Для разрешения проблемы 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 бедующем, 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.
- 3. Технологические изменения . Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения. В ходе проведенных экспериментов 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.
Сокращение выбросов двуокиси серы можно получить в результате очистки конечных газов от серы. Наиболее распространённый 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 большинство 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 эффективно;
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.
Кислотные дожди пугают людей не зря: в то время как кислотность обычных осадков составляет 5,6, падение этого уровня лишь на одну десятую влечёт за собой гибель многих полезных бактерий. А если он понижается до 4,5, смерть земноводным, насекомым и рыбам гарантирована, а на листьях растений появятся следы от ожогов.
Человеческому организму прогулка под таким дождём также пользы не принесёт. При этом даже выходить на улицу в первые несколько часов после выпадения кислотных осадков чрезвычайно вредно: вдыхание витающих в атмосфере токсических газов вполне может вызвать астму, серьёзные лёгочные и сердечные заболевания.
Кислотными дождями называют все виды метеорологических осадков, во время которых наблюдается сильнокислотная реакция, вызванная понижением кислотности из-за загрязнения воздуха хлористым водородом оксидами серы, азота и другими кислотообразующими соединениями. По словам учёных, изучающих кислотные дожди, это выражение не полностью отображает явление, так как в данном случае больше подходит термин «кислотные осадки», поскольку токсические вещества выпадают как в виде дождя, так и града, снега, тумана и даже пыли и газа в засушливое время года.
Стоить заметить, что рН, который является показателем кислотности водных растворов, может колебаться от 0 до 14. Тогда как уровень кислотности нейтральных жидкостей равен семи, кислая среда характеризуется показателями ниже этого значения, щелочная – выше. Что касается дождей, то для нормальных видов осадков характерен рН 5,6 или немного выше, в зависимости от региона, где выпадают дожди.
Небольшой уровень кислотности содержится в любой дождевой воде, что объясняется наличием в воздухе углекислого газа, который после взаимодействия с дождевыми каплями образует слабую угольную кислоту. Когда рН уменьшается на единицу, это означает десятикратное увеличение концентрации кислоты, поэтому дожди, значение которых ниже 5,3 считаются кислотными (на территории Европы максимально зарегистрированная кислотность осадков составляла рН 2,3, в Китае 2,25, в Подмосковье 2,15).
Что касается уровня кислотности обыкновенного дождя, то он составляет 5,6 или немного выше. Кислотность эта невысока, а потому не приносит растительным и животным организмам никакого вреда. Не вызывает сомнения, что кислотные осадки стали выпадать на земную поверхность в результате активной человеческой деятельности.
Выпадение осадков
Говоря об источниках и причинах образования кислотных дождей, специалисты прежде всего упоминают о деятельности промышленных предприятий, которые в огромном количестве выбрасывают в атмосферу оксиды серы и азота (особенно вредно металлургическое производство). Также своё влияние оказывают выхлопные газы многочисленных авто, тепловые электростанции.
К сожалению, в настоящее время очистительные технологии не позволяют отфильтровать вредные кислотные соединения, которые образуются во время сгорания газа, торфа, угля, нефти и других видов соответствующего сырья.
Поэтому механизм возникновения кислотного дождя выглядит следующим образом: хлористый водород, оксиды серы и азота, очутившись в воздухе, начинают взаимодействовать с каплями и солнечным излучением, формируя различные кислотные соединения (азотная, сернистая, серная и азотистая кислоты).
После этого вредные соединения никуда не пропадают и возвращаются на землю в виде осадков. Если они оказались в местности, где атмосфера насыщена влагой, они соединяются с каплями воды в облаках, после чего растворённая кислота выпадает в виде дождя, града, снега, тумана, нанося немалый вред не только растительности, но и фауне: из грунта извлекаются как питательные вещества, так и такие токсичные металлы, как алюминий, свинец и т.п.
Если кислотные дожди попадают в источники пресной воды или водоёмы, в воде резко возрастает растворимость алюминия, что приводит к болезням и гибели рыбы, более медленному развитию водорослей и фитопланктона, а вода становится совершенно непригодной для употребления.
Если воздух абсолютно сух, кислотные соединения могут выпадать на земную поверхность в виде пыли или смога. Оказавшись на земной поверхности, они какое-то время лежат в ожидании и, дождавшись ливней, со стоком воды уходят в грунт.
Гибель живого мира
После выпадения кислотных дождей состав грунта значительно изменяется, что вызывает гибель деревьев, растительности и урожаев, снижает плодородность почвы. Оказавшись в грунте, токсичная вода проникает в водоёмы, в результате чего загрязняется и окисляется вода, что вызывает гибель практически всех живых существ (земноводные, рыбы и бактерии погибают при рН 4,5, а многие представители животного и растительного мира исчезают и при меньшей кислотности).
