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 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 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 – 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.

Для разрешения проблемы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы двуокиси серы и окиси азота в атмосферу. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения энергии получаемой человеком при сжигании ископаемого топлива и увеличения количества электростанций, использующих альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов). Другие возможности для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу это:

• 1. Снижение содержания серы в различных видах топлива . Наиболее приемлемым решением было бы использование только тех видов топлива, которые содержат минимальные количества соединений серы. Однако таких видов топлива очень мало. Только 20% из всех мировых запасов нефти имеют содержание серы менее 0,5%. И в бедующем, к сожалению, содержание серы в используемом топливе будет увеличиваться, так как нефть с низкими содержаниями серы добывается ускоренными темпами. Также дело обстоит и с ископаемыми углями. Удаление серы из состава топлива оказалось очень дорогим процессом в финансовом плане, к тому же удается вывести из состава топлива не более 50% соединений серы, что является недостаточным количеством.
• 2. Применение высоких труб . Данный метод не уменьшает воздействия на окружающую среду, но увеличивает эффективность перемешивания загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы, что приводит к выпадению кислотных осадков на более удаленных территориях от источника загрязнения. Данный метод уменьшает воздействие загрязнений на местные экосистемы, но увеличивает опасность кислотных дождей в более удалённых регионах.
• 3. Технологические изменения . Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения. В ходе проведенных экспериментов удалось установить, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения с избытком воздуха.

Сокращение выбросов двуокиси серы можно получить в результате очистки конечных газов от серы. Наиболее распространённый метод это мокрый процесс, когда конечные газы барботируются через раствор известняка, в результате чего образуются сульфит и сульфат кальция. Таким способом можно удалить из конечных газов наибольшее количество серы.

4. Известкование. Для уменьшения закисления озер и почв в них добавляют щелочные вещества (СаСО 3). Данная операция очень часто применяется в Скандинавских странах, где известь распыляют с вертолетов на почву или на водосборную территорию. Скандинавские страны в отношении кислотных дождей страдают больше всего, так как большинство Скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях богатых известняком. Но наряду с преимуществами известкование имеет и свой ряд недостатков:

В проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация происходит недостаточно эффективно;

Происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод и почв;

Не удается устранить все вредные последствия закисления;

С помощью известкования нельзя удалять тяжелые металлы. Эти металлы во время уменьшения кислотности переходят в труднорастворимые соединения и осаждаются, однако при добавлении новой порции кислоты снова растворяются, представляя, таким образом, постоянную потенциальную опасность для озер.

Необходимо отметить тот факт, что до сих пор не разработан такой способ, который при сжигании ископаемого топлива будет позволять снижать до минимума выбросы двуокиси серы и азота, а в ряде случаев полностью предотвращать его.

Гидрометеоры с водородным показателем ниже нормы, характеризующиеся наличием вредных веществ, представляют собой кислотные дожди. Это может быть снег, туман дождь или град. Любой из видов в атмосфере и на земле может привести к катастрофе экологического плана.

Еще пару десятилетий назад отрицательное воздействие данного явления беспокоило лишь научное сообщество. Сейчас оно вызывает огромную тревогу не только в ученом мире, но и у широких масс общественности, а также различных государственных структур.

Быстрая навигация по статье

История проблемы

Влияние осадков с пониженным водным показателем на окружающую среду было обозначено более ста лет назад британским химиком Р. Смитом. Ученого заинтересовал смог и вещества в его составе. Таким образом родилась концепция кислотности, которая сразу же была отвергнута передовым научным сообществом того времени. О водородном показателе через 10 лет вновь заговорил его коллега.

Химик и инженер С. Аррениус обнародовал сообщение о химических веществах, которые могут отдавать катион водорода. Он вновь обратил внимание ученых на вредность таких осадков, на то, какую опасность представляет явление, и стал человеком, который ввел термин: кислота/основание. С тех пор эти показатели считаются уровнем кислот в водной среде.

Сванте Аррениус

Основными элементами гидрометеоров являются кислотные составляющие. Это вещество - одноосновные кислоты (серная и азотная). Реже отмечаются осадки, имеющие в основе взаимодействующие газы (хлор и метан). Какими они будут по составу, зависит от того, что из химотходов состоит в соединении с водой.

Если говорить кратко, механизм образования явления заключается в соединении оксидов, попавших в атмосферу, с молекулами воды. При взаимодействии происходит образование химических компонентов - серной и азотной кислоты.

Причины появления

Причиной гидрометеоров с низким уровнем pH является повышенная концентрация в атмосфере оксидов серы и азота. Соединения попадают в атмосферу природным или искусственно созданным человеком путем. Естественными источниками являются:

Основная причина - деятельность человека. В чем же она заключается? Фактором, вызывающим осадки, является загрязнение атмосферы. Самые известные загрязнители - автомобильный транспорт и тепловые электростанции. Существенную роль в возникновении в атмосфере оксидов играет выброс промышленных предприятий, ядерные испытания. Гидрометеоры с кислотой образуются в большом количестве в местах, где производятся запуски космических ракет.

Космодром Восточный. Запуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с 19 спутниками

Гидрометеоры с кислотами - это не только снег или туман, но и пылевые облака. Они образуются, когда токсичные газы с парами поднимаются в воздух в засушливую погоду.

Главные причины кроются в огромных выбросах в атмосферу вредных веществ. Основным здесь можно назвать химические производства, хранилища нефти и бензина, растворители, применяющиеся предприятиями и в быту с каждым годом все более активно. Проблема кислотных осадков очень остро стоит в районах сосредоточения переработки металлов. Производства приводят к появлению в атмосфере оксидов серы, которые наносят непоправимый ущерб флоре и фауне.

