Механизмы образования кислотных дождей и их воздействие на биосферу

Кислотные осадки

Дождь, снег или дождь со снегом,
имеющие повышенную кислотность. Кислотные
осадки возникают главным образом из-за выбросов оксидов серы и азота в
атмосферу при сжигании ископаемого топлива (угля, нефти и природного газа).
Растворяясь в атмосферной влаге, эти оксиды образуют слабые растворы серной и
азотной кислот и выпадают в виде кислотных дождей.

Относительная кислотность раствора
выражается индексом рН (кислотность определяется наличием свободных ионов
водорода Н+; рН – это показатель концентрации ионов водорода). При рН = 1
раствор представляет собой сильную кислоту (как электролит в аккумуляторной
батарее); рН = 7 означает нейтральную реакцию (чистая вода), а рН = 14 – это
сильная щелочь (щелок). Поскольку рН измеряется в логарифмической шкале, водная
среда с рН = 4 в десять раз более кислая, чем среда с рН = 5, и в сто раз более
кислая, чем среда с рН = 6.

Обычная незагрязненная дождевая вода имеет
рН = 5,65. Кислотными называются дожди с рН менее 5,65. На значительных
территориях на востоке США, юго-востоке Канады и западе Европы среднегодовые
значения рН атмосферных осадков колеблются от 4,0 до 4,5.

В восточных районах США
кислотность атмосферных осадков приблизительно на 65% определяется присутствием
серной кислоты (H2SO4), на 30% – азотной кислоты (HNO3) и на
5% – соляной кислоты (HCl). Главными источниками оксидов
серы (SO2 и SO3), обусловливающих образование серной кислоты, являются тепловые
электростанции, работающие на нефти и угле, а также металлургические заводы.
Оксид азота (NO) и диоксид азота (NO2), из которых образуется азотная кислота, поступают в
атмосферу примерно в равных количествах от тепловых электростанций, работающих
на нефтепродуктах и угле, и с выхлопными газами автомобильных двигателей.
Сравнительно небольшое количество соляной кислоты в атмосферных осадках
образуется в результате аккумуляции газообразного хлора от различных природных
и промышленных источников. Кислотные дожди могут также выпадать при поступлении
в атмосферу серной кислоты и азотсодержащих газов (диоксида азота NO2 и аммиака NH3) от
естественных источников (например, при извержении вулканов).

Последствия.
Разные природные обстановки различным
образом реагируют на повышение кислотности. Кислотные осадки могут привести к
изменению химических свойств почвы и воды. Там, где вода в реках и озерах стала
довольно кислой (рН менее 5), например, в горах Адирондак (шт. Нью-Йорк, США)
или в южных районах Норвегии и Швеции, исчезает рыба. При нарушении трофических
цепей сокращается число видов водных животных, водорослей и бактерий. В городах
кислотные осадки ускоряют процессы разрушения сооружений из мрамора и бетона,
памятников и скульптур.

Список
литературы

Израэль Ю.А., Назаров И.М.,
Прессман А.Я. и др. Кислотные
дожди. Л., 1989 Хорват Л. Кислотный дождь. М., 1990

Для подготовки данной работы были
использованы материалы с сайта http://bio.freehostia.com

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.

Как бороться с кислотными дождями

Кислотные дожди наносят непоправимый вред, и чтобы найти пути решения, человечеству следует объединить свои усилия. Необходимо установить дорогостоящие фильтры на предприятиях или уменьшить их деятельность. Это снизит выброс вредных веществ в атмосферу и воду. Также уже несколько лет рассматривается вариант создания безопасных для экологии производств.

Сокращение вредных выбросов

Ежегодно звучит призыв к сокращению токсичных выбросов с предприятий. Они являются основными источниками вредных веществ. Владельцев предприятий побуждают установить мощные очистные сооружения. Ученые пытаются создать систему очистки, которая сделает промышленные предприятия более безопасными.

Использование экологичных автомобилей

Сильно загрязняют атмосферу выбросы, которые производит транспорт. Полностью отказаться от него не получится. Решить эту проблему можно с помощью электромобилей и гибридов.

Новые автомобили могут использовать более чистый вид топлива — природный газ. Свыше 20 лет их оборудуют каталитическим нейтрализатором. Он снижает уровень окислов азота, который образуется в процессе работы автомобиля.

