Нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию, так как в воздухе, где образуются частицы влаги, содержится диоксид углерода. Но если в атмосфере повышено содержание загрязняющих веществ, выброшенных в результате работы автомобилей, металлургических предприятий, электростанций и другой человеческой деятельности, то вода реагирует с этими соединениями, и ее pH понижается. В ней присутствуют серная, азотистая, сернистая, азотная и другие кислоты. И при на землю в виде дождя, снега или других видов осадков (в том числе и тумана), эти вещества взаимодействуют с окружающей средой и оказывают на нее пагубное влияние.

Последствия кислотных дождей

Если кислотный дождь наблюдается в районе водоемов – над реками, озерами, морями, то вода в них тоже постепенно начинает окисляться, хотя при небольших воздействиях активно противостоит изменениям pH. Но если кислотные дожди проходят регулярно, то эта устойчивость снижается, в результате экологическое состояние водоемов ухудшается. При высокой концентрации кислот в воде начинают погибать живущие в ней существа, чаще всего насекомые. Например, мухи-однодневки не могут жить при pH более 5,5. Рыбы более устойчивы к таким загрязнениям, но если насекомые погибают, то неизбежно нарушается цепочка: например, форель, которая питается этими , сталкивается с недостатком еды. В результате снижается и количество рыбы в водоеме.

Некоторые рыбы могут существовать в кислой воде, но не могут выращивать в ней потомство, что тоже приводит к гибели популяции.

Если кислотный дождь выпадает на леса, листья деревьев разрушаются и опадают. Чаще всего такому воздействию подвергаются высокие деревья, которые оказываются в кислотных облаках. Незначительные осадки с высокой кислотностью уничтожают леса медленнее и незаметнее: они постепенно снижают плодородность почвы и насыщают ее токсинами, растения начинают болеть и медленно вымирают.

Машины, вызывающие загрязнения воздуха, потом от них же начинают страдать: кислотные осадки разрушают их защитные покрытия. Не менее опасны такие дожди для сооружений, созданных человеком: здания и памятники, сделанные из мрамора или известняка, буквально разъедает, так как из них вымывается кальцит.

Гранитные и песчаные породы более устойчивы к воздействию кислот.

Кислотные дожди представляют опасность и для здоровья человека. Внешне их невозможно различить, они похожи на обычный дождь, не имеют специфического запаха или вкуса и не приводят к неприятным ощущениям на коже. Подвергнуться воздействию кислот можно не только во время осадков, но и плавая в реке или озере. Это приводит к повышению риска сердечно-сосудистых заболеваний, респираторных болезней – астмы, бронхита, гайморита.

Кислотные дожди – распространенная проблема на многих территориях по всему миру. Они представляют серьезную опасность для человека и окружающей среды. Поэтому следует правильно бороться с данной проблемой, своевременно выявлять ее, что позволит уберечься от подобного негативного влияния.

Кислотные дожди – что это такое

Считается, что любые осадки должны иметь кислотность, находящуюся в пределах 5,6–5,8 рН. В таком случае вода, выпадающая на конкретной территории, является слабокислым раствором. Он не представляет опасности для окружающей среды и безвреден для людей.

Что такое кислотные дожди

Если кислотность осадков повышается, их называют кислотными. В норме дождь отличается слабокислыми свойствами, что объясняется химической реакцией, которая происходит в воздухе между углекислым газом и водой. Вследствие такого взаимодействия образуется угольная кислота. Именно она придает дождю слабокислые свойства. Повышение кислотности осадков объясняется присутствием в составе нижних слоев атмосферы различных загрязняющих веществ.

Чаще всего данное явление вызвано оксидом серы. Он вступает в фотохимическую реакцию, что приводит к образованию серного ангидрида. Данное вещество взаимодействует с водой, что заканчивается формированием сернистой кислоты. Постепенно она окисляется при высокой влажности воздуха. В результате формируется особенно опасная серная кислота.

Другим веществом, которое провоцирует кислотные дожди, называют оксид азота. Он таким же образом вступает в химическую реакцию с частицами воздуха и воды, формируя опасные соединения. Основной опасностью таких осадков называют то, что они внешне никак не отличаются от обычных по цвету или запаху.

