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.
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.
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.
Основная причина выпадения кислотных дождей — наличие в атмосфере за счет промышленных выбросов оксидов серы и азота, хлористого водорода и других кислотообразующих соединений. В результате дождь и снег оказываются подкисленными. Образование кислотных дождей и их воздействие на окружающую среду показано на рис. 1 и 2.
Присутствие в воздухе заметных количеств, например, аммиака или ионов кальция приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако их также принято называть кислотными, поскольку они при попадании на почву или в водоем меняют их кислотность.
Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе — с рН = 2,3, в Китае — с РН = 2,25. Автором учебного пособия на экспериментальной базе Экологического центра РАН в Подмосковье в 1990 г. был зарегистрирован дождь с рН = 2,15.
Подкисление природной среды отрицательно отражается на состоянии . В этом случае из почвы выщелачиваются не только питательные вещества, но и токсичные металлы, например свинец, алюминий и др.
В подкисленной воде увеличивается растворимость алюминия. В озерах это приводит к заболеванию и гибели рыб, к замедлению развития фитопланктона и водорослей. Кислотные дожди разрушают облицовочные материалы (мрамор, известняки др.), значительно снижают срок службы железобетонных конструкций.
Таким образом, окисление природной среды — одна из важнейших экологических проблем, требующая решения в ближайшем будущем.
Рис. 1. Образование кислотных дождей и их воздействие на окружающую среду
Рис. 2. Ориентировочная кислотность дождевой воды и некоторых веществ в единицах рН
Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводят к тому, что количество промышленных выбросов постоянно увеличивается. Это связано главным образом с использованием горючих ископаемых на тепловых электростанциях, промышленных предприятиях, в двигателях автомобилей и в системах отопления жилых домов.
В результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу Земли поступают соединения азота, серы, хлора, других элементов. Среди них преобладают оксиды серы — S0 2 и азота — NO x (N 2 0, N0 2). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H 2 SO 4) и азотную (HNO 3) кислоты различной концентрации.
В 1883 г. шведский ученый С. Аррениус ввел в обращение два термина — «кислота» и «основание». Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н +), а основаниями — вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН -).
Водные растворы могут иметь рН (показатель кислотности воды, или показатель степени концентрации ионов водорода) от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7,0, кислая среда характеризуется значениями рН меньше 7,0, щелочная — больше 7,0 (рис. 3).
В среде с рН 6,0 гибнут такие виды рыб, как лосось, форель, плотва и пресноводные креветки. При рН 5,5 погибают лонные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечные одноклеточные водоросли и простейшие беспозвоночные, которые составляют основу пищевой цепи водоема. Когда кислотность достигает рН 4,5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых, выживают только некоторые виды пресноводных беспозвоночных.
Рис. 3. Шкала кислотности (рН)
Установлено, что на долю техногенных выбросов, связанных со сжиганием ископаемого угля, приходится около 60-70 % их общего количества, на долю нефтепродуктов — 20-30 %, на остальные производственные процессы — 10 %. 40 % выбросов NO x составляют выхлопные газы автомобилей.
Характеризующиеся сильнокислой реакцией (обычно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен британским химиком Р.Э. Смитом в 1872 г. Занимаясь вопросами загрязнения г. Манчестера, Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от него. Он также обнаружил некоторые вредные последствия кислотных дождей : обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности.
Специалисты утверждают, что термин «кислотные дожди» недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение «кислотные осадки». Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана («влажные осадки»), в виде газа и пыли («сухие осадки») в засушливый период.
Несмотря на то что сигнал тревоги прозвучал больше ста лет назад, индустриальные государства долго игнорировали опасность кислотных осадков. Но вот в 60-е гг. XX в. экологи сообщили об уменьшении косяков рыбы и даже полном ее исчезновении в некоторых озерах Скандинавии. В 1972 г. проблема кислотных дождей была впервые поднята учеными-экологами Швеции на Конференции ООН по окружающей среде. С этого времени опасность глобального закисления окружающей среды превратилась в одну из наиболее острых проблем, обрушившихся на человечество.
По состоянию на 1985 г. в Швеции из-за кислотных дождей серьезно пострадал рыбный промысел в 2500 озерах. В 1750 из 5000 озер Южной Норвегии полностью исчезла рыба. Исследование водоемов Баварии (Германия) показало, что в последние годы наблюдается резкое сокращение численности, а в отдельных случаях — и полное исчезновение рыбы. При изучении 17 озер в осенний период было установлено, что показатель рН воды колебался от 4,4 до 7,0. В озерах, где показатель рН составил 4,4; 5,1 и 5,8, не было поймано ни одной рыбы, а в остальных озерах обнаружены только отдельные экземпляры озерной и радужной форели и гольца.
