Кислотные дожди

Широко известный ныне термин «кислотные дожди» появился в 1872 г., его ввел в практику английский инженер Роберт Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начала химической климатологии». Наиболее глубоко научными исследованиями кислотных дождей стали заниматься только в конце 60-х годов XX века.

К основным загрязнениям атмосферы, которые являются источниками образования кислотных дождей, относятся диоксид серы, оксиды азота и летучие органические соединения (ЛОС). Как уже отмечалось, при производстве электроэнергии более 90% выбросов диоксида серы образуются в результате работы тепловых электростанций. Образующаяся при сжигании угля и нефти двуокись серы, поступая в атмосферный воздух, окисляется кислородом воздуха до трехокиси, которая сразу же реагирует с водяными парами, образуя сернистую кислоту, которая, в свою очередь, постепенно окисляясь, превращается в серную кислоту (рис.6-2).

Большая часть двуокиси серы превращается в серную кислоту в течение нескольких дней после ее выброса в атмосферу. Количество содержащегося в городском воздухе капелек серной кислоты может достигать 5-20%. За это время ветровые потоки способны отнести эти загрязнения на сотни километров от места их выброса.

В США от электростанций в атмосферу поступает 65% всех выбросов диоксида серы. В Канаде на долю этого источника приходится только 17% суммарного выброса диоксида серы, основным источником которого является цветная металлургия, дающая 43% выбросов диоксида. Основными источниками диоксида серы в России являются электроэнер-гетика, цветная и черная металлургия.

Как уже говорилось, наиболее значительным источником оксидов азота | и ЛОС являются транспортные средства, особенно автомобили, работающие на бензине.

Необходимо также отметить еще один источник загрязнения воздуха- 'f сжигание мусора и городских отходов. При этом в развитых странах доля диоксида серы может достигать 12% от суммарного выброса, оксида углерода - до 5%, ЛОС - до 8%.

Природные источники оксидов азота играют более важную роль по сравнению с источниками серосодержащих соединений и составляют около 12% всех выбросов в атмосферу. Основные природные источники оксидов азота - грозовые разряды и молнии, почвенные микроорганизмы, микрофлора пресных и океанических вод, часть оксидов поступает в нижние слои атмосферы из стратосферы.

В образовании кислотных дождей участвуют также продукты жизнедеятельности растений, природные газы, выходящие из почвы, продукты горения биомассы (например, при лесных пожарах).

В сравнении с антропогенными из природных источников выделяется значительно меньше азот- и серосодержащих соединений. Так, в США выбросы сернистых продуктов из природных источников составляют не | более 4% от общего выброса серы, в Канаде, где общий уровень антропогенных выбросов значительно ниже, эти выбросы достигают 18%.

При анализе соединений, которые являются предшественниками кис- | лотных дождей, а также при определении интенсивности кислотных дождей следует учитывать наряду с антропогенными также и природные источники, например, лесные массивы, так как они в процессе газообмена выделяют значительное количество органических веществ. При этом следует обратить внимание, что выделяемый из антропогенных источников | аммиак может существенно влиять на нейтрализацию кислотных компонентов и т.д.

Существует точка зрения, что кислотные дожди - не порождение века индустриализации, и что они были причинами катаклизмов и в далекие времена. Так, в 1987 г. американские ученые Р. Прини и Б. Фегли выдвинули новую гипотезу о причинах гибели динозавров. Они считают, что эти гигантские рептилии вымерли в результате длительных кислотных дождей, возникших в результате столкновения планеты Земля с кометой. Именно тогда в атмосфере образовалось большое количество оксидов азота, которые выпадали в виде дождей с высоким содержанием азотной кислоты.

Однако современные масштабы кислотные дожди приобрели в результате деятельности промышленных предприятий и различных транспортных средств в последние десятилетия.

Как известно, кислотность измеряется показателем рН, который выражается десятичным логарифмом концентрации водородных ионов. При нормальных условиях облачная или дождевая вода имеет рН=5,6-5,7. В природных средах рН в естественных условиях может меняться, и вода и почвы, обладая буферными возможностями, способны нейтрализовать определенную часть кислоты, сохранив рН своей среды. В своей эволюции живые организмы приспособились к физической и химической среде и могут существовать только в определенном интервале рН. Изменения кислотности среды ведет за собой глубокие химические и биологические перестройки водных экосистем. Так, при снижении рН до 6,5-6,0 погибают улитки, моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных, а при рН=6,0-5,0 гибнут сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, плотва, окунь, щука, наиболее чувствительные планктонные организмы и насекомые. Причиной гибели рыбы является не только прямое действие кислоты, но и результат действия подвижного алюминия, вытесненного из г орных пород и донных отложений, который повреждает жаберный аппарат. Изтза нарушений кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству. При рН<5,5 нитчатые водоросли и мхи вытесняют основную растительность в воду, переселяется даже сфагновый мох - обитатель суши. При снижении рН ниже 4,5 в воде озер вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные процессы с выделением метана и сероводорода.

