Кислотные дожди

«Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы

уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для

обитания».

Жан Батист Ламарк

Вступление

Этот реферат был написан с целью глубоко разобраться в процессах

образования, а также причинах и последствиях выпадения кислотных осадков.

Хозяйственная деятельность человечества в течение последнего столетия

привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами

производства. Воздушный бассейн, воды и почва в районах крупных

промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрация

которых превышает предельно допустимую. Поскольку случаи значительного

превышения допустимой концентрации достаточно часты и наблюдается рост

заболеваемости, связанной с загрязнением природной среды, в последние

десятилетия специалисты и средства массовой информации, а вслед за ними и

население стали употреблять термин «экологический кризис».

Прежде всего следует разделить понятия "локальный экологический

кризис" и "глобальный экологический кризис". Локальный экологический кризис

выражается в местном повышении уровня загрязнений - химических, тепловых,

шумовых, электромагнитных - за счет одного или нескольких близко

расположенных источников. Как правило, локальный экологический кризис может

быть более или менее легко преодолен административными и или экономическими

мерами, например, за счет совершенствования технологического процесса на

предприятии-загрязнителе или за счет его перепрофилирования или даже

закрытия. Много более серьезную опасность представляет глобальный

экологический кризис. Он является следствием всей совокупности

хозяйственной деятельности нашей цивилизации и проявляется в изменении

характеристик природной среды в масштабах планеты и, таким образом, опасен

для всего населения Земли. Бороться с глобальным экологическим кризисом

гораздо труднее, чем с локальным, и эта проблема будет считаться решенной

только в случае минимизации загрязнений, произведенных человечеством, до

уровня, с которым природа Земли будет в состоянии справиться

самостоятельно. В настоящее время глобальный экологический кризис включает

четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение

планеты суперэкотоксикантами и так называемые озоновые дыры.

Еще в конце позапрошлого века Фридрих Энгельс предупреждал: «Не

будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую

такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую

очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью

очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто

уничтожают последствия первых». Знакомство с проблемой кислотных дождей

подтвердит нам правоту этих слов.

Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к

деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению

человечества, жизненно необходимо.

Антропогенные выбросы в атмосферу

Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или

образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих

нормативы качества или уровня естественного содержания.

Загрязняющее вещество — примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при

определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье

человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты

окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.

В последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и

промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества,

диоксид серы, существенно уменьшилось, так как со значительным спадом

производства сократилось число промышленных выбросов, а концентрации оксида

углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей.

Список городов с катастрофическим уровнем загрязнения атмосферного

воздуха в России увеличивается ежегодно, но многие годы в нем числятся

Братск, Екатеринбург, Кемерово, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Москва,

Нижний Тагил, Новокузнецк, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Тольятти.

Наиболее значимое влияние на состав атмосферы оказывают предприятия

черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность,

стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная

промышленность, автотранспорт, а в некоторых городах и котельные.

Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь

сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете

на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа — 2,7 кг,

марганца — 0,1—0,6 кг.

Источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные

фабрики. Во время агломерации (Агломерация - в металлургии термический

способ окускования мелких рудных материалов (спеканием) для улучшения их

металлургических свойств) руды происходит выгорание серы из пиритов.

Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается

0,2—0,8%. Выброс сернистого газа при этом может составить до 190 кг на 1 т

руды (т.е. работа одной ленточной машины дает около 700 т сернистого газа в

сутки).

Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных

сталеплавильных цехов. Плавление стали сопровождается выгоранием некоторых

количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских

печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг

сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали.

Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при производстве

глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и других металлов в

печах (для спекания, выплавки, обжига, индукционные и др.), на дробильно-

размольном оборудовании, в конвертерах, местах погрузки, выгрузки и

пересылки материалов, в сушильных агрегатах, на открытых складах. В

основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух

сернистым ангидридом (SO2)(75% суммарного выброса в атмосферу), окисью

углерода (10,5%) и пылью (10,4%).

Химическая и нефтехимическая промышленность. Выбросы в атмосферу в

химической промышленности происходят при производстве кислот (серной,

соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора,

пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука,

минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола),

крекинге нефти.

