Меню Рубрики

Кислотные дожди экологическая проблема

  • Экономика природопользования
  • Закономерности и принципы природопользования
  • Экономический механизм природопользования
  • Рациональное и нерациональное природопользование
  • Экологический риск
  • История развития экологии как науки
  • Предмет, объект и задачи экологии
  • Основы экологии

Кислотные дожди: причины и последствия

Причины кислотных дождей

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.

Последствия кислотных дождей

Атмосферные осадки, характеризующиеся сильнокислой реакцией (обычно рН География

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.

В норме водородный показатель (рН) атмосферных осадков, выпадающих в твёрдом или жидком состоянии, составляет 5,6–5,7. Будучи слабокислым раствором, такая вода не причиняет вреда окружающей среде.

Другое дело – осадки с повышенной кислотностью. Их образование свидетельствует о высоком уровне загрязнения атмосферы и воды рядом окислов. Они считаются аномальными.

Впервые понятие «кислотные дожди» ввёл шотландский химик Роберт Ангус Смит в 1872 году. Сейчас этим термином принято обозначать любые кислые осадки, будь то туман, снег или град.

Причины образования кислотных дождей

В составе нормальных осадков, помимо воды, присутствует угольная кислота. Она является результатом взаимодействия Н2О с углекислым газом. Распространённые компоненты кислотных осадков – слабые растворы азотной и серной кислоты. Изменение состава в сторону понижения рН происходит вследствие взаимодействия атмосферной влаги с окислами азота и серы. Реже окисление осадков происходит под влиянием фторводорода или хлора. В первом случае в составе дождевой воды присутствует плавиковая кислота, во втором – соляная.

  • Природным источником загрязнения атмосферы соединениями серы являются вулканы в период активности. Во время извержения выделяется в основном оксид серы, в меньших количествах сероводород и сульфаты.
  • Серо- и азотосодержащие вещества попадают в атмосферу при гниении растительных остатков и трупов животных.
  • Факторами естественного загрязнения воздуха азотными соединениями являются молнии и грозовые разряды. На них приходится 8 млн тонн кислотообразующих выбросов в год.

Кислотные дожди естественного происхождения – постоянное явление на Венере, так как планета окутана облаками из серной кислоты. Следы ядовитого тумана, разъедающего скалы у кратера Гусева, обнаружены на Марсе. Природные кислотные дожди кардинально меняли облик и доисторической Земли. Так, 252 млн лет назад они стали причиной вымирания 95% биологических видов планеты. В современном же мире главный виновник экологических катастроф – человек, а не природа.

Основные антропогенные факторы, вызывающие образование кислотных дождей:

  • выбросы предприятий металлургии, машиностроения и энергетики;
  • выделение метана при выращивании риса;
  • выхлопы автотранспорта;
  • использование спреев, содержащих хлороводород;
  • сжигание органического топлива (мазута, угля, газа, дров);
  • угольная, газовая и нефтяная добыча;
  • удобрение почв азотсодержащими препаратами;
  • утечка фреона из кондиционеров и холодильников.

Как образуются кислотные осадки?

В 65 случаях из 100 в составе кислотных дождей присутствуют аэрозоли серной и сернистой кислот. Каков механизм формирования таких осадков? Вместе с промышленными выбросами в воздух попадает диоксид серы. Там в ходе фотохимического окисления он частично трансформируется в серный ангидрид, который, в свою очередь, вступив в реакцию с парами воды, превращается в мелкие частицы серной кислоты. Из оставшейся (большей) части диоксида серы образуется сернистая кислота. Постепенно окисляясь от влаги, она становится серной.

В 30% случаев кислотные дожди являются азотными. Осадки, в составе которых преобладают аэрозоли азотистой и азотной кислоты, образуются по такому же принципу, что и серные. Попавшие в атмосферу оксиды азота реагируют с дождевой водой. Образовавшиеся в результате кислоты орошают почву, где распадаются на нитраты и нитриты.

Соляные кислотные дожди – редкость. Например, в США их доля от общего числа аномальных осадков составляет 5%. Источник для формирования таких дождей – хлор. Он попадает в воздух при сжигании отходов или с выбросами химических предприятий. В атмосфере он взаимодействует с метаном. Получившийся в результате хлорводород, реагируя с водой, превращается в соляную кислоту. Кислотный дождь с плавиковой кислотой в составе образуется при растворении в воде фторводорода – вещества, выделяемого предприятиями стекольной и алюминиевой промышленности.

Влияние на людей и экосистемы

Кислотные дожди впервые были зафиксированы учёными в середине прошлого века в Северной Америке и Скандинавии. В конце 70-х годов в местечке Уилинг (США) в течение трёх дней моросило влагой, что была на вкус, как сок лимона. Измерения рН показали: кислотность местных осадков превышает норму в 5 тысяч раз.

По версии Книги рекордов Гиннеса, самый кислый из дождей выпал в 1982 году на американо-канадской границе – в районе Великих озёр. Показатель рН осадков составлял 2,83. Кислотные дожди стали настоящим бедствием для Китая. 80% жидких осадков, выпадающих в Поднебесной, имеют пониженный уровень рН. В 2006 году в стране были зафиксированы рекордно кислые дожди.

Чем опасно такое явление для экосистем? Кислотный дождь негативно влияет, прежде всего, на озёра и реки. Для флоры и фауны водоёмов идеальной является нейтральная среда. Ни щелочная, ни кислая вода не способствуют биоразнообразию. О том, насколько опасны кислотные осадки для жизни в водоёмах, хорошо известно жителям озёрных краёв Шотландии, Канады, США, Скандинавии. Последствиями дождей там стали:

  • утрата рыбных ресурсов;
  • сокращение популяции птиц и животных, обитающих поблизости;
  • интоксикация воды;
  • выщелачивание тяжёлых металлов.

Закисление почв осадками приводит к вымыванию питательных веществ и высвобождению ионов токсичных металлов. Как результат, разрушается корневая система растений, а в камбии накапливаются яды. Кислотный дождь, повреждая хвойные иглы и листовую поверхность, нарушает процесс фотосинтеза. Он способствует ослаблению и замедлению роста растений, вызывает их усыхание и гибель, провоцирует болезни у животных. Влажный воздух с частицами серы и сульфатов опасен для людей, страдающих дыхательными и сердечнососудистыми заболеваниями. Он может вызвать обострение астмы, отёк лёгких, повышает смертность от бронхитов.

Кислая дождевая вода разрушает туф, мрамор, мел и известняк. Из стекла и минеральных стройматериалов она выщелачивает как карбонаты, так и силикаты. Ещё быстрее осадки уничтожают металл: железо покрывается ржавчиной, на поверхности бронзы образуется патина. Проект по защите старинных зданий и скульптур от кислотных дождей действует в Афинах, Венеции, Риме. На грани исчезновения оказался «Большой Будда» в китайском Лэшане.

Впервые кислотные дожди, как негативный экологический фактор, стали предметом обсуждения мирового сообщества в 1972 году. Стокгольмская конференция, участниками которой были представители 20 государств, запустила процесс разработки глобального природоохранного проекта. Следующим важным шагом в борьбе с кислотными осадками стало подписание Киотского протокола (1997), рекомендующего ограничить выбросы в атмосферу.

Сейчас в большинстве стран мира действуют национальные экологические проекты, предполагающие разработку правовой базы для защиты окружающей среды, внедрение очистных сооружений на предприятиях (установка воздушных, вакуумных, электрических фильтров). Для нормализации кислотности водоёмов применяют метод известкования.

Читайте также:  Как утеплить крышу видео

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector