Влияние кислотных дождей на окружающую среду

Влияние кислотных дождей на окружающую среду

Глобальные изменения нарушают естественные природные процессы. Последствия стремительного технического прогресса наносят вред всему живому. Одна из серьезных экологических проблем, кислотные дожди, приобрела планетарное распространение.

Понятие кислотный дождь

В химической терминологии существует понятие кислотности водного раствора. Это основополагающий принцип кислотного дождя.

Уровень кислотности воды обусловлен концентрацией водородных ионов Н+, единица измерения которых ммоль/л. Для щелочности нужны гидроксильные ионы ОН-. Данные величины взаимосвязаны: при увеличении щелочности понижается кислотность, и наоборот. Нейтральной (одинаковое количество Н+ и ОН-) воды в природе нет.

Шкала кислотности начинается от рН — 0 (высокая кислотность). Концентрация в 7 ммоль/л считается нейтральной, от 7 до 14 происходит увеличение щелочности. В чистой дождевой воде водородный показатель слабокислый.

Под термин «кислотные дожди» попадают осадки, кислотность которых от 0 до 5,7 ммоль/л. За всю историю максимально низкое значение (2,25) зарегистрировано в Китае.

Причиной появления этого явления в мире становятся выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. В воздухе химические соединения распадаются на сульфатные, нитратные частицы и перемешиваются с атмосферной влагой. Получается подобие разбавленной кислоты. Чем выше концентрация веществ, тем больше кислотность осадков.

История появления термина

Начало развития европейской промышленности в начале XIX века привело к упоминанию в ученых кругах явления повышенной кислотности дождей. Химик из Шотландии Роберт Смит на протяжении своей жизни изучал взаимосвязь между загрязнениями атмосферы в Манчестере и кислотными осадками. В 1852 году он первым заговорил о климатологической аномалии в виде кислотных дождей, но поддержки своей гипотезы Смит не получил.

Влияние кислотных дождей на окружающую среду

Не сдаваясь, он в течение 10 лет публиковал доклады о химическом составе атмосферы. Общественность заинтересовалась мнением учёного только после выхода его книги в 60-е годы. Термин официально признали после публикации в «Нью-Йорк Таймс» отчетов о влиянии природных изменений на леса. Со временем стали появляться предложения по решению проблемы кислотных дождей в странах Старого и Нового света.

Прогнозирование выпадения кислотных дождей

Существует возможность составления прогноза очередного выпадения кислотных дождей. Для этого устанавливают количественную связь между источником и локализацией выпадения осадков. При изучении естественного атмосферного массопереноса нужно знать течение распада и изменения химических соединений. Учитываются множественные процессы, протекающие в жидкой и газообразной фазе.

Такая сложная система соотношений для будущего прогнозирования требует решения проблемы экологической безопасности человечества. Для этого ученые рассчитывают совершенную математическую модель. За основу берется концентрация положительных ионов Н+ в жидкости.

Компоненты кислотных дождей

При водородном показателе осадков pH менее 5,7 можно говорить о возникновении кислотного дождя. Кислотность часто появляется и в других видах климатических осадков.

Основными компонентами кислотных дождей являются серные и азотные соединения. В воздухе они образуются после взаимодействия с водой при фотохимической реакции. Большую часть опасных осадков (2/3) составляют серная и сернистые кислоты. Главные источники их появления — выбросы производств и транспорта.

Кроме основных видов возникают осадки, содержащие хлор и плавиковые кислоты. На причину их возникновения влияет отсутствие средств и методов борьбы с парниковыми газами (фреоны, фторводороды).

Кислотная седиментация

Загрязнение воздуха происходит от антропогенных и природных источников. Фоновый уровень естественного зашлаковывания стабилен и редко изменяется. Степень загрязненности атмосферы в результате промышленного прогресса увеличивается постоянно.

Под общим понятием седиментации понимают оседание, всплывание дисперсных частиц в дисперсионной среде. Это заключительный этап круговорота загрязняющих веществ.

