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 экосистем. 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
Проблема кислотных осадков
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 — S02 и азота — NOx (N20, N02). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H2SO4) и азотную (HNO3) 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 NOx составляют выхлопные газы автомобилей.
Кислотные дожди, причины и последствия которых заключаются в формировании экологических проблем, представляют собой атмосферные осадки с низким уровнем pH. Данный показатель отображает концентрацию водорода в различных растворах. Если в норме pH дождевой влаги составляет 5,6, то после взаимодействия токсичных газов с молекулами воды эта величина падает до 1-4. В таких условиях микроорганизмы и клетки других организмов погибают. Поэтому кислотные ливни (КД) представляют угрозу для жизни людей, животных и растений.
Кислотные дожди. Что это такое?
Аномальные осадки с повышенным уровнем кислотности могут приобретать различную форму:
В большинстве случаев отличить выпадение кислоты от дождевой влаги невозможно без проведения лабораторных анализов. Но если возникнет чувство жжения, в воздухе будет присутствовать кислый запах или вода будет иметь другой оттенок, необходимо немедленно найти укрытие и не выходить на открытое пространство. В противном случае можно получить ожоги и травмы.
Спровоцировать развитие экологической проблемы способно большое загрязнение атмосферы вредными выбросами химического и промышленного производства. Осадки с кислой дождевой водой способны нанести химические ожоги при попадании на незащищенные слизистые оболочки и кожные покровы.
Разбавленная кислота вызывает гибель животных растений, насыщает воздух и почву токсинами, разрушает питательные соединения и природные минералы.
В зонах поражения аномальными осадками жизнь восстанавливается медленно. После выпадения дождевой влаги, содержащей неорганические кислоты, отравлена вода и грунт. Поэтому полная фильтрация зараженной токсинами местности невозможна.
После дождя, снега или града в воздухе скапливаются летучие ядовитые газы, которые категорически запрещено вдыхать. Помимо ожогов слизистой, они могут стать причиной развития гнойно-воспалительных процессов, респираторных заболеваний хронической формы и поражения инфекцией.
Последствия интоксикации негативно отражаются на функционировании нервной и сердечно-сосудистой систем.
Причины образования кислотных осадков
В химической структуре естественных осадков в норме помимо воды присутствует угольная кислота. Неорганическое соединений образуется в результате реакций водяных молекул с углекислым газом в атмосфере. Появление аномальных осадков происходит по аналогичной схеме, только вместо окиси углерода в воздухе присутствуют другие летучие соединения и производные металлов. В структуре кислотных дождей присутствуют растворы серной или азотной кислоты различной концентрации.
Выделяют следующие причины возникновения аномального выпадения осадков:
Воздух насыщается производными серы после вулканического извержения. Во время выброса пепла и летучих газов в атмосферу выделяется большое количество оксидов серы, сульфатов и сероводородных веществ.
В процессе органического разложения животных и растений в воздухе скапливаются серосодержащие и азотистые вещества.
К источникам естественного загрязнения воздуха также относят разряды молнии во время грозы. В пасмурную погоду в воздушной оболочке Земли ежегодно формируется до 8 млн т кислотных веществ.
Кислотные ливни естественного происхождения нередко становились причиной вымирания живых организмов более 250 млн лет назад, когда погибло до 95% от общего количества биосферы. В реалиях современного мира создает катастрофу не природа, а деятельность человека. Поэтому на долю антропогенных факторов приходится до 89-92% загрязнений экосферы:
выбросы машиностроительных и металлургических заводов, энергостанций;
сжигание горючих полезных ископаемых и органического топлива: угля, дров, природного газа;
выделение метана при выращиваний злаковых культур;
выхлопные газы автомобилей;
удобрение почвы азотными соединениями, опрыскивание продуктов растительного происхождения пестицидами;
добыча полезных ископаемых;
утечка фреона из холодильников;
использование содержащих хлороводород аэрозолей.
Как образуются кислотные осадки?
Несмотря на большое количество природных выбросов ядовитых соединений, человек – главный виновник экологических бедствий. Существенную роль в возникновении КД играет добывающая и перерабатывающая промышленность. В 65% случаев в структуре осадков обнаруживается присутствие производных серы. Механизм образования аномальной экологической проблемы заключается в растворении ядовитых газов в дождевой влаге.