Наряду с гибелью озер происходит деградация лесов. Хотя лесные почвы менее восприимчивы к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, изменении состава подпологовой растительности.
Кислотные осадки разрушают здания, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут способствовать просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.
Разрушительному действию кислотных осадков подвергаются многие памятники мировой культуры. Так, за 25 веков мраморные статуи всемирно известного памятника архитектуры Древней Греции Акрополя постоянно подвергались воздействию ветровой эрозии и дождей. В последнее время действие кислотных осадков ускорило этот процесс. Кроме того, это сопровождается и осаждением на памятниках корки сажи в виде двуокиси серы, выделяемой промышленными предприятиями. Для соединения отдельных архитектурных элементов древние греки использовали небольшие стержни и скобы из железа, покрытые тонким слоем свинца. Тем самым они были защищены от ржавчины. Во время реставрационных работ (1896-1933) были использованы стальные детали без всяких мер предосторожности, и вследствие окисления железа под действием раствора кислот в мраморных структурах образуются обширные трещины. Ржавчина вызывает увеличение объема, и мрамор раскалывается.
Результаты исследований, проведенных по инициативе одной из комиссий ООН, свидетельствуют, что кислотные осадки оказывают губительное воздействие и на старинные витражные стекла в некоторых городах Западной Европы, что может окончательно их разрушить. Под угрозой находится более 100 000 образцов цветного стекла. Старинные витражи находились в хорошем состоянии до начала XX в. Однако за последние 30 лет процесс разрушения ускорился, и если не будут проведены необходимые реставрационные работы, через несколько десятков лет витражи могут погибнуть. Особой опасности подвергается цветное стекло, изготовленное в VIII-XVII вв. Это объясняется особенностями технологии производства.
Что такое вода, знают все. Ее на Земле огромное количество - полтора миллиарда кубических километров.
Если представить Ленинградскую область дном гигантского стакана и попытаться в него вместить всю воду Земли, то высота его должна быть больше, чем расстояние от Земли до Луны. Казалось бы, воды так много, что ее должно всегда хватать в избытке. Но беда в том, что во всех океанах вода соленая. Нам же, да и почти всему живому, нужна вода пресная. А вот ее не так много. Поэтому мы опресняем воду.
В пресной воде рек и озер много растворимых веществ, в том числе ядовитых, в ней могут быть болезнетворные микробы, поэтому использовать ее, а тем более пить без дополнительной очистки нельзя. Когда идет дождь, капли воды (или снежинки, когда идет снег) захватывают из воздуха вредные примеси, попавшие в него из труб какого-нибудь завода.
В результате в некоторых местах Земли выпадают вредные, так называемые кислотные дожди. Ни растениям, ни животным это не нравится.
Благодатные капли дождя всегда радовали человека, но теперь уже во многих районах планеты дожди превратились в серьезную опасность.
Кислотные осадки (дожди, туманы, снег) - это осадки, кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение pH (водородный показатель). Шкала значения pH идет от 02 (крайне высокая кислотность), через 7 (нейтральная среда) до 14 (щелочная среда), причем нейтральная точка (чистая вода) имеет pH=7. Дождевая вода в чистом воздухе имеет pH=5,6. Чем ниже значение pH, тем выше кислотность. Если кислотность воды ниже 5,5 , то осадки считаются кислотными. На обширных территориях промышленно развитых стран мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную от 10 - 1000 раз (рН= 5-2,5).
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H 2 SO 4) и азотной (HNO 3) кислот. Наличие серы и азота в этих формулах показывает, что проблема связана с выбросом данных элементов в атмосферу. При сжигании топлива в воздух попадает диоксид серы, также происходит реакция атмосферного азота с атмосферным кислородом и образуются оксиды азота.
Эти газообразные продукты (диоксид серы и оксид азота) реагируют с атмосферной водой с образованием кислот (азотной и серной).
В водных экосистемах кислотные осадки вызывают гибель рыб и других водных обитателей. Подкисление воды рек и озер серьезно влияет и на сухопутных животных, так как многие звери и птицы входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах.
Вместе с гибелью озер становится очевидной и деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных микроорганизмов. Во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги.
Выщелачивание биогенов из почвы и высвобождение токсичных элементов способствует замедлению роста и гибели деревьев. Можно предположить, что происходит и с дикими видами животных, когда погибают леса.
Если разрушается лесная экосистема, то начинается эрозия почвы, засорение водоемов, наводнение и ухудшение запасов воды становятся катастрофическими.
В результате закисления в почве происходит растворение питательных веществ, жизненно необходимых растениям; эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Одновременно выщелачиваются из почвы и тяжелые металлы, которые затем усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения. Используя такие растения в пищу, человек также получает вместе с ними повышенную дозу тяжелых металлов.
