуктивность сельскохозяйственных угодий.
Мероприятия по снижению разрушительного действия кислотных осадков. Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70 – 80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного выброса.
В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.
Одним из мероприятий по контролю за кислотными осадками является мониторинг. Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, и 108 пунктов, на которых в оперативном порядке измеряют только величину рН.
Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км 2 . Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяют значение рН.