В атмосферу выбрасываются тонны токсичных соединений и ядовитых газов. В воздухе скапливается диоксид серы, который в процессе фотохимического окисления преобразовывается в серный ангидрид. Данное химическое соединение вступает в реакцию с водяными парами. Продуктом их взаимодействия выступает серная кислота. Из оставшихся частиц серного диоксида формируются молекулы сернистой кислоты, которая после длительного взаимодействия с водой становится серной.
½ кислотных ливней относится к азотным. Дождевая влага формируется из летучих соединений азотсодержащих веществ, которые при растворении в водяном паре трансформируются в азотистую и азотную кислоту. Такие осадки выпадают и формируются по аналогичному принципу, что и серные осадки. После выпадения разбавленные кислоты попадают в грунт, где распадаются на нитраты и нитриты.
В редких случаях наблюдаются соляные дожди, которые формируются из летучих хлорсодержащих соединений. Хлор попадает в атмосферную среду вместе с метаном в процессе сжигания мусорных отходов или после выброса промышленных предприятий.
Состав кислотных осадков
Кислотный дождь формируется в результате взаимодействия серного и сернистого газа с молекулами воды в верхних слоях атмосферы. В состав дождевой воды может входить озон, который образуется в ходе грозы. Если в атмосфере вместо производных серы присутствуют азотистые соединения, то на землю выпадут осадки, насыщенные азотной кислотой. В редких случаях спровоцировать появление КД может высокая концентрация хлора и метана в воздушной среде.
В осадки могут попасть токсичные соединения, которые выбрасываются в атмосферу из труб промышленных предприятий или являются производными испарениями бытовых отходов.
Последствия кислотных осадков
После выпадения кислотных дождей их последствия могут привести к проблемам в экологическом и экономическом плане региона. Токсичные соединения способны храниться воде и почве в течение 5-15 лет.
При попадании в грунт яды начинают разрушать питательные вещества, необходимые для развития растений, и высвобождают на поверхность соли свинца, алюминия или ртути. Почва становится непригодной для выращивания растений. Высокая концентрация кислот в дождевой воде может привести к гибели взрослых растений и зародышевых семян. Некоторое количество ядовитых соединений остается в воздухе.
Кислотные ливни приводят к появлению следующих глобальных проблем экологического плана:
Изменение структуры воды, повышение ее жесткости, насыщение кислотами и токсинами. Такой эффект вызывает гибель животных и растений, потому что жидкость становится непригодной для питья. Содержание в воде тяжелых металлов после выпадения КД превышает норму в 4-8 раз.
Повреждения листвы и корневой системы приводят к вымиранию растений и травоядных животных. Отсутствие дии вынуждает хищников охотиться в другой местности, это приводит к нарушению пищевой цепи.
Наблюдается сильное загрязнение почвенного слоя и воздушной оболочки. Токсины вместе с пылью могут переноситься с ветром на большие расстояния, продолжая отравлять окружающую среду.
Влияние кислотных осадков на человека
Кислотные осадки негативно отражаются на жизнедеятельности и здоровье человека. Химические вещества вымывают из стекол и некоторых строительных материалов поликарбонаты, провоцируют развитие ржавчины и коррозию металлов, что ускоряет процесс разрушения построек. Под воздействием кислых дождевых вод погибает скот, страдают рыбные хозяйства и сельскохозяйственные угодья.
Кислотные ливни становится причиной развития заболеваний респираторной системы:
бронхита;
воспаления легких;
трахеита;
получения химических ожогов;
бронхиальной астмы.
Становится опасно принимать в пищу выловленную рыбу и мясные изделия. Наиболее токсичные соединения (ртуть, свинец, сера, мышьяк и селен) не разрушаются под воздействием термической обработки. Поэтому в продуктах животного происхождения могут сохраниться неорганические кислоты и ядовитые соли, способные вызвать пищевую интоксикацию. Отравление приводит к тяжелым нарушениям в работе печени, поджелудочной железы и почек, негативно отражается на функциональной активности нервной и кровеносной системы.