Переход на альтернативные источники энергии

Внести свой вклад в сокращение выброса вредных веществ в атмосферу может каждый. Для этого человеку нужно уменьшить употребление электроэнергии. Достаточно лишь выключать свет, когда уходите из комнаты, пользоваться кондиционером в случаях особой надобности.

Чтобы снизить количество выбрасываемой серы в атмосферу, было принято решение на электростанциях использовать уголь, который предварительно промывают водой. Также используются солнечные и ветряные электростанции.

Причины появления кислотных дождей

Причины выпадения ядовитых дождей являются антропогенные и естественные. В результате развития промышленности и технологий заводы, фабрики и различные предприятия стали выбрасывать в воздух огромное количество оксидов нитрогена и сульфура. Так, когда сера попадает в атмосферу, она взаимодействует с парами воды, образуется серная кислота. Тоже происходит и с двуокисью азота, образуется азотная кислота, выпадает вместе с атмосферными осадками.

Очередной источник загрязнений атмосферы – это выхлопные газы автомобильного транспорта. Попадая в воздух, вредные вещества окисляются и выпадают на землю в виде кислотных дождей. Выпадение в атмосферу азота и серы происходит в результате сгорания торфа, угля на тепловых электростанциях. Огромное количество окиси серы попадает в воздух при переработке металлов. Азотные соединения выделяются при производстве строительных материалов.

Определенная часть серы в атмосфере имеет естественное происхождение, к примеру, после извержения вулкана освобождается диоксид серы. Азотосодержащие вещества могут выделяться в воздухе в результате деятельности некоторых почвенных микробов и грозовых разрядов.

Деятельность микроорганизмов

Причиной возникновения кислотных дождей выступает активизация микробов, ведущая к гниению растительных остатков и мёртвых животных. Происходит выделение серы в газообразном состоянии. Ежегодно объём вещества достигает 40 миллионов тонн, что составляет треть общего количества образовываемого газа.

Вулканическая деятельность

Вулканы влияют на загрязнение осадков, но проявляется лишь в активный период. Здесь же основной причиной образования кислотных дождей становится повышенная концентрация химических веществ в воздухе.

Распад азотсодержащих природных соединений

В природе оксид азота появляется после распада конечных продуктов потребления (кал, моча и другие естественные источники белка) и гниения.

Антропогенные факторы

Кислотные дожди чаще всего выпадают из-за загрязнений, связанных с жизнедеятельностью человека. В итоге антропогенных выбросов в воздух попадает более 60-65% (65-75 млн. т) производных серы, 37-50% (57 млн. тонн) азотсодержащих соединений и 100% летучих органических соединений (ЛОС).

Выбросы промышленных предприятий

Нефтеперерабатывающие, металлургические и производящие серную кислоту предприятия опережают остальные производства по выбросам сернистых соединений. Причиной ежегодного поступления 1 млн. тонн азота в атмосферу Земного шара также являются промышленные предприятия.

Выхлопы транспортных средств

Чем опасны автомобильные выхлопы. Они поставляют в тропосферу до 35-40% оксидов азота. При сгорании дизельного топлива, бензина в приземном слое образуются вредные вторичные загрязнители (озон, серная кислота, формальдегид и пероксиацетилнитрат). Их присутствие может вызвать кислотные дожди.

Удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве

Избыточное использование в сельском хозяйстве пестицидов и азотсодержащих удобрений выглядит оправданным, улучшая рост культур, но на самом деле приводит к накоплению вредных веществ в почве, часть из которых поступает в воздух.

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.

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.

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.

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.

Последствия кислотных дождей для водоёмов

Именно в водных средах воздействие кислотных дождей наиболее очевидно. Кислотный дождь впитывается в почву, попадает в озера, реки, болота и оттуда расходится по всем направлениям (орошение, питьевая вода и т.д.)

По мере повышения кислотности озера вода становится более прозрачной, а количество рыб и других водных животных уменьшается. Некоторые виды растений и животных лучше способны выживать в кислой воде, лучше, чем другие. Пресноводные креветки, улитки, мидии наиболее быстро страдают от подкисления, за которым следуют рыбы, такие как пескари, лосось и плотва. Икра и мальки (яйца и молодняк) рыбы наиболее подвержены

Кислотность воды влияет не только непосредственно на виды, но и на то, что токсичные вещества, такие как алюминий, попадают в воду из почвы, нанося вред рыбе и другим водным животным.