Когда деградирует почвенная фауна, снижаются урожаи, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, а это, как мы знаем, влечет за собой ухудшение здоровья населения.
Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, а также ртуть и свинец. которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды. Алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Тяжелые металлы, находящиеся в природных водах, отрицательно влияют на почки, печень, центральную нервную систему, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться через 20 лет и более не только у тех, кто употребляет грязную воду, но и у их потомков.
Кислотные дожди разьедают металлы, краски, синтетические соединения, разрушают архитектурные памятники.
Наиболее характерны кислотные дожди для индустриальных стран с высокоразвитой энергетикой. За год теплоэлектростанции России выбрасывают в атмосферу около 18 миллионов тонн сернистого ангидрида, а помимо этого, благодаря западному переносу воздуха, приходят сернистые соединения с Украины и Западной Европы.
Для борьбы с кислотными дождями необходимо направить усилия на сокращения выбросов кислотообразующих веществ угольными электростанциями. А для этого необходимо:
использование низкосернистого угля или его очистка от серы
установка фильтров для очистки газообразных продуктов
применение альтернативных источников энергии
Большинство людей остается безучастными к проблеме кислотных дождей. Собираетесь ли вы равнодушно ждать гибели биосферы или будете действовать?
Кислотные дожди являются серьезной экологической проблемой, а их причиной можно назвать всеобщее загрязнение окружающей среды. Частые выпадения кислотных дождей вызывают тревогу не только у ученых, но и у простых людей, поскольку такие виды осадков оказывают отрицательное воздействие на здоровье.
Характеризуются кислотные дожди пониженным уровнем pH. Обыкновенные осадки имеют уровень этого показателя 5,6. Следует отметить, что даже при небольших отклонениях от нормы последствия для живых организмов могут быть серьезными.
При существенных сдвигах пониженный уровень кислотности может стать причиной гибели рыб, а также многих насекомых и даже земноводных. Кроме того, в тех районах, где отмечаются кислотные осадки, порой замечают наличие кислотных ожогов на листве деревьев, а некоторые растения даже отмирают. Негативное влияние после того, как выпали кислотные дожди, могут ощутить на себе и многие люди. Вслед за таким ливнем в атмосфере может произойти скопление токсических газов, и дышать такой газово-воздушной массой чрезвычайно не желательно. Последствия не заставят себя долго ждать, даже при небольшой прогулке во время таких осадков возможно появление сердечно-сосудистых, бронхолегочных заболеваний, а также астмы.
Проблематика кислотных дождей в последние десятилетия стала более глобальной, поэтому всем жителям Земли не мешало бы призадуматься о своей роли — положительной или отрицательной — в данном природном явлении. Следует знать, что большинство вредных веществ, которые попадают в воздух, являются продуктом жизнедеятельности людей и практически никуда не пропадают. Большинство их остается в атмосфере и в один прекрасный день вернется на землю вместе с осадками. А само влияние кислотных дождей настолько серьезно, что для ликвидации последствий в некоторых случаях может потребоваться не одна сотня лет.
Чтобы более детально ознакомиться с возможными последствиями кислотных дождей, желательно понять, что несет в себе само понятие. Большинство ученых единодушно полагают, что такую формулировку можно считать чрезмерно узкой для того, чтобы охватить весь потенциал глобальной проблемы. Не следует заниматься изучением исключительно одних дождей, нужно обратить внимание и на кислотный град, туман и снегопад, которые тоже относятся к носителям вредных веществ и соединений, потому что процессуально их образование в большинстве своем идентично. Не следует забывать и то, что при устойчивой засушливой погоде возможно появление токсических газов или пылевых облаков или всего вместе. А ведь эти образования тоже относятся кислотным осадкам.
Причины выпадения кислотных дождей по большому счету находятся в прямой зависимости от человеческого фактора. Непрестанное загрязнение атмосферы с использованием кислотообразующих соединений (типа оксида серы, хлористого водорода, азота и пр.) приводит к нарушению баланса. Самые главные производители таких веществ – это, конечно же, крупные промышленные предприятия, например, металлургические, нефтеперерабатывающие, ТЭЦ которые сжигают уголь или мазут. Невзирая на фильтры и очистительные системы, современная техника все еще не достигла того уровня, который позволял бы сполна устранять не только негативные воздействия, но и сами промышленные отходы.
К тому же замечено увеличение выпадения кислотных дождей, связанное с ростом автотранспорта на планете. Большое количество выхлопных газов, хотя и в незначительных дозах, все же способствует появлению вредных кислотных соединений. А если пересчитать общую численность транспортных средств, то степень загрязнения, можно сказать, достигла критичной отметки. Кроме всего вышеизложенного, свою лепту привносят и многие бытовые предметы, например, аэрозоли, чистящие/моющие средства и т д.
