Механизм образования кислотных дождей: кислоты из серы и азота

Проблема загрязнения атмосферы привлекает внимание экологов со всего мира, ведь имеет глобальное влияние на экосистему планеты. Одним из последствий загрязнения являются участившиеся в последние годы кислотные дожди, что свидетельствует об ухудшении экологической обстановки.

Кислотные дожди — осадки повышенной кислотности (с низким pH). pH – водородный показатель, оптимальный для питьевой воды — около 7,0-8,0, для осадков — до 5,6. Даже незначительное понижение этого уровня имеет катастрофические последствия: уменьшение pH на единицу означает увеличение концентрации кислоты в жидкости в десять раз. Показатель кислотных дождей составляет менее 5,6. Известны случаи с выпадением осадков, кислотность которых достигала 2,3.

Образованию кислотных дождей способствуют:

Загрязнение атмосферы выбросами промышленных предприятий.
Выхлопные газы автомобилей.
Тепловые электростанции, использующие в качестве топлива уголь.
Устаревшие и несовершенные методы очистки воздуха, фильтрации выбросов в атмосферу.

Аномальные осадки отрицательно влияют на живых существ:

Способствуют размножению и жизнедеятельности паразитов.
Если кислотные осадки попадают в водоемы, они приводят к гибели организмов, обитающих в них.
Вода из пораженных водоемов становится непригодной для питья.
Кислотные дожди меняют химический состав почвы, что снижает ее плодородие и урожайность сельскохозяйственных культур.
Осадки ухудшают качество воздуха, приводят к поражению дыхательной и сердечно-сосудистой системы.
Поражают леса, вызывают гибель многих гектаров хвойных и лиственных лесов.
Разрушают архитектурные памятники, строения, вызывают коррозию металлов.
Разъедают трубы, конструкции, растворяют краску.

Ввиду всего перечисленного кислотные дожди способны привести к негативным экологическим и экономическим последствиям.

Состав кислотных дождей

Кислотные дожди — явление, которое является следствием поражения воздушной среды кислотными оксидами, вступающими в реакции с атмосферной влагой. Растворы серной и азотной кислот — главная составляющая осадков.

Соединения серы

Распространены:

SO2 – оксид серы.
COS — оксисульфид углерода.
H2S — сероводород.
CS2 — сероуглерод.
SO42 — сульфат-ионы.
(CH3)2S — диметилсульфид.

Соединения азота

Важнейшие азотистые соединения земной атмосферы, вызывающие кислотные дожди:

Закись азота, N2 Не участвует в образовании кислотных осадков, нейтральный газ.
Двуокись азота.
Окись азота.
Оксид азота.
Азотистый ангидрид,

Источники серы в кислотных дождях

Соединения серы, участвующие в формировании кислотных дождей, поступают в атмосферу из различных источников.

Естественные

Около половины соединений серы поступают в воздух благодаря жизнедеятельности живых организмов. Сера — часть круговоротов веществ и энергии, выделяется микроорганизмами в процессе разложения органических веществ. Сероводород улетучивается при восстановлении сульфатов.

Основные естественные источники серы бактерии и грибы, они населяют заболоченные местности, почвы с застойными водами. Жизнедеятельность водных обитателей также провоцирует образование сернистых соединений.

При вулканических извержениях происходит выделение сероводорода, серы в чистом виде и в виде оксидов, сульфатов. В год в нижние, иногда — верхние, слои атмосферы попадает свыше 2 миллионов тонн сернистых соединений.

Еще один источник серы — морская соль, которая испаряется с водной поверхности. Однако соль содержит сульфаты, которые не образуют серной кислоты, и потому не могут считаться причиной кислотных дождей.

Антропогенные

К образованию кислот в атмосфере ведет промышленная деятельность человека и выбросы в ходе производства, главным образом оксида серы, SO2. Он массово выделяется при сжигании топлива на предприятиях: металлургических заводах, теплоэлектростанциях. В атмосферу попадает сернистый газ, который провоцирует образование кислотных дождей.