Озера, реки и болота имеют свою хрупкую экосистему с множеством различных видов растений и животных, которые зависят друг от друга, чтобы выжить. Если исчезнет вид рыбы, животные, которые питаются ею, тоже постепенно исчезнут. Если вымершая рыба использовалась для кормления определенных видов крупных насекомых, эта популяция насекомых начнет расти, это, в свою очередь, повлияет на более мелких насекомых или планктон, которыми питается более крупное насекомое.

Пути решения проблемы кислотных дождей

Главным шагом по решению экологической проблемы кислотных дождей, как впрочем, и проблемы парникового эффекта является сокращение выброса в атмосферу вредных промышленных отходов, использование очистительных фильтров на заводах и фабриках. И в перспективе создание экологически безопасных производств, в целом все современные технологии должны внедряться лишь только после оценки их влияния на окружающую среду.

Постепенный переход на экологичные электромобили также будет шагом на пути к преодолению проблемы возникновения кислотных дождей. Первые подобные автомобили Тесла уже потихоньку завоевывают популярность, и нам очень хочется верить, что в будущем они станут повсеместными, а автомобили на бензине станут достоянием истории, как стали, например старые паровые поезда.

Химические реакции

Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксиды серы (SO₂ и SO₃) и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций.

Соединения серы, сульфиды, самородная сера и другие содержатся: в углях и в руде (особенно много сульфидов в бурых углях, при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы(IV) (сернистый ангидрид), оксид серы(VI) (серный ангидрид), сероводород — (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре). Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые).

При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота (например, оксид азота, вступая в реакцию с водой атмосферы, под воздействием солнечного излучения, или так называемых «фотохимических реакций»), которые превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Опасность кислотных дождей для человека

Очень сильные кислоты сгорят, если они коснутся вашей кожи и нанесут ей большой ущерб. Есть даже такой термин, как кислотный ожег. Они могут даже разрушить металлы. Кислотный дождь намного, намного слабее этого, и никогда не бывает достаточно кислым, чтобы нанести непоправимый вред вашей коже, как неразбавленная кислота.

Уксус имеет значение рН 2,2, а лимонный сок имеет значение рН 2,3, а самый сильный из зарегистрированных кислотных дождей был pH2, так что он примерно такой же кислотный, как лимонный сок или уксус, а мы знаем, что они не причиняют непоправимого вреда (кроме людей с очень чувствительной кожей, но их и мыло бывает раздражает) — так в чем же тогда опасность кислотных дождей?

Для человека ее практически нет, но и приятного не очень много, другое дело, что такого в принципе не должно быть. Другое дело, как он влияет на почву и животных, но об этом немного позже.

Токсичные туманы

Еще один результат постоянного загрязнения атмосферы — это токсические туманы или смог. Впервые появившийся в Лондоне 20 века смог содержал большое количество взвешенных частиц угля, сажи и серы. За 5 дней значительно увеличилось количество смертей от сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний. Нужно отметить, что состав загрязнений стал куда более изощренным.

Сегодня смог можно увидеть в Нью-Йорке, Лондоне, Осаке или Пекине. Возникает это явление как следствие большого числа заводов, сосредоточенных в одном месте. Чем это грозит? Нарушением процессов обмена веществ в организме. К сожалению, раковые, респираторные и сердечно-сосудистые заболевания — это лишь часть картины.

В Китае в результате индустриализации в относительно короткие сроки, смог стал достаточно частым явлением. Над Пекином вообще каждое лето держится туман из выбросов, который сопровождается ухудшение качества воды. Все это привело к росту популярности процедуры кесарева сечения. Из-за нарушения обмена веществ в организме женщины центральной части страны вынуждены вынашивать ребенка до 12 месяцев в ожидании естественных родов.

Правительство Китая борется за чистоту города, много заводов покинули столицу, но когда это скажется на экологической ситуации непонятно.

Экологические и экономические последствия

Лес после кислотного дождя

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоёмы — озера, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна.

Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоёмы:

Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем.