Еще одной причиной возникновения кислотных дождей, не считая человеческий фактор, могут быть и некоторые природные процессы. В частности к их возникновению может привести вулканическая активность, в процессе которой происходит выбрасывание большого количества серы. Более того, она участвует в образовании газообразных соединений в процессе распада отдельных органических веществ, что в свою очередь тоже приводит к загрязнению воздуха.
Все вредные вещества, которые были выброшены в атмосферу, начинают вступать в реакцию с элементами солнечной энергии, углекислого газа или воды, в результате происходит образование кислотных соединений. Совместно с испарениями влаги они вздымаются в атмосферу, после чего происходит формирование облаков. Таким образом, происходит образование кислотных дождей, формирование снежинок или градин, которые вернут на землю все то, что впитали, вместе с другими химическими веществами.
В отдельных районах Земли были отмечены некоторые отклонения от нормы в пределах 2-3 единиц. Так, при допустимом уровне кислотности pH 5,6, в Подмосковье и Китае были случаи выпадения осадков с уровнем pH 2,15. Невозможно предсказать точное место появления кислотных дождей, поскольку есть вероятность, что сформировавшиеся облака могут быть отнесены ветром на большие расстояния от того места, где произошло загрязнение.
Основные компоненты кислотных дождей — это серные и сернистые кислоты, а также присутствие озона, образуемого при грозах. Имеются и азотные виды осадков, в которых в качестве основных присутствуют азотные и азотистые кислоты. Редко причинами появления кислотных дождей могут стать хлор и метан. И, конечно же, с осадками могут выпасть иные вредные вещества, исходя из того, что было в составе бытовых и промышленных отходов, выбрасываемых в атмосферу в конкретных регионах.
Кислотные дожди вместе с их последствиям – это предмет постоянных наблюдений, которые проводятся учеными всех стран. Однако их прогнозы являются чрезвычайно неутешительными. Осадки, в которых понижен уровень pH, представляют опасность не только для людей, но и для флоры и фауны.
При попадании в грунт, кислотные дожди наносят вред растениям, лишая их питательных веществ, которые необходимы для роста и развития. Кроме всего прочего, происходит вытягивание на поверхность токсичных металлов. При большой концентрации кислот, из-за осадков могут отмирать деревья, почва приходит в негодность для дальнейшего выращивания урожая, и чтобы ее восстановить, потребуются десятилетия.
Такая же ситуация и с водоемами. Состав кислотных дождей приводит к нарушению баланса природной среды, после чего возникает проблема загрязнения рек. Это в свою очередь влечет за собой гибель рыб, а также замедляет рост водорослей. Следовательно, целые водоемы, озера и реки могут на долгое время перестать существовать.
Перед попаданием на землю кислотные дожди, проходя воздушными массами, оставляют частицы токсических веществ в атмосфере. Это считается чрезвычайно неблагоприятным, ведь негативно влияет на здоровье людей и животных, а также существенно вредит строениям. Так большинство лакокрасочных и облицовочных материалов, металлических конструкций начинает растворяться, как только на них попадают капли злосчастного дождя.
Среди глобальных экологических проблем, вызванных кислотными осадками, могут быть:
Гибель домашних животных, промысловых видов рыб, посевов – все это в той или иной степени отразится на качестве жизни и экономике любого государства.
Опасным для здоровья может быть мясо рыб или животных при употреблении его в пищу именно в тех местах, где произошло отравление кислотами. В таком мясе может быть критическое содержание ядовитых соединений или ионы тяжелых металлов. При попадании в людские организмы, это может привести к тяжелой интоксикации, серьезным заболеваниям печени или почек, закупориванию нервных каналов, образованию тромбов. Некоторые последствий кислотных отравлений могут проявиться лишь спустя поколения.
В наши дни в основной группе риска по выпадению кислотных осадков лидируют Соединенные Штаты, Китай, и, конечно же, Россия. Собственно в этих государствах сильно развита углеперерабатывающая и металлургическая промышленность и, соответственно, имеется большое количество таких предприятий. Однако опасными считаются и Канада, и Япония, в направлении которых кислотные осадки могут быть пригнаны ветром. В соответствии с некоторыми исследованиями, в случае непринятия профилактических мер, список таких государств может пополниться еще многими кандидатами, причем этого не придется долго ждать.
Борьба с кислотными дождями на локальном уровне почти бесполезна. Чтобы ситуация изменилась в лучшую сторону необходимо предпринимать комплексные меры. А они возможны лишь при одновременных и согласованных действиях многих стран. Академическая наука пытается найти новые очистительные системы для минимизирования выбросов вредных веществ в атмосферу, однако, процентная составляющая кислотных осадков пока лишь растет.
Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
