Основные причины образования кислотных осадков. Кислотные дожди

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 довольно часто можно слышать о том, что пошел кислотный дождь. Он возникает, когда природа, воздух и вода взаимодействуют с разными загрязнениями. Такие осадки порождают ряд негативных последствий:

• заболевания у людей;
• гибель сельскохозяйственных растений;
• сокращение лесных массивов.

Выпадение кислотных дождей происходит из-за промышленных выбросов химических соединений, сжигания нефтепродуктов и другого топлива. Эти вещества загрязняют атмосферу . Затем аммиак, сера, азот и другие вещества взаимодействуют с влагой, из-за чего дождь становится кислотным.

Впервые в человеческой истории кислотный дождь был зафиксирован в 1872 году, а к ХХ веку это явление стало весьма частым. От кислотных дождей большего всего вред наносится США и европейским странам. Кроме того, экологи разработали специальную карту, на которой обозначено территории, наиболее подвергающиеся опасным кислотным дождям.

Причины появления кислотных дождей

Причины выпадения ядовитых дождей являются антропогенные и естественные. В результате развития промышленности и технологий заводы, фабрики и различные предприятия стали выбрасывать в воздух огромное количество оксидов нитрогена и сульфура. Так, когда сера попадает в атмосферу, она взаимодействует с парами воды, образуется серная кислота. Тоже происходит и с двуокисью азота, образуется азотная кислота, выпадает вместе с атмосферными осадками.

Очередной источник загрязнений атмосферы – это выхлопные газы автомобильного транспорта. Попадая в воздух, вредные вещества окисляются и выпадают на землю в виде кислотных дождей. Выпадение в атмосферу азота и серы происходит в результате сгорания торфа, угля на тепловых электростанциях. Огромное количество окиси серы попадает в воздух при переработке металлов. Азотные соединения выделяются при производстве строительных материалов.

Определенная часть серы в атмосфере имеет естественное происхождение, к примеру, после извержения вулкана освобождается диоксид серы. Азотосодержащие вещества могут выделяться в воздухе в результате деятельности некоторых почвенных микробов и грозовых разрядов.

Последствия кислотных дождей

Последствий выпадений кислотных дождей существует множество. Люди, попавшие под такой дождь, могут испортить свое здоровье. Данное атмосферное явление вызывает аллергии, астму, онкологические заболевания. Также дожди загрязняют реки и озера, вода становится непригодной для употребления. Все жители акваторий находятся в опасности, могут погибнуть огромные популяции рыб.

Кислотные дожди, выпадая на землю, загрязняют почву. Это исчерпывает плодородие земли, уменьшается количество урожаев. Поскольку атмосферные осадки выпадают на обширных территориях, они негативно влияют на деревья, что способствует их засыханию. В результате влияния химических элементов, в деревьях изменяются обменные процессы, тормозится развитие корней. Растения становятся чувствительны к температурным изменениям. После любого кислотного дождя деревья могут резко сбросить листья.

Одно из менее опасных последствий ядовитых осадков – это разрушение каменных памятников и объектов архитектуры. Все это может привести к развалу общественных зданий и домов большого количества людей.

Необходимо серьезно задуматься над проблемой кислотных дождей. Данное явление напрямую зависит от деятельности людей, а потому следует значительно уменьшить количество выбросов, загрязняющих атмосферу. Когда загрязнение воздуха сведется к минимуму, планета будет менее подвержена таким опасным осадкам, как кислотные дожди.

Решение экопроблемы кислотных дождей

Проблема кислотных дождей носит на планете глобальный характер. В связи с этим решить ее можно только, если объединить усилия огромного количества людей. Один из основных методов решения данной проблемы – это сокращение вредных промышленных выбросов в воду и воздух. На всех предприятиях необходимо использовать очистительные фильтры и сооружения. Наиболее долговременным, дорогостоящим, но и самым перспективным решением проблемы есть создание в дальнейшем экологически безопасных предприятий. Все современные технологии должны использоваться с учетом оценки влияния деятельности на окружающую среду.

Немало вреда атмосфере приносят современные виды транспорта. Вряд ли в ближайшее время люди откажутся от автомобилей. Однако сегодня внедряются новые экологически безопасные транспортные средства. Это гибриды и электромобили. Такие авто, как Tesla уже завоевали признание в разных странах мира. Они работают на специальных аккумуляторных батареях. Также постепенно популярность набирают электроскутеры. Кроме того, не стоит забывать и о традиционном электротранспорте: трамваи, троллейбусы, метро, электропоезда.

Не стоит забывать и о том, что загрязнение воздуха осуществляют и сами люди. Не нужно думать, что кто-то другой виноват в данной проблеме, и это конкретно от вас не зависит. Это не совсем так. Конечно же, один человек не способен сделать выбросы токсических и химических средств в атмосферу в большом количестве. Однако регулярное использование легковых авто приводит к тому, что вы регулярно делаете выброс выхлопных газов в атмосферу, и это в последующем становится причиной кислотных дождей.

К сожалению, далеко не все люди осведомлены о такой экологической проблеме , как кислотные дожди. На сегодняшний день существует множество фильмов, статей в журналах и книг об этой проблеме, поэтому каждый человек может легко восполнить этот пробел, осознать проблему и начать действовать во благо ее решения.

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.

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.

Кислотные дожди - плата за прогресс

Ученые давно бьют тревогу: загрязнение окружающей среды достигло неимоверных масштабов. Сброс жидких отходов в водоемы, выхлопных газов и летучих химических веществ в атмосферу, захоронение ядерных останков под землей - все это привело человечество на грань экологической катастрофы.

Мы уже стали свидетелями начавшихся сдвигов в экосистеме планеты: то и дело в новостях сообщают о нетипичных для той или иной местности погодных явлениях, "Грин Пис" бьет тревогу в связи с массовым исчезновением целых видов животных, не редкостью, а скорее закономерностью стали кислотные дожди, регулярно идущие над промышленными городами. Человек столкнулся с неоднозначной ситуацией: повышение уровня жизни сопровождается ухудшением окружающей среды, что влияет на состояние здоровья. Данная проблема уже давно признана общемировой. Человечеству следует задуматься: а стоит ли технический прогресс тех последствий, которые он влечет за собой? Чтобы лучше разобраться в данной проблеме, рассмотрим одно из "достижений" современной индустрии - кислотные дожди, о которых в наше время рассказывают даже в школе. Так ли опасны они в реальности?

Кислотные дожди: причины и последствия

Кислотными могут быть не только дожди, но и снег, роса и даже туман. С виду это

обычные осадки, однако их кислотные показатели намного выше нормы, с чем и связано их негативное воздействие на окружающую среду. Механизм образования кислотных дождей таков: выхлопные газы и другие промышленные отходы, содержащие большие дозы окиси серы и натрия, попадают в атмосферу, где связываются с капельками воды, образуя слабоконцентрированный кислотный раствор, который в виде атмосферных осадков выпадает на землю, причиняя непоправимый вред природе. Кислотные дожди отравляют воду, которую пьют животные; попадая в водоемы, они медленно уничтожают местную флору и фауну, убивают сельскохозяйственные посевы, проливаясь над полями, попадая в почву, отравляют ее. Даже инженерным сооружениям такие осадки наносят существенный ущерб, разъедая каменные стены зданий и подтачивая железобетонные несущие конструкции. Кислотные осадки - участь не только крупных городов и промышленных

зон, ядовитые облака могут переноситься воздушными массами на тысячи километров и выпадать над лесами и озерами.

Как бороться с кислотными дождями?

Последствия кислотных дождей губительны не только для экологии, но и для экономики, и это знает каждый. Так почему же не предпринимаются решительные меры для улучшения ситуации? Для того чтобы уменьшить выбросы в атмосферу, требуются многомиллиардные вложения: необходима модернизация технологии производства, что касается автомобильных выхлопов - переход на более современные виды топлива. Результат будет ощутим только тогда, когда в решении данной проблемы будет задействовано все мировое сообщество. К сожалению, в погоне за благосостоянием и повышением ВВП правительства многих стран не оказывают должного внимания проблеме защиты окружающей среды.