Проблема сильно обостряется ранней весной в период таяния снегов: в это время все загрязнители, накопленные за зиму, освобождаются и проникают в грунт и водоёмы, а мальки рыбы и личинки насекомых наиболее уязвимы.
Стоит заметить, что прежде, чем оказаться в земле, кислотные дожди понижают чистоту воздуха, негативно влияют на различные сооружения, памятники, разрушают строительные и облицовочные (известняк, мрамор) материалы, трубопроводы, растворяют краски, портят автомобили, вызывая коррозию металлических поверхностей.
Влияние кислотных дождей крайне негативно сказываются как на живой, так и неживой природе, людях и созданных ими предметах. При этом токсические осадки способны вызвать такие серьёзные экологические проблемы, как:
- Гибель животного и растительного мира водоёмов в результате изменения экосистемы. Для человека водоёмы как источники воды также стают полностью непригодными из-за повышенного количества солей тяжёлых металлов и разных токсичных соединений, которые в обычной ситуации поглощает микрофлора водоёма.
- Гибель деревьев (особенно хвойных) из-за повреждения листы, корней, из-за чего они становятся беззащитным перед морозами и разными заболеваниями.
- В результате различных химических реакций грунт частично теряет микроэлементы и становится менее питательным, из-за чего замедляется рост и развитие растительности (при этом в дерево через корни поступает немало токсичных веществ).
- Люди, проживающие в районах, где часто наблюдаются кислотные дожди, нередко имеют серьёзные проблемы с верхними дыхательными путями.
- Кислотные дожди, размывая цемент и негативно влияя на облицовочные и строительные материалы, серьёзно вредят архитектурным памятникам, зданиям и другим сооружениям, делая их менее прочными.
Как предупредить вредные осадки?
В настоящее время регионами, где больше всего зафиксировано выпадение кислотных осадков, являются Азия (прежде всего – Китай, на промышленных предприятиях которого сжигают уголь) и Соединённые Штаты Америки. Учитывая, что дождевые осадки имеют тенденцию выпадать на некотором расстоянии от места возникновения облаков, в зоне риска находятся также Канада и Япония.
Мало того, с активным ростом промышленности проблема кислотных дождей всё больше усиливается, а потому в скором будущем катастрофические последствия подобных осадков однозначно дадут о себе знать, если учёные до этого не разработают схему предупреждения выпадения токсичных осадков.
Говоря о борьбе с кислотными дождями, нужно учитывать, что бороться прежде всего необходимо с источниками, вызвавшими образования кислотных дождей, поскольку с самими осадками бороться невозможно. Дабы предупредить негативные влияния токсичных осадков, экологи и учёные изучают кислотные дожди причины и последствия, работают над разработкой технологий производства и очистки атмосферных выбросов, созданием экологически чистых источников добычи энергии, экологически безопасного автотранспорта и т. п.
Пока правительства разных стран, объединившись, не займутся решением этой задачи и не станут искать пути выхода из приближающейся экологической катастрофы, проблема решена не будет.
Учитывая, что кислотные дожди, как и другие виды осадков, способны охватить огромную по масштабам площадь, в скором будущем кислотные дожди вполне могут стать обычным явлением по всей планете. При этом кислотные соединения, вступив в дополнительные химические реакции, не перестанут преобразовываться, в результате чего на головы беспечных прохожих в скором времени может начать литься серная кислота.
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.
Кислотные дожди — одна из главных угроз современности, возникшая в результате хозяйственной деятельности человека.
Эту тему мы уже затрагивали в нашем материале — КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ — ВРАГ ВСЕМУ ЖИВОМУ. В данном же материале мы приведем несколько точных определений, даваемых этому явлению в уважаемых словарях и энциклопедиях.
Кислотные дожди — это …
Словарь СТРАНЫ МИРА
Кислотные дожди (acid rain), термин, используемый для описания осаждения химических загрязнителей в виде как твердых частиц, так и кислотных дождя, града, снега или тумана. Автомобили, процессы промышленного производства, сжигание ископаемого топлива на энергетических станциях создают загрязнение главным образом в форме выброса двуокиси серы, окиси азота и углеводородов, которые реагируют с водой и солнечным светом, образуя при этом слабую серную или азотную кислоту, соли аммония, а также другие минеральные кислоты. Все это осаждается на землю, часто на большом расстоянии от источника выброса, являясь причиной коррозии, гибели деревьев, нежелательного подкисления воды и почвы, а потому и угрозой для здоровья людей. Степень кислотности обычно измеряют по шкале pH, логарифмической системе измерения концентрации ионов водорода. Амплитуда значений – от 0 (максимальная кислотность) до 14 (максимальная щелочность). Значение pH = 5, 6 соответствует чистой воде.
Страны мира. Словарь. 1998
Народы и культуры. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия
Кислотные дожди (acid rain), химическое загрязнение водных ресурсов, флоры и фауны, вызванное эмиссией отработанных газов в результатете сжигания ископаемых видов топлива. Кислотность дождя, снега и тумана увеличивается в связи с абсорбацией отработанных газов, преимущ. оксидов серы и азота, выделяемых электростанциями, заводами и автомобильным транспортом. К. д. наносят ущерб здоровью людей, вызывая бронхиальные заболевания, разрушают здания из известняка, повышают кислотность озер и рек, гибельную для рыбы, животных, растительного покрова и лесов. Кислотные воды опасны еще и тем, что содержат вредные металлы, например, кадмий и ртуть, которые обычно удерживаются в почве. Впервые тревогу относительно воздействия К. д. забили в Швеции в 1960-х гг.; от них, безусловно, пострадала значит, часть лесных массивов Европы, гл.об. Центр., а также С., В. и С.-В. США и Японии. В 1984 г. мн. страны подписали протокол к Женевской конвенции о контроле за загрязнением воздуха (1979), согласившись понизить выбросы серы, хотя самые злостные загрязнители воздуха - Великобритания, США, Польша и Испания - свои подписи на этом документе не поставили. Для существенного сокращения выбросов серы необходима реконструкция или закрытие работающих на угле электростанций. Снижение уровней оксида азота может быть достигнуто за счет уменьшения срока использования и сокращения оборотов двигателей легковых автомобилей и грузовиков, а также оснащения их каталитическими нейтрализаторами, удаляющими большую часть этого газа (и углеводорода, способствующего образованию к-т) из автомобильных выхлопов; с 1992 г. установка каталитических нейтрализаторов обязательна в странах Европы; в США они широко используются для контроля за загрязнением воздуха с 1970-х гг.
Народы и культуры. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия. - М.: Инфра-М. Под редакцией Р. Хоггарта. 2002
КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ (кислые дожди), характеризуются повышенным содержанием кислот (в основном серной); водородный показатель pH<4,5. Образуются при взаимодействии атмосферной влаги с транспортно-промышленными выбросами (главным образом серы диоксид, а также азота оксиды и др.). Вредно действуют на здоровье людей, растительный и животный мир, сооружения и конструкции; закисляют почвы и водоемы. Распространены в промышленных районах США, стран Западной Европы, России и др. Кислотные загрязнения могут содержаться в других атмосферных осадках (снег, град и т.п.).
Современная энциклопедия. 2000
Экологический словарь
Кислотные дожди — дожди, вызванные загрязнением атмосферы двуокисью серы (SО 2). Оказывают биоцидное действие, в частности, гибель рыбы (напр., в водоемах Скандинавии из-за переноса газовых выбросов в промышленных городах Англии).
Экологический словарь. - Алма-Ата: «Наука». Б.А. Быков. 1983
География. Современная иллюстрированная энциклопедия
Кислотные дожди — один из видов интенсивного загрязнения окружающей среды, представляющий собой выпадение с дождём капель серной и азотной кислот, возникающих при реагировании оксидов серы и азота, выбрасываемых в воздух промышленными предприятиями и транспортом, с водяными каплями в атмосфере. Капли кислоты могут переноситься воздушными течениями на большие расстояния, прежде чем выпасть с кислотным дождём. Кислотные дожди приносят большой ущерб лесам, водоёмам, посевам, постройкам и т. д., а также неблагоприятно сказываются на здоровье людей. Наиболее сильные кислотные дожди выпадают в самых развитых промышленных районах мира и неподалёку от них. В 1984 г. в массиве Шварцвальд (Германия) около половины деревьев в лесах были повреждены кислотными дождями. Также значительные повреждения лесных массивов отмечаются в северо-восточных штатах США и на Востоке Канады. Для преодоления неблагоприятных воздействий кислотных дождей устанавливаются национальные и международные нормы по сокращению выбросов азота и серы в атмосферу.
География. Современная иллюстрированная энциклопедия. - М.: Росмэн. Под редакцией профессора А. П. Горкина. 2006
Как мы видим из вышеприведенных определений, кислотные дожди — это не локальная проблема отдельно взятых промышленных районов нашей планеты. Урон наносимый такими дождями имеет глобальный характер и требует соответствующих глобальных решений. Если быть более точными — активных глобальных решений, поскольку такой урон, зачастую, носит невосполнимый / непоправимый характер.
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.