Серосодержащие соединения также образуются при сгорании нефтяных продуктов. В среднем ежегодно в атмосферу выделяется до 70 миллионов тонн серы из-за антропогенного воздействия человека.

Источники соединений азота

Другой компонент кислотных дождей — азотсодержащие соединения. Они попадают в атмосферу несколькими способами — естественным и антропогенным.

Основными естественными факторами считают выделение азота вследствие:

Электрических разрядов — молний. Во время грозы под действием высоких температур и напряжения происходит образование оксидов азота из кислорода и азота.
Деятельности живых организмов. Почвенные бактерии в процессе разложения веществ, содержащих нитраты, высвобождают оксиды азота.
Горения биомассы, массово происходящего при пожарах. Может иметь как естественные, так и антропогенные причины. Ежегодно в атмосферу выделяется около 12 миллионов тонн азотсодержащих соединений, входящих в состав кислотных дождей.

Деятельность человека также пагубно влияет на состояние атмосферы, ее химический состав. Интенсивный производственный процесс — главная причина участившихся кислотных дождей на Земле. Главными источниками загрязнения, имеющими искусственное происхождение, являются:

Теплоэлектростанции, металлургические предприятия, заводы и фабрики, которые используют ископаемое топливо для получения энергии. Горение угля, нефти, газа провоцирует соединение кислорода и азота в монооксид азота,. Высокая температура, необходимая для протекания процесса, прямым образом влияет на количество образовавшихся соединений.
Выхлопные газы. Оксиды азота, входящие в состав кислотных дождей, выделяются при работе двигателя внутреннего сгорания, которым оборудованы большинство современных автомобилей.

В год суммарное число выбросов вследствие человеческой деятельности достигает 20 миллионов тонн. Это составляет около 40% всех выделяющихся в атмосферу азотистых соединений.

Как образуются кислотные дожди?

Основными компонентами кислотных дождей ученые считают серную и сернистую, а также азотную и азотистую кислоты. В процессе образования кислотных дождей участвуют сера и азот, попадающие в атмосферу с промышленными и прочими выбросами. Схемы образования осадков для азота и серы аналогичны и заключаются в химических и фотохимических реакциях веществ с атмосферной влагой.

Химические превращения соединений серы

Механизм образования аномальных дождей с содержанием серы прост. Попадая в воздух, оксид серы (SO2) образует сернистую кислоту, которая, окисляясь, превращается в серную.

Доля диоксида серы, реагирующего с кислородом воздуха, под воздействием света превращается в серный ангидрид. Впоследствии пары воды в атмосфере провоцируют образование серной кислоты в виде частиц. С среднем, из одного килограмма серы образуется 5 килограммов серной кислоты.

Химические превращения соединений азота

Установлено, что основными составляющими трети кислотных дождей являются азотистые соединения — азотная и азотистая кислота. Процесс образования кислотных дождей с преобладанием азотсодержащих соединений аналогичен.

Оксиды азота, выделившиеся в атмосферу, вступают с дождевой водой в химические реакции, в ходе которых происходит образование кислот. При попадании в почву последние распадаются на нитраты, отравляющие почвенный слой и населяющие его организмы.

Новый вид кислотных дождей

В последнее время были зафиксированы случаи аномальных осадков, в состав которых входит хлор и его радикалы. Большая часть хлорсодержащих соединений попадает в атмосферу вследствие химического промышленного производства. Разложение фреонов под действием света также загрязняет атмосферу хлором и его соединениями.

Хлороводород, который способен при контакте с влагой образовывать соляную кислоту, является продуктом реакции хлора и метана. Кислотные дожди с хлористыми соединениями считаются новым видом аномальных осадков и пока не отслеживаются мониторингом атмосферы.

Кислотные дожди опасны для здоровья человека, отрицательно влияют на функционирование мировой экосистемы, губительны для экономики и экологии планеты в целом. Поэтому особенно важно уделять проблеме загрязнения атмосферы должное внимание и предпринимать необходимые шаги для решения этой глобальной задачи.