В Канаде из-за частых кислотных дождей стали мертвыми 4000 озер, а 12000 озер находятся на грани гибели. В Швейцарии в 18000 озер нарушено биологическое равновесие.

Закисление дождей, а затем почв и природных вод вначале протекало, как скрытый, незаметный процесс. Более четверти века назад первыми забили тревогу жители скандинавских стран в связи с гибелью в реках и озерах лосося и форели.

Кислотные дожди наносят огромный вред лесам. Кислота увеличивает подвижность алюминия в почвах, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Чаще всего страдают пихта, ель, сосна, т.к. смена хвои происходит реже, чем листьев, и она накапливает больше вредных веществ за один и тот же период времени. В горах Норвегии, где осадки содержат большое количество окислов серы, снег стал серого цвета, раньше времени в лесах | листва устилала землю, стали высыхать леса. В дальнейшем на подобные явления обратили внимание в США, Канаде, Западной Европе. В Германии количество пострадавших лесов достигло в последние десятилетия 30%, а местами - 50%. В некоторых районах Швейцарии погибла 1/3 всех елей. В горно-лесных районах Баварии, Шварцвальда, Бадена пострадало до 50% лесных угодий. Проведенные исследования показывают, что в последние 10 лет скорость роста многих вечнозеленых растений замедлилась на 20-30% (по сравнению с 1930-1950 гг.) Годы исследований и результаты многочисленных научных форумов позволили осознать масштабы надвигающейся опасности. Было показано, что десятки лет над Северной Америкой и Европой выпадают дожди с содержанием в них кислоты, в сотни и тысячи раз превышающим естественные природные концентрации. По содержанию кислоты современные дожди в ряде случаев соответствуют кислотности сухого вина, а часто и столового уксуса. Бурное развитие энергетики сопровождается закислением окружающей среды, а увеличение высоты труб до 250-300-400 м приводит к рассеиванию выбросов предприятий энергетики на огромные территории, преодолению больших расстояний и переносу через государственные границы. В результате кислотные дожди не признают границу между государствами или народами. Великобритания и Северная Европа экспортирует кислотные дожди в Швецию и Норвегию. Промышленные и автомобильные выбросы в США неизменно вносят вклад в кислотные дожди над Канадой, а Канада ответственна за такие же дожди в США. Возможности трансграничного загрязнения атмосферного воздуха приводят к тому, что, например, в странах Скандинавии только 20-25% всех кислотных дождей - собственного происхождения, остальные они получают от дальних и ближних соседей.

В некоторых странах (Чехия, Словакия, Греция, Англия, Норвегия, | Польша) доля деградированных лесов достигает 49-71% от общей площади лесных массивов. В связи с этим в 1994 г. западно-европейские страны подписали Международное соглашение, по которому они обязаны за последующие 15 лет сократить выбросы диоксида серы примерно § на 70%. Сейчас в Европе действует сеть из 90 станций мониторинга, осуществляющих контроль за кислотностью атмосферных осадков.

До настоящего времени не обнаружено прямого воздействия кислотных дождей на здоровье человека, но вероятность этого, несомненно, существует. В частности, эта вероятность связана с повышенной способностью подкисленной воды растворять или каким-то другим способом действовать на различные материалы. Показано, что ртуть, содержащаяся в природных водоемах, может под влиянием кислой среды превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Рыба, накапливая в своих тканях соединения ртути, может стать источником отравления человека.

Другой пример неблагоприятного воздействия кислотных дождей может проявиться в том, что при заборе питьевой воды с повышенной кислотностью токсические материалы из труб и др. изделий могут растворяться в ней и неблагоприятно воздействовать на организм человека.

Таким образом, кислотные дожди приводят к ряду следующих отрицательных экологических последствий:

• ухудшение видимости атмосферы;

• закисление почв и уменьшение их плодородия;

• закисление пресноводных водоемов и, как результат, сокращение запасов ценных видов рыб;

• повреждение и гибель лесных формаций;

• уничтожение и гибель некоторых видов животных;

• ускорение коррозии мостов, плотин, зданий, металлических конструкций и др.;

• ущерб памятникам мировой культуры;

• вред здоровью людей.