Воздействие кислотных осадков на экологию
Негативное влияние КД а окружающую среду остро проявляется на озерах и крупных реках. Для развития флоры и фауны требуется нейтральная среда. Смещение водородного показателя в кислую или щелочную сторону вызывает гибель организмов и экосистем. Закисление водоемов приводит к масштабным потерям растений и животных, утрате рыбных ресурсов, миграции некоторых видов и нарушению пищевой цепи.
Вред кислотных дождей для почвенного слоя обусловлен вымыванием питательных соединений. Земля насыщается ионами токсичных и тяжелых металлов. Следует задумываться над вопросом, какой вред растениям наносят КД: разрешение корневой системы, расщепление лиственного покрова и нарушение автотрофного питания посредством фотосинтеза.
Из-за гибели флоры в атмосферу прекращает попадать необходимое количество кислорода, накапливается углекислый газ, что приводит к возникновению новых экологических катастроф.
Экономические последствия
Негативные последствия кислотного дождя отражаются не только в экологическом, но и в экономическом плане. Жидкие химические вещества вредят лесам и растениям, выращиваемым на сельскохозяйственных угодьях, которые после окончания экологической катастрофы требуют больших денежных затрат на восстановление. Потери урожая могут спровоцировать вспышки голода в бедных и аграрных регионах, гибель растений и животных в лесах нарушает экологический фон. Для посадки новых деревьев и выращивания животных государства также тратят крупные суммы.
Кислоты наносят химические ожоги на тела людей, из-за чего возрастает потребность в бесплатной медицинской помощи и лекарственных препаратах. Для компенсации последствий от экологической проблемы необходимо потратить около 40 млрд долларов.
Как уберечься от кислотных осадков и предотвратить их появление?
Меры для предупреждения агрессивного воздействия кислотных дождей разрабатывают в США, Китае и на территории Российской Федерации, что обусловлено наличием у данных стран большого количества углеперерабатывающих предприятий и металлургических заводов.
Бороться с экологической проблемой в локальном масштабе практически невозможно. Для купирования катастрофы необходимо принять комплексные меры, которые возможны только при сотрудничестве нескольких государств. Специалисты продолжают разработку воздушных фильтров и очистительных систем, стараясь разобраться с экопроблемами в короткие сроки, но процент негативных последствий от выпадения разбавленных кислот увеличивается с каждым годом.
Чтобы уберечь организм от действия кислот, необходимо брать с собой зонт или дождевик в пасмурную погоду. Нужно остерегаться попадания воды с растворенными в ней химическими веществами на открытые участки кожного покрова. При этом важно помнить, что отличить невооруженным глазом нормальные осадки от кислоты невозможно. Поэтому рекомендуется постоянно придерживаться мер предосторожности и следить за новостями.
Если СМИ предупреждают о возможном появлении кислотных ливней, не нужно выходить на улицу без необходимости. При выпадении снега, града и дождевых капель требуется плотно запереть окна и двери, чтобы избежать проникновения летучих и жидких токсичных соединений.
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.
Одни ли кислотные дожди могут таить в себе угрозу?
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 возникновения кислотных дождей
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.
Механизм образования кислотных дождей
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.
Состав кислотных дождей
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.
Чем опасны кислотные дожди?
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.
Глобальные экологические проблемы кислотных осадков
Среди глобальных экологических проблем, вызванных кислотными осадками, могут быть:
Изменения в экосистеме водоемов, приведшие к гибели животного и растительного мира. Такими источниками невозможно будет пользоваться для питья, ведь тяжелые металлы будут многократно превышать нормы;
Повреждение корней и листьев, приведет к уничтожению защиты от холодов и болезней. Особенно это касается хвойных деревьев в лютые морозы;
Загрязнения грунта токсинами. Растительный мир, находящийся на зараженных участках почвы, непременно ослабеет или погибнет. Вредоносные элементы будут поступать вместе с полезными веществами, которых будет оставаться все меньше и меньше.
Вред кислотных дождей для людей
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.
Способы борьбы с кислотными осадками
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.