Разнообразием исходного сырья для производства определяется состав

загрязняющих веществ — в основном окись углерода (28% суммарного выброса в

атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В

выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%),

сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол

(0,3%), дихлорэтан (0,6%), этилацетат (0,5%), серная кислота (0,3%).

Решение экологических проблем в отрасли осложнено эксплуатацией

морально и физически устаревшего оборудования (60% — эксплуатируется более

10 лет, до 20% — свыше 20 лет, до 10% — более 30). Происшедшие в последние

годы катастрофы на химических предприятиях в Уфе, Стерлитамаке, Томске,

Ангарске, Салавате, Ставрополе, других городах, постоянные локальные взрывы

и разрушения объектов с человеческими жертвами, заражение атмосферы и

других объектов окружающей среды свидетельствуют о том, что ситуация в

отрасли критическая. Следует отметить, что в последние годы выбросы в

атмосферу загрязняющих веществ предприятиями отрасли резко снизились.

Однако произошло это не потому, что были проведены эффективные

природоохранные мероприятия, а из-за спада производства.

Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, концентрация которых

особенно велика в Башкортостане, Самарской, Ярославской и Омской областях,

загрязняют атмосферу выбросами углеводородов (23% от суммарного выброса),

сернистого газа (16,6%), окиси углерода (7,3%), окислов азота (2%).

Особую экологическую опасность представляет разработка месторождений

нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода.

Промышленность строительных материалов. Производство цемента и других

вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной

керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и

технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных

веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого

ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах присутствует

сероводород (0,03%).

Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее

крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном,

Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области.

Среди наиболее крупных загрязнителей атмосферы можно выделить Архангельский

целлюлозно-бумажный комбинат (7,5% общего выброса по отрасли). Характерные

загрязняющие вещества, производимые этими предприятиями, — твердые вещества

(29,8% суммарного выброса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый

ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%).

В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха

являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные

комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику,

энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к

помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе

распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие

дурнопахнущие газы.

Смог. Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в

нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно

оксиды азота и углеводороды из выхлопных газов машин) взаимодействуют друг

с другом под влиянием солнечного света, называется фотохимическим смогом.

Фотохимический смог характерен фактически для всех современных больших

городов, но наиболее часто он встречается в городах с преобладанием

солнечных дней, с сухим и теплым климатом и большим количеством

автомобилей. К большим городам с представляющим опасность для здоровья

фотохимическим смогом относятся Лос-Анджелес, Денвер, Солт-Лейк-Сити,

Сидней, Мехико и Буэнос-Айрес. Фотохимическое загрязнение обнаруживается в

основном летом. Наблюдается фотохимический смог в тропических и

субтропических регионах там, где периодически сжигали траву в саваннах.

Главным продуктом таких фотохимических реакций является озон,

вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и повреждающий

деревья и урожай. Таким образом, степень опасности смога в целом

определяется концентрацией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими

вредными составляющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и

окись. (Рисунок I)

Ничтожные количества этих вторичных загрязнителей в фотохимическом

смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнечный день, вызывая у

людей раздражение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди,

страдающие астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, а также

здоровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день,

тем больше озона и других составляющих фотохимического смога.

Тридцать лет назад в больших городах, таких, как Лондон, Чикаго и

Питсбург, на электростанциях, заводах и теплоцентралях сжигалось огромное

количество серосодержащих угля и тяжелой нефти. Зимой такие города страдали

от промышленного смога, состоящего главным образом из смеси диоксида серы,

взвешенных капелек серной кислоты, образовавшейся из части диоксида серы, и

разнообразных взвешенных твердых частиц. Теперь уголь и тяжелая нефть

сжигаются только в больших бойлерных, где налажен контроль за выбросами

вредных веществ или установлены высокие дымовые трубы, так что промышленный

смог редко является проблемой. Однако в Китае и некоторых

восточноевропейских странах, как, например, в Чехословакии, где большие

количества угля сжигаются без соответствующих мер контроля за выбросами,

ситуация не изменилась.

Местный климат, рельеф и смог. Частота и плотность смога на данной

территории зависят от климата и рельефа местности, плотности населения и

промышленности, а также от основных видов топлива, используемого в

промышленности, на теплоцентралях и на транспорте. В районах с большим

среднегодовым количеством осадков дождь и снег помогают очистить воздух от

загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят

свежий воздух, но они же и переносят некоторые загрязнители на большие

расстояния.

Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в

низинах в приземном слое увеличивается загрязнение воздуха. Высокие здания

в больших городах также замедляют скорость ветра и, соответственно,

способствуют созданию высоких концентраций загрязнителей.

В течение дня солнце нагревает воздух у поверхности земли. Обычно этот

теплый воздух расширяется и поднимается, растворяя скапливающиеся внизу

загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних

областей высокого давления опускается вниз в образующиеся области низкого

давления (Рисунок II, левый). Это непрерывное перемешивание воздуха

помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого

уровня.

Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на

нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне

или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это

явление называется температурной, или термической, инверсией (Рисунок II,

правый). В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и

препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного

до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они

могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация

загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и

даже жизни людей. Термические инверсии также усиливают вредное воздействие

островов тепла и пыльных куполов, которые образуются над городскими

территориями.

Наиболее продолжительные и частые термические инверсии характерны для

городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат

Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или

побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов

жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием

солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой,

создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми

термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе,

где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и

где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик.

Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха,

Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных

Штатах.

Кислотные дожди

Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит

в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди,

содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб

природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их

жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4

млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация

сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном районах, а также в

Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-

Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на

1 км2. Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных,

западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом

отношении признана Республика Саха (Якутия).

При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута)

в составе выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости

от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные

сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн

диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в

слабый раствор кислот.

Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при

высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и

котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается закислением

окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций

стали расти в высоту, и достигают 250—300, даже 400 м, следовательно,

выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем

положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих

ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного

раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН– и

характеризуется их концентрацией C(ОН–).

Как показывают расчеты, для водных растворов произведение молярных

концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная, равная

C(H+)C(ОН–) = 10–14,

другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение

кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.

Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и

гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое состояние

характерно для химически чистой воды.

Из сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:

10–7 < C(H+) ? 100,

для щелочных сред:

10–14 ? C(H+) < 10–7.

На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается

более удобным водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный

десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:

рН = –lgC(H+).

Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10–5

моль/л, то показатель кислотности этого раствора рН = 5. При этом изменению

показателя кислотности рН на единицу соответствует десятикратное изменение

концентрации водородных ионов в растворе. Так, концентрация водородных

ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и

5 соответственно.

В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных

растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.

Шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН

= 7 (нейтральная среда) до рН = 14 (крайне высокая щелочность).

Чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей

тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко

растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты:

СО2 + Н2О [pic]Н2СО3.

Для определения показателя кислотности используют различные рН-метры, в

частности дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения

характера среды является применение индикаторов – химических веществ,

окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее

распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а также

естественные красители из красной капусты и черной смородины.

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь

нейтральную реакцию, т.е. рН=7. Но даже в самом чистом воздухе всегда есть

диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН

5,6—5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь

становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу означает

увеличение кислотности в 10 раз, на две — в 100 раз и т.д. Мировой рекорд

принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал

дождь с рН 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

Последствия кислотных осадков.

В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба,

снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени

устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной

Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это

происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина

всех этих бед — кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной

среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы

обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную

часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности

природы не беспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть

небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать

нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата

дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на

химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается

продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется

состав почвенных микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается

суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в

почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к

угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные

деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает

больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у

них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных

деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет

часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и

лиственных лесов не происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным

культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ

в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их

сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили

воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их

максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием

кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы

формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем

больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось

в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до

опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям 18

видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на

ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию

оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и

хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат,

люцерна и клевер.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают

памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО

и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4).

Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.

Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние

годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу —

шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне — Тауэру и

Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского

известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна

тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на

площади Дам в Амстердаме.

Более 100 тыс. ценнейших витражей, украшающих соборы в Шатре,

Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут

быть полностью утрачены в ближайшие 15— 20 лет.

