Источники и механизм образования кислотных осадков

Кислотными называют любые осадки - дожди, туманы, снег, отложения. Кислотные свойства обусловлены присутствием чрезвычайно активных ионов водорода (Н⁺), т.е. атомов водорода без электронной оболочки. Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность.

Аналогичным образом горький вкус и едкость растворов всех щелочей, или оснований, обусловлены присутствием гидроксильных ионов (ОН^-), т.е. кислород-водородной группы с лишним электроном.

Вам, вероятно, известно, что кислоты и основания нейтрализуют друг друга. Это происходит в результате соединения ионов Н⁺ и ОН^- с образованием воды.

Кислотность среды характеризуется показателем pН=–lg(H⁺), т.е. в конечном итоге определяется количеством ионов водорода H⁺.

Водная среда может иметь значение pH от 0 до 14. Нейтральный водный раствор имеет pH=7, кислотный раствор – pH<7, щелочной – pH>7 (рис. 1.).

Атмосферные осадки, имеющие показатель pH<5,6, называют кислотными. Следует отметить, что даже в самом чистом воздухе есть углекислый газ, который, взаимодействуя с парами воды образует слабый раствор угольный кислоты. Поэтому дождевая вода всегда имеет pH=5,6…6.

До начала промышленной революции проблема кислотных дождей отсутствовала. В целом для атмосферы концентрация оксидов серы и азота была незначительная и карбонаты экосистем легко справлялись с кислотностью осадков:

CaCO₃ + H₂SO₃® CaSO₃ + H₂CO₃,

¯¯

H₂O+CO₂

Антропогенное влияние на кислотность осадков стало проявляться в XX веке, т.к. стало возрастать количество сжигаемого ископаемого топлива. При сжигании угля и нефти образуются кислородные соединения серы – диоксид и триоксид серы (SO₂ и SO₃), которые, реагируя с парами воды, образуют сернистую и серную кислоты:

SO₂ + H₂O®H₂SO₃,

Эти кислоты выпадают вместе с дождем, снегом, присутствуют в тумане, облаках.

Почти сто лет после этого индустриально развитые государства не обращали внимание на кислотность осадков. В 70-х годах в реках и озерах Скандинавии стала исчезать рыба, снег в горах стал серым, листья с деревьев стали опадать ранней осенью. Вскоре такие же явления стали наблюдаться на северо-востоке США, юго-востоке Канады, в Западной Европе.

Впервые проблема кислотных дождей, как всемирная экологическая проблема, была поднята Швецией в 1972 году на Конференции ООН по окружающей среде.

В настоящее время масса кислотобразующих оксидов, ежегодно поступающих в атмосферу, составляет более 150 млн. т, т.е. на каждого жителя Земли примерно 25 кг в год.

Наиболее ощутимы к кислотным дождям водные экосистемы. При pH=5,8…6 гибнут ракообразные, улитки, моллюски, лосось, форель, насекомые, зоо – и фитопланктон. Если pH ниже 5, то погибают окунь, щука, угорь, начинается бурное развитие белого мха, выживают только некоторые виды водных насекомых.

При этом наносится урон и сухопутным экосистемам, т.к. многие пищевые цепи начинаются в водоемах. Сокращается популяция птиц, питающихся рыбой и личинками насекомых, которые развиваются в воде.

Кислотные осадки приводят к деградации лесов. Попадая на защитный восковой покров листьев и хвои деревьев, они разрушают его, увеличивая возможность проникновения в ткани патогенных (болезнетворных) бактерий, грибов и насекомых. Также кислотные осадки в почве выщелачивают алюминийи тяжелые металлы, которые повреждают молодые корни и вызывают преждевременное старение деревьев.

Всего на нашей планете кислотными осадками повреждено почти 31 млн. га лесов. В России повреждено почти 2 млн. га лесов: районы Норильска, Братска, Мончегорска.

Наиболее ощутимо действие кислотных осадков на почвы проявляется в тропиках и северных районах. Почвы в тропиках практически не содержат нейтрализаторов кислот, а в северных районах подкисляются и без того кислые (подзолистые) почвы. В кислых почвах снижается активность азотофиксирующих организмов, повышается активность алюминия и тяжелых металлов, которые затем попадают в конечном итоге в водоемы и водопроводную сеть, ухудшая качество питьевой воды.

Для уменьшения выбросов оксидов серы и азота в атмосферу используются очистные сооружения. Существуют достаточно эффективные технологии и технические средства для улавливания оксидов серы и получения чистой серы.

Кислотные дожди губительны не только для живых организмов. Под их воздействия разрушаются древние памятники архитектуры. Мрамор под воздействием раствора серной кислоты прекращается в гипс.