Причины появления кислотных дождей

Причинами появления осадков с повышенной кислотностью называют:

Почему образовываются кислотные дожди

выхлопы транспортных средств , которые работают на бензинном топливе. При сгорании вредные вещества поступают в атмосферу, загрязняя ее;
работа тепловых электростанций . Для производства энергии сгорают миллионы тонн топлива, что негативно сказывается на экологии;
добыча, переработка и использование различных полезных ископаемых (руда, газ, уголь);
следствие извержения вулканов , когда в окружающую среду попадает много кислотообразующих выбросов;
активные процессы разложения биологических остатков . В результате образуются химически активные соединения (сера, азот);
деятельность промышленных объектов , занимающихся металлообработкой, машиностроением, производством изделий из металла;
активное использование аэрозолей и спреев , содержащих хлороводород, что приводит к загрязнению атмосферы;
использование кондиционеров и холодильного оборудования . Они работают за счет фреона, утечки которого особенно опасны для экологии;
производство строительных материалов . В процессе их изготовления образуются вредные выбросы, провоцирующие кислотные дожди;
удобрение грунтов азотсодержащими составами , которые постепенно загрязняют атмосферу.

Воздействие кислотных осадков на человека и экологию

Осадки, загрязненные кислотными веществами, очень опасны для всей экосистемы – флоры, фауны и человека. Такие дожди способны спровоцировать серьезные экологические проблемы, требующие комплексного подхода к их решению.

При попадании кислотных осадков в грунт уничтожаются питательные вещества, необходимые для нормального роста растений. Они вытягивают на поверхность грунта опасные для человека металлы (свинец, алюминий), которые ранее находились в неактивном состоянии. При длительном воздействии на грунт данного фактора, он становится непригодным для выращивания сельскохозяйственных культур. А для восстановления его свойств требуется не один год и кропотливая работа специалистов.

Такое же негативное влияние осадков с повышенной кислотностью оказывается и на состояние водоемов. Они становятся непригодными для жизни рыб и роста водорослей, поскольку нарушается баланс их естественной среды обитания.

Также высокая кислотность осадков приводит к загрязнению воздуха. Воздушные массы наполняются огромным количеством токсичных частиц, которые вдыхаются человеком и остаются на поверхности зданий. Они разрушают лакокрасочные покрытия, облицовочные материалы, металлические конструкции. В результате нарушается внешний вид зданий, памятников, автомобилей и всего, что находится на открытом воздухе.

Последствия выпадения кислотных осадков

Кислотные дожди приводят к глобальным экологическим проблемам, которые затрагивают каждого человека:

изменяется экосистема водоемов, что приводит к гибели рыб и водорослей;
воду из загрязненных водоемов невозможно использовать из-за повышенной концентрации в ее составе токсинов;
повреждение листвы и корней деревьев, что приводит к их гибели;
грунт, где постоянно отмечают повышенную кислотность осадков, становится непригодным для роста каких-либо растений.

Кислотные дожди негативным образом сказываются не только на состоянии флоры и фауны, но и на жизнедеятельности человека. Гибель скота, промысловых видов рыбы и урожая негативно влияет на экономическую ситуацию в стране. А порча имущества (облицовки зданий, объектов, представляющих архитектурную или историческую память) приводит к дополнительным расходам на их восстановление.

Подобные осадки крайне негативно сказываются и на здоровье населения. Люди, имеющие хронические заболевания дыхательной системы, попавшие в зону поражения кислотными дождями, почувствуют ухудшение самочувствия.

Очень опасны для людей растения, рыба, животные, находящиеся на территории, где постоянно наблюдают такие осадки. Регулярно употребляя подобную пищу, в организм проникают соединения ртути, свинца, алюминия. Вещества, находящиеся в кислотных дождях, вызывают у человека серьезные патологии. Они нарушают работу сердечно-сосудистой, нервной системы, печени, почек, вызывают интоксикацию, генетические мутации.