Изучив новые данные о кислотности осадков, выпадающих в различных

регионах Западной Европы, и о воздействии их на здания и сооружения,

сотрудники Дублинского университета (Ирландия) выявили, что самое

катастрофическое положение сложилось в центре Манчестера (Великобритания),

где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120 г на 1 м2 камня

(песчаника, мрамора или известняка).

Город пострадал очень сильно, хотя общее количество осадков в

наблюдаемый отрезок времени там было крайне низким. Очевидно, слишком

высока была степень их кислотности.

За Манчестером следует Липхун (графство Гэмпшир в Великобритании) и

Антверпен (Бельгия), где каждый камень под открытым небом потерял 100 г с 1

м2. Даже такие известные загрязненностью атмосферы города, как Афины,

Копенгаген и Амстердам, подверглись кислотному разрушению в значительно

меньшей степени.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять питьевую

воду, загрязненную токсическими металлами — ртутью, свинцом, кадмием и т.п.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко

снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь

сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70—80%

обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от

места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России

ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, и 108

пунктов, на которых в оперативном порядке измеряют только величину рН.

Пробы осадков на содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти

кустовых лабораториях.

Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России

осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км2. Пробы

забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов,

определяют значение рН.

Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6.

Кислотные осадки с рН < 5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если

величина рН падает ниже 5,1. Ниже перечисляются основные последствия

выпадения кислотных осадков.

Повреждение статуй, зданий, металлов и отделки автомобилей.

Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках.

Понижение способности к воспроизводству лососей и форели при рН < 5,5.

Гибель и понижение продуктивности многих видов фитопланктона, когда рН<6 —

Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.

Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произрастающих на

больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других

питательных веществ (Рисунок IV).

Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения

из почв и донных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.

Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым,

засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде.

Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя,

фасоль, табак, шпинат, морковь, капуста-брокколи и хлопок.

Рост популяции 81агола, простейшего, вызывающего серьезную кишечную

инфекцию, которая поражает скалолазов и альпинистов, пьющих воду из,

казалось бы, чистых горных ручьев.

Возникновение и обострение многих болезней дыхательной системы человека,

преждевременная гибель людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер

и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут

взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако

регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих

сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая

гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо

меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно.

Опоздание составляет 10 — 20 лет.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и

Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке

Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу

они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и

Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом

из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических

районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за

выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть

кислотообразующих веществ, произведенных в одной стране, переносится

преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех

четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции,

Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных

районов Западной и Восточной Европы.

Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-

восточной Канады и востока Соединенных Штатов обусловлены выбросами крайне

сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и

промышленных предприятий в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада -

Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и

Теннесси (Рисунок V). Степень кислотности осадков над большей частью

Востока Северной Америки составляет 4,0-4,2. Это в 30-40 раз больше, чем

кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько

десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наибольшее количество

кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас.

Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из

Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-

восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой

большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными

Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами.

Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство

США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов

промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По

оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки

угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства

(1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы

также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и

связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю

страны и приносят 14 млрд. долларов в год.

По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в

Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет

резко возрастать, если не предпринять немедленных действий. Стоимость

сокращения объема этих загрязнителей составит от 1,2 млрд. до 20 млрд.

долларов в зависимости от степени очистки и технологии, которая будет

использована.

В некоторых областях почвы содержат известняк и другие щелочные

вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в

других районах практически не способны к нейтрализации кислот. Кроме того,

повторное воздействие на любые почвы кислотных осадков может в принципе

истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный

речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как

и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воздействию

кислоты из-за низкого содержания щелочей (особенно иона бикарбоната),

которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в них кислот

(Рисунок VI).

Самоочищение атмосферы. Воздушный океан обладает способностью к

самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы

осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также

вследствие гравитации. Частица размером 10 мкм проходит путь от устья трубы

высотой 45 м до поверхности земли за 1,4 ч. За это время при скорости ветра

2 м/с выброс из трубы будет отнесен на 10 км, частицы меньшего диаметра

осядут на еще большем расстоянии. Оседанию способствует сорбция их на

поверхности более крупных частиц. В отсутствие атмосферных осадков

происходит выпадение аэрозолей в результате соприкосновения нижнего слоя

воздуха с земной поверхностью и предметами, расположенными на ней. Так,

воздушные потоки, переносящие загрязнения, очищаются, встречая на своем

пути лес. На деревьях осаждаются не только твердые частицы, но и летучие

вещества.