Процесс седиментации проходит двумя путями:

  1. Влажный (вымывание кислотных веществ из атмосферы).
  2. Сухой (выпадение осадков).

Взаимосвязь этих процессов — это кислотная седиментация, приводящая в итоге к закислению атмосферы.

Сухая седиментация

При сухой седиментации газообразные вещества выпадают в осадок под действием турбулентной диффузии. Она появляется из-за неравномерного трения по поверхности Земли воздушных масс при передвижении.

Опасность для окружающей среды представляет прямой перенос молекул серы и азота, адсорбированных на пылевых частицах. После осаждения токсичные элементы поглощаются природными поверхностями (водой, почвой, растениями).

Влажная седиментация

Важным условием образования облаков является перенасыщение воздуха водяным паром. Водяной пар конденсируется до перенасыщения. Процесс должен происходить при 500°С, но температура в атмосфере на этом уровне не превышает 100,5°С. Вследствие чего перенасыщенность возникает только на ядрах сернистых и азотистых соединений и приводит к накоплению кислотных осадков.

Облака увеличиваются и накапливают аэрозольные частицы. Седиментация повышается, соответствуя размерам капель и под гравитационным действием они падают. Падающие капли дождя промывают атмосферу, одновременно поглощая новые частицы.

На землю осадки попадают с растворенными веществами, которые повышают истощаемые запасы необходимых элементов или приводят к загрязнению, в зависимости от состава.

Кислотные туманы и облака

Для анализирования туманов экологи выбирают лесные и высокогорные регионы, где они присутствуют более 60 дней в течение года.

Кислотный туман в мегаполисе
Кислотный туман в мегаполисе

Химический состав определяют до образования тумана по количественному содержанию кислотных газов и аэрозольных частиц. В образующемся тумане в условиях предварительного задымления содержатся катионы Н+, нитраты, сульфаты, соединения органики (ацетаты, формиаты).

При появлении в тумане карбонатной пыли, аммиачных примесей кислотность понижается. В городском воздухе регистрируются металлы переменной валентности от промышленных и автомобильных выбросов. Диоксид серы в ходе окислительных реакций переходит в серную кислоту. Днем оксиды азота под фотохимическим воздействием превращаются в азотную кислоту.

По внутреннему химическому взаимодействию облака схожи с туманами, но ионный состав в облачной массе ниже. На количество образования ионов в туманах влияет то, что они образуются в более загрязненных околоповерхностных слоях воздуха. Облачные массы имеют меньшую загрязненность из-за перемешивания с чистыми воздушными потоками. Концентрационных примесей в облаках меньше, так как в них много водяных капель.

Воздействие кислотных осадков на природу

Образовавшиеся опасные осадки влияют на природу. В первую очередь страдают пресные водоемы и растительные насаждения. Часто влияние кислотных дождей получается не прямым, а косвенным. Опасны не сами осадки с повышенной кислотностью, а протекающие в биосфере под их воздействием окислительно-восстановительные процессы.

Многие реакции протекают не локально, а на расстоянии, в сотнях километров от источника образования. Поэтому предотвратить распространение и влияние кислотных дождей невозможно. Из-за деятельности экономически развитых стран ущерб наносится всем регионам планеты.

По расчетам группы ученых в России каждый 5 дождь можно считать кислотным. В Китае этот показатель составляет 85%.

Гибель сельскохозяйственных растений

Токсичные осадки загрязняют сельскохозяйственные площади. Исследования доказали, что кислотные дожди наносят вред растениям по всей планете. Нарушаются растительные покровные ткани, клеточный обмен веществ, что заканчивается гибелью.

Негативное влияние кислотных дождей на леса
Негативное влияние кислотных дождей на леса

Резкое падение урожайности привело к проведению опытов по степени восприимчивости выращиваемых культур к почвенной кислотности. Даже гибридные сорта томатов, фасоли, сои, хлопчатника, подсолнечника оказались неустойчивы, их рост и развитие замедлялись, и они погибали.