Как уберечься от кислотных осадков

Осадки с повышенной кислотностью являются серьезной проблемой в Китае, России и США, где находится много вредных металлообрабатывающих и угледобывающих предприятий. Бороться с этой проблемой локально невозможно. Необходимо принимать комплексные меры, обеспечить взаимодействие нескольких государств. Ученые во всем мире разрабатывают эффективные очистные системы, которые позволят минимизировать вредные выбросы в атмосферу.

Простой человек сможет обезопаситься от воздействия кислотного дождя при помощи зонта и дождевика. Рекомендуется вовсе не выходить на улицу в плохую погоду. Во время дождя необходимо закрыть все окна и не открывать их еще некоторое время после его завершения.

Загрязнение атмосферы соединениями серной и азотной кислот с последующим выпадением осадков называется кислотными дождями. Кислотные дожди образуются в результате выброса в атмосферу оксидов серы и азота предприятиями топливно-энергетического комплекса, автотранспортом, а также химическими и металлургическими заводами. При анализе состава кислотного дождя основное внимание обращается на содержание катионов водорода, определяющих его кислотность (рН). Для чистой воды водородный показатель рН = 7, что соответствует нейтральной реакции. Растворы с рН ниже 7 являются кислыми, выше - щелочными. Весь диапазон кислотности-щелочности охватывается значениями рН от 0 до 14.

Примерно две трети кислотных дождей вызываются диоксидом серы. Оставшаяся треть обусловлена в основном оксидами азота, которые также служат одной из причин парникового эффекта и входят в состав городского смога.

Промышленность разных стран ежегодно выбрасывает в атмосферу более 120 млн. т диоксида серы, который, реагируя с атмосферной влагой, превращается в серную кислоту. Попадая в атмосферу, эти загрязнители могут разноситься ветром на тысячи километров от источника и возвращаться на землю с дождем, снегом или туманом. Они превращают озера, реки и пруды в «мертвые» водоемы, уничтожая в них практически все живое - от рыб до микроорганизмов и растительности, губят леса, разрушают сооружения и памятники архитектуры. Многие животные и растения не могут выжить в условиях повышенной кислотности. Кислотные дожди не только вызывают подкисление поверхностных вод и верхних горизонтов почв, но и распространяются с нисходящими потоками воды на весь почвенный профиль и вызывают значительное подкисление грунтовых вод.

Сера содержится в таких полезных ископаемых, как уголь, нефть, медные и железные руды, при этом одни из них используются как топливо, а другие перерабатываются в химической и металлургической промышленности. При переработке сера превращается в различные химические соединения, среди которых преобладают диоксид серы и сульфаты. Образовавшиеся соединения частично улавливаются очистными устройствами, оставшаяся их часть выбрасывается в атмосферу.

Сульфаты образуются при сжигании жидких топлив и в ходе таких промышленных процессов, как нефтепереработка, производство цемента и гипса, а также серной кислоты. При сжигании жидких топлив образуется около 16% общего количества сульфатов.

Хотя кислотные дожди не создают таких проблем мирового масштаба, как глобальное потепление климата и истощение озонового слоя, их воздействие сказывается далеко за пределами страны, создающей это загрязнение.

Кислотные дожди и водоемы. Как правило, рН большей части рек и озер составляет 6...8, но при высоком содержании в их водах минеральных и органических кислот рН значительно ниже. Процесс попадания кислотных дождей в водоемы (реки, пруды, озера и водохранилища) включает много этапов, на каждом из которых их рН может и уменьшаться и возрастать. Например, изменение рН осадков возможно при их движении по лесной подстилке, взаимодействии с минералами, продуктами деятельности микроорганизмов.

Все живое чувствительно к изменению рН, поэтому повышение кислотности водоемов наносит непоправимый вред рыбным запасам. В Канаде, например, из-за частых кислотных дождей более 4 тыс. озер объявлены мертвыми, еще 12 тыс. - на грани гибели. Нарушено биологическое равновесие 18 тыс. озер в Швеции. В половине озер южной части Норвегии исчезла рыба.