Вследствие турбулентного перемешивания приземной слой воздуха все время

обновляется, поэтому на поверхность отлагается значительное количество

аэрозолей, на 1 м2 земной поверхности под Санкт-Петербургом выпадает

столько аэрозолей, сколько заключено в 250 м приземного слоя воздуха, при

этом за сутки очищается слой высотой 250 м. Эта величина условно называется

скоростью или высотой очистки.

Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков

и образованием нисходящих потоков, но и с другими метеорологическими

явлениями.

Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на

его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время эксплуатировалась

человеком бездумно и хищнически. Отходы производства выбрасывались в воздух

в расчете на то, что будут обезврежены и переработаны самой природой.

Казалось, что как ни велика общая масса отходов, по сравнению с защитными

ресурсами она незначительна. Однако процесс загрязнения резко

прогрессирует, и становится очевидным, что природные системы самоочищения

рано или поздно не смогут выдержать такой натиск, так как способность

атмосферы к самоочищению имеет определенные границы.

Заключение.

Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье

населения. От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например,

отходы медеплавильных заводов — хлор, мышьяк, сурьма — вызывают гибель

домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу,

тяжелые заболевания скота наблюдаются от фтористых соединений. Медь и цинк,

попадающие с выбросами заводов на землю, могут полностью уничтожить

травяной покров.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных

проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под

влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла

в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание,

замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность

сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах

воздействия растительность погибает.

Подсчитано, что общее количество выбросов сернистого газа в атмосферу

нашей планеты тепловыми электростанциями, металлургическими заводами,

нефтеперерабатывающими предприятиями и другими антропогенными источниками с

1905 по 1965 г. возросло в 4 раза и к настоящему времени достигло 150 млн.

т. Из этого количества до 110 млн. т (более 70% мировых выбросов сернистого

газа) приходится на страны Европы, Соединенные Штаты Америки и Канаду.

Учитывая, что использование твердого топлива, в частности бурого угля

(характеризующегося высоким содержанием серы), все возрастает, следует

предвидеть соответствующее увеличение выбросов сернистого газа.

Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе угрозу не только здоровью

людей, но и наносит большой экономический ущерб. Наличие в воздухе

соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушение зданий,

сооружений, памятников культуры, ухудшает качество промышленных изделий и

материалов. Установлено, например, что в промышленных районах сталь ржавеет

в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской

местности.

Вредные для человека и для природы выбросы могут перемещаться в

воздушных потоках на громадные расстояния. Например, установлено, что

выбросы промышленных предприятий ФРГ и Великобритании переносятся на

расстояния более 1000 км и выпадают на территории скандинавских стран, а из

северо-восточных штатов США — на территории Канады. Вредоносные последствия

загрязнения среды сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской

экономической комиссии ООН, через российскую границу в воздушных потоках с

запада на восток идет в 4 раза больше серы, чем в обратном направлении.

В последние десятилетия правительства развитых стран иногда жестче,

иногда более мягко переходят к политике восстановления нарушенных

экосистем, установки фильтров на фабриках и заводах, загрязняющих

атмосферу, сокращают вредные выбросы. К 2005 году на все автобусы должны

быть установлены фильтры, но, как мне кажется, должны быть предприняты

более решительные и жесткие меры, иначе мы, несмотря ни на какие усилия,

окажемся на «непригодной для жизни планете».

Не должны оказаться пророческими слова, с которых я начал свой реферат,

слова великого ученого-естествоиспытателя, впервые создавшего теорию

развития живой природы, Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать,

что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род,

предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

[pic][pic]

[pic]

Список использованной литературы:

1. Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и окружающая

среда. М.: Химия, 1991. 142 с.

2. Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1-2.

3. Новиков Ю.В., Экология, окружающая среда и человек: Учеб. Пособие для

вузов, средних школ и колледжей. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. – 320 с.

4. Тайлер Миллер, Жизнь в окружающей среде. 3

5. Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье

населения. Киев: Здоровье, 1988. С. 152.

-----------------------

Рисунок I

Рисунок II

Рисунок III

Рисунок VI

Рисунок V

Рисунок VI