Сокращение лесных массивов

Леса сильно подвержены осадкам, которые обладают повышенной кислотностью. Продуктивность почв падает, питательных веществ для поступления взрослым растениям не хватает. Почвенные микроорганизмы погибают или меняется их состав.

Лесные площади на протяжении многих километров поражены суховершинностью. После закисления почв происходит быстрое высвобождение и распространения алюминия, который губителен для корней.

Лиственная масса угнетается, ветви оказываются хрупкими. Из-за не частой смены хвои деревья хвойных пород поражаются сильнее: кроны становятся редкими, хвоинки желтеют.

Источники кислотных дождей
Источники кислотных дождей

Закисление поверхностных вод

Основными закислителями водоемов значатся серные и азотистые соединения. Осадки кислотной природы, влияющие на быстрое закисление водных масс, приводят к снижению видового разнообразия животных. Первыми на начальное изменение кислотности реагируют микроорганизмы.

Концентрация фитопланктона резко снижается и он замещается на грибки. Органика не перерабатывается и водоем засоряется. У поверхностных вод способность нейтрализации кислот очень низкая. Жизнь водных организмов нарушается и они погибают.

Кислотные дожди способствуют разрушению каменной кладки, а также сооружений и памятников.

Кроме губительного действия на живую природу, осадки поражают архитектурные строения. Под сернокислотными дождями прочный мрамор замещается на гипс. Это хрупкий и мягкий материал, который из-за климатических колебаний (мороз, жара, ветер) быстро разрушается. Тысячелетние памятники культуры, дошедшие до нас в неизменном виде, интенсивно разрушаются.

Вред кислотных дождей для людей

Накопление кислотных осадков в экосистеме многих стран представляет не локальное осложнение, а серьезную экологическую проблему глобального характера. Вдыхание смога, влажного воздуха с опасными соединениями вредит общему состоянию здоровья людей.

После выпадения кислотных дождей первой страдает дыхательная система. Мелкодисперсные частицы проникают в альвеолы, что со временем вызывает рак легких. Количество регистрируемых случаев бронхиальной астмы, начиная с раннего возраста, увеличивается. Осложнения болезни приводит к преждевременной смертности.

Туман в Лондоне 1952 года привел к летальному исходу более 4000 человек.

Пищеварение в не меньшей степени подвержено последствиям высокой кислотности в биосфере. Выпас животных на закисленных почвах, ловля рыбы и водозабор в токсичных водоемах приводит к употреблению мяса и воды с содержанием ионов тяжелых металлов. В итоге появляются интоксикации, патологии почек, печени невыясненной этиологии.

Решение проблемы кислотных осадков

В решении проблемы кислотных дождей требуется масштабный подход. В программах по снижению кислотных выбросов обязаны участвовать государства всей планеты.

Частично справиться с проблемой можно путем сокращения энергозатрат. Для этого электростанциям следует отказаться или минимизировать потребление минерального топлива.

С сернистыми выбросами можно бороться установкой улавливающих серу фильтров при дистилляции нефти и регулировании процессов горения на мусоросжигательных заводах.

Снизить закисление водоемов способны фосфатные удобрения в малых количествах. Фосфаты помогают планктону перерабатывать нитраты, в итоге кислотность снижается. Переход транспорта на экотопливо, восстановление лесных насаждений поможет улучшить состояние воздуха.

В перспективе, чтобы активизировать борьбу с кислотными дождями, требуется постройка новых экологически безопасных предприятий и усовершенствование фильтрующих сооружений.

Массивные выбросы кислотосодержащих соединений приводят к окислению природной среды. Пока общие для всех стран пути решения проблемы минимальны. Поэтому государствам нужно спланировать единую методику по предотвращению образования кислотных осадков.

Ссылка на основную публикацию
Хотите больше информации по теме? Прочтите это:
Adblock detector