Из-за гибели фитопланктона солнечный свет проникает на большую глубину, чем обычно. Поэтому все умершие от кислотных дождей озера поразительно прозрачные и необычайно голубые.

Кислотные дожди и леса. Огромный урон кислотные дожди наносят лесам, садам, паркам. Опадают листья, молодые побеги делаются хрупкими, как стекло, и гибнут. Деревья становятся более подверженными воздействию болезней и вредителей, отмирает до 50% их корневой системы, главным образом мелкие корни, питающие дерево. В ФРГ кислотными дождями уже погублена почти треть всех елей. В таких лесистых районах, как Бавария и Баден, пострадало до половины лесных угодий. Кислотные дожди наносят урон не только лесам, расположенным на равнинах, ряд повреждений зарегистрирован в высокогорных лесах Швейцарии, Австрии, Италии.

Кислотные дожди и урожайность сельскохозяйственных куль тур. Установлено, что последствия воздействия на сельскохозяйственные культуры кислотных дождей определяются не только их кислотностью и катионным составом, но и продолжительностью, а также температурой воздуха. В общем случае установлено, что зависимость роста и созревания сельскохозяйственных культур от кислотности осадков свидетельствует о взаимосвязи физиологии растений, развития микроорганизмов и ряда других факторов. Отсюда очевидно, что необходим количественный учет всех компонентов кислотных дождей, влияющих на урожайность и качество продукции, а также на сложные процессы функционирования почвенной биоты для каждого конкретного региона.

Кислотные дожди и материалы. Влияние кислотных дождей на широкую гамму конструкционных материалов становится из года в год все очевиднее. Так, ускоренная коррозия металлов под воздействием кислотных осадков, как отмечает американская печать, приводит к гибели самолетов и мостов в США. Серьезной проблемой, как известно, стало сохранение античных памятников в Греции и Италии. Основными повреждающими ингредиентами являются катион водорода, диоксид серы, оксиды азота, а также озон, формальдегид и пероксид водорода.

Интенсивность разрушения материалов зависит: от их пористости, так как чем выше удельная поверхность, тем больше ее сорбционная способность; от конструкционных особенностей, так как при наличии различных выемок они являются коллекторами кислотных осадков; от условий эксплуатации: скорости ветра, температуры, влажности воздуха и т.п.

На практике наибольшее внимание уделяют трем группам материалов: из металлов - нержавеющей стали и оцинкованному железу; из строительных материалов - материалам для наружных конструкций зданий; из защитных - краскам, лакам и полимерам для поверхностных покрытий. При воздействии осадков и газов их повреждающее действие обусловлено интенсивностью каталитических реакций с участием металлов, а также синергизмом (синергизм - способность одного вещества усиливать действие другого), при этом наиболее часто наблюдается равномерная коррозия.

По данным Европейского парламента, экономический ущерб от кислотных осадков составляет 4% валового национального продукта. Это должно учитываться при выборе стратегии борьбы с кислотными дождями в долгосрочной перспективе.

Конкретные меры по уменьшению выбросов серы в атмосферу реализуются в двух направлениях:

использование на ТЭЦ углей с низким содержанием серы;

очистка выбросов.

Малосернистыми считаются угли с содержанием серы менее 1%, а высокосернистыми - с содержанием серы более 3%. Чтобы уменьшить вероятность образования кислотных дождей, высокосернистые угли подвергают предварительной обработке. В состав угля обычно входят пиритная и органическая сера. Современные многостадийные методы очистки угля позволяют извлечь из него до 90% всей пиритной серы, т.е. до 65% общего количества ее. Для удаления органической серы в настоящее время разрабатываются методы химической и микробиологической очистки.

Аналогичные методы необходимо применять и к высокосернистой нефти. Мировые запасы нефти с низким содержанием серы (до 1 %) невелики и составляют не более 15%.

При сжигании мазута с высоким содержанием серы используют специальные химические присадки, которые позволяют снизить содержание диоксида серы в выбросах.