По мере накопления органических веществ на дне водоёмов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Учёные считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, «сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон и тяжёлые металлы, в совокупности приводит к деградации лесов».

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования[какого?], составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1,7 миллиардов долларов от потери лесов; 8,3 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Миннесота 40 миллионов долларов на медицинские расходы.

Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов[каких?], — это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

Территории, подверженные кислотным осадкам

В прошлом веке, особенно в его последние десятилетия, это явление уже не являлось чем-то очень необычным. Где образуются кислотные дожди? Такие дожди (а в это понятие также входят и кислотные град, и такой же снег) с относительной регулярностью выпадают и в Европе, и в России, и в США.

Экологами разработана карта, на которой подробно обозначена каждая территория, подвергающаяся таким опасным явлениям.

На территории большинства субъектов Российской Федерации выпадение серы и нитратного азота от собственных источников не превышает 25 процентов от их суммарных выпадений. Вклад собственных источников по сере превышает этот порог в Мурманской (70%), Свердловской (64%), Челябинской (50%), Тульской и Рязанской (по 40%) областях и в Красноярском крае (43%).

Фото: Кислотные дожди на карте мира, vigivanie.com. Рыжим цветом отмечены территории, где выпадают кислотные дожди; фиолетовым — территории с загрязненным воздухом, что может привести к кислотным осадкам; бежевым — районы с потенциальными проблемами, где повышена чувствительность почв.

На Европейской территории России только 34 процента выпадений серы имеет российское происхождение. Из оставшейся части 39 процента поступает от европейских стран, а 27% из других источников. При этом наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды вносят соседние страны: Украина, Польша, Германия, Белоруссия и Эстония.

Кислотные дожди в России, geographyofrussia.com

Последствия кислотных дождей

Каковы последствия кислотных дождей? Негативных последствий много:

• гибель сельскохозяйственных культур,
• загрязнение водоемов,
• сокращение площади лесов,
• заболеваний у людей.

При контакте с кислотными дождями повышается риск возникновения таких болезней как астма, аллергия, онкологические заболевания. Кислотные дожди загрязняют реки и озера, вода становится непригодной, из-за чего могут погибнуть огромные популяции рыб. От кислотных дождей загрязняется и теряет свою плодородность почва, как следствие уменьшается урожай. Страдают от них и растения, у деревьев опадают листья и тормозится развитие корней, растения становятся чувствительными к перепадам температур.

Заключение

В итоге, проблему выбросов веществ в атмосферу и нарушение цикла круговорота веществ в природе нельзя рассматривать только как парниковый эффект или озоновые дыры.

Ситуацию нужно оценивать комплексно и решаться специалистами со всего мира. Отдельное воздействие озоновых дыр или кислотных дождей человечество еще могло бы пережить, но комплекс глобальных проблем экологии и разрушения озонового слоя приведет к гибели всей планеты. Нет такого завода, который выбрасывал бы только одно загрязняющее вещество. На любом производстве в атмосферу выбрасывается целый комплекс загрязняющих веществ, выбрасывающих целый комплекс веществ, которые ведут за собой такой же обширный комплекс последствий. Поэтому и проблему нужно затрагивать на всех уровнях: от бытового до международного.

Источники

• https://GeologiaZemli.ru/eko-problemy/osobo-toksichnyj-komponent-kislotnyh-dozhdej.html
• https://bezotxodov.ru/jekologija/kislotnye-dozhdi
• http://myzhir.ru/ogorod/kislotnyj-dozhd-chto-takoe-kislotnye-osadki.html
• https://medru.su/ekologiya/kislotnyj-dozhd.html
• https://ECOportal.info/kislotnye-dozhdi-prichiny-i-posledstviya/
• https://bezotxodov.ru/atmrsfera/prichiny-kislotnyh-dozhdej
• https://ug-plastics.ru/ekoproblemy/kakovy-otricatelnye-posledstviya-vypadeniya-kislotnyh-dozhdej.html
• https://EcologAnna.ru/ekologicheskie-problemy/kak-spastis-ot-kislotnyh-dozhdej
• https://delta-eco.ru/problemy/kislotnye-dozhdi-prichiny-i-posledstviya-vypadeniya-kislotnyh-dozhdej-kratko.html
• https://halal-eko.ru/voprosy/kislotnye-dozhdi-referat.html