Одним из наиболее простых способов снижения количества оксидов азота при сжигании топлива является проведение процесса в условиях недостатка кислорода, что обеспечивается скоростью подачи воздуха в зону горения. В Японии разработана технология «дожигания» первичных продуктов сгорания. При этом сначала топливо (нефть, газ) сжигают в оптимальном режиме для образования оксидов азота, а затем в зоне дожигания уничтожают непрореагировавшее топливо. При этом реакции, приводящие к восстановлению оксидов, и их выброс снижаются на 80%.

Следующим направлением в решении этой проблемы является отказ от практики рассеивания газообразных выбросов. Их следует не рассеивать, уповая на огромные масштабы атмосферы, а, наоборот, улавливать и концентрировать.

Наиболее эффективный способ очистки выбросов от диоксида серы основан на реакции его с измельченной известью. В результате реакции 90% диоксида серы связывается с известью, образуя гипс, который можно использовать в строительстве. Так, теплоэлектроцентраль мощностью 500 МВт, снабженная установкой для очистки выбросов, дает за год 600 тыс. м 3 гипса.

Перспективной мерой по снижению вредных воздействий является установление лимитов на выбросы. Так, Агенство по охране окружающей среды США установило лимит общего выброса диоксида серы на территории страны, предусмотрев его ежегодное снижение. Это мероприятие дало определенный положительный эффект.

В последнее время из-за общего ухудшения экологической ситуации на нашей планете все чаще и чаще случается и такое неприятное экологическое явление как кислотные дожди. Возникновение кислотных дождей происходит по причине взаимодействия воздуха и воды в верхних слоях атмосферы с различными загрязнениями.

История кислотных дождей

Первый кислотный дождь в истории был зафиксирован еще в далеком 1872 году, как раз в эпоху расцвета индустриализации, массового строительства заводов и фабрик. Стоит ли говорить, что к XX веку это явление стало в разы более частым и, конечно же досталось нам жителям уже XXI века в наследство.

Причины кислотных дождей

Какие же причины выпадения кислотных дождей? Экологи разделяют их на антропогенные и естественные. Антропогенные причины возникновения кислотных дождей связаны с действием человека, сюда входят:

Выбросы заводами и фабриками различных оксидов нитрогена и сульфура. Попадая в атмосферу, они взаимодействуют с парами воды, в результате образуется серная кислота, которая выпадает такими вот кислотными дождями.
Выхлопные газы , этот еще один источник загрязнений атмосферы также является еще одной причиною появления кислотных дождей.

Естественные причины появления кислотных дождей не связаны с деятельностью человека, как правило, они происходят вследствие извержений вулканов, тогда также в атмосферу попадает большое количество азотосодержащих веществ, при взаимодействии с которыми образуется азотная кислота, выпадающая кислотными дождями.

Последствия кислотных дождей

Каковы последствия кислотных дождей? Негативных последствий много:

гибель сельскохозяйственных культур,
загрязнение водоемов,
сокращение площади лесов,
заболеваний у людей.

При контакте с кислотными дождями повышается риск возникновения таких болезней как астма, аллергия, онкологические заболевания. Кислотные дожди загрязняют реки и озера, вода становится непригодной, из-за чего могут погибнуть огромные популяции рыб. От кислотных дождей загрязняется и теряет свою плодородность почва, как следствие уменьшается урожай. Страдают от них и растения, у деревьев опадают листья и тормозится развитие корней, растения становятся чувствительными к перепадам температур.

Пути решения проблемы кислотных дождей

Главным шагом по решению экологической проблемы кислотных дождей, как впрочем, и проблемы является сокращение выброса в атмосферу вредных промышленных отходов, использование очистительных фильтров на заводах и фабриках. И в перспективе создание экологически безопасных производств, в целом все современные технологии должны внедряться лишь только после оценки их влияния на окружающую среду.

Постепенный переход на экологичные электромобили также будет шагом на пути к преодолению проблемы возникновения кислотных дождей. Первые подобные автомобили Тесла уже потихоньку завоевывают популярность, и нам очень хочется верить, что в будущем они станут повсеместными, а автомобили на бензине станут достоянием истории, как стали, например старые паровые поезда.

Кислотные дожди, видео

И в завершение маленькое образовательное видео о кислотных дождях.

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.