Из всего перечисленного наибольшую опасность представляет явление, которое связано с загрязнением атмосферы токсичными отходами двигателей внутреннего сгорания. Газы поднимаются в воздух и порождают окисление. Одной из причин являются соединения азота, выделяющиеся при производстве материалов для возведения, строительства зданий, строительства дорог. Они также зачастую приводят к осадкам с низким pH.

Интересные факты:

• На Венере причиной смогов является концентрация в атмосфере серной кислоты.
• На Марсе известняк и мрамор скал также разъедают ядовитые кислотные осадки в виде тумана.

Факты о таких осадках говорят: проблема кислотных дождей существует миллионы лет. На Земле известно их влияние доисторический период. Почти 300 миллионов лет назад образование кислотных дождей привело к вымиранию 90 процентов биологических видов.

Последствия для природы

Осадки с pH низкого уровня представляют опасность глобальных нарушений в биосфере. Какой вред они наносят? О том, каковы отрицательные последствия выпадения данных осадков, говорят экологи:

Последствия для современного человечества

К сожалению, вещество, вносящее наибольший вклад в образование кислотных осадков, с каждым годом в атмосфере только увеличивается. Кислотные дожди как глобальная экологическая проблема обозначились четко и серьезно. Наиболее частое их образование отмечается в Дании, Швеции, Норвегии и Финляндии. Почему Скандинавские страны страдают больше всех остальных? Для этого есть несколько причин. Во-первых, перенос ветром сернистых образований из Центральной Европы и Британии. Во-вторых, выпадению кислотных дождей способствуют бедные известняками озера. Водоемы не имеют большой способности нейтрализовать кислоты.

В России выпадение кислотных осадков активизируется с каждым годом. Экологи бьют тревогу. Атмосфера над мегаполисами перенасыщена химическими элементами и опасным веществом. Особенно часто кислотные дожди и смог над крупными городами выпадают в безветренную погоду. В Архангельской области кислотные осадки вызваны сгоранием некачественного топлива. Проблема загрязнения окружающей среды в Архангельской области не меняется к лучшему последние десять лет и обусловлена выбросами в атмосферу химических веществ. Это серная и азотная кислоты, приводящие к образованию кислотных осадков. Не лучшим образом ситуация обстоит и в Казахстане. Там выпадение кислотных осадков связано с разработкой горнорудных месторождений и деятельностью крупных испытательных полигонов.

Негативные последствия в результате выпадения кислотных дождей отмечается во всех без исключения странах. В результате их выпадения страдает не только экология. У населения обостряются такие хронические заболевания, как аллергия и астма. Проблема встает все острее, потому что оказывает большое негативное влияние на здоровье современных людей. Научно доказано, что из-за них увеличивается число онкологических опухолей. Основная причина осадков - вредные выбросы, избежать которых человек не в состоянии. Именно поэтому медики не советуют попадать под дождь, защищаться плащами и зонтами, а после прогулки тщательно вымыться. Последствиями могут стать интоксикации и постепенное скопление в организме токсинов.

Аллергией и астмой страдают и дети, и молодежь, и люди постарше

Если задать вопрос: назовите области, где чаще всего образуются кислотные дожди? Ответить на него достаточно просто: в местах наибольшего скопления различных производств и автотранспорта. Однако обозначить район, являющийся в этом плане топовым, не так-то просто. Чем опасны кислотные дожди? Тем, что из-за ветра, меняющего свое направление, осадки могут выпасть за много километров от мегаполиса или испытательного полигона.

Меры борьбы

Причины выпадения кислотных осадков изучены достаточно полно. Несмотря на это проблема кислотных гидрометеоров только растет. О том, как бороться с кислотными дождями говорится много, однако размеры экологической катастрофы только увеличиваются в масштабах. Примеры решения проблемы демонстрируются во многих развитых странах.

Кислотные дожди как глобальная экологическая проблема наряду с такой проблемой, как озоновые дыры, не имеет кардинального и быстрого решения. Многие ученые и экологи считают, что из-за развития современной экономики сделать это вообще невозможно. На вопрос: объясните, приведите доказательства, они предъявляют графики и таблицы исследований, говорящие о нарастании степени опасности для природы и человека. Сейчас решение проблемы заключается в уменьшении вредных выбросов. Должна быть устранена причина негативного явления. Для этого используются следующие методы борьбы с кислотными дождями:

• снижение содержания серы в топливе уменьшает причины возникновения кислотных осадков;
• эксплуатация высоких труб на предприятиях представляет собой современные пути решения проблемы;
• усовершенствование технологий устраняет причины и последствия вредных выбросов;
• известкование водоемов также входит в эффективные пути решения проблемы.

Стоит отметить, что до сих пор нет даже намека на то, что в обозримом будущем будут созданы методы, позволяющие свести к минимуму негативное влияние кислотных осадков на человека и природу.

Кислотные дожди — одна из главных угроз современности, возникшая в результате хозяйственной деятельности человека.

Эту тему мы уже затрагивали в нашем материале — КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ — ВРАГ ВСЕМУ ЖИВОМУ. В данном же материале мы приведем несколько точных определений, даваемых этому явлению в уважаемых словарях и энциклопедиях.

Кислотные дожди — это …

Словарь СТРАНЫ МИРА

Кислотные дожди (acid rain), термин, используемый для описания осаждения химических загрязнителей в виде как твердых частиц, так и кислотных дождя, града, снега или тумана. Автомобили, процессы промышленного производства, сжигание ископаемого топлива на энергетических станциях создают загрязнение главным образом в форме выброса двуокиси серы, окиси азота и углеводородов, которые реагируют с водой и солнечным светом, образуя при этом слабую серную или азотную кислоту, соли аммония, а также другие минеральные кислоты. Все это осаждается на землю, часто на большом расстоянии от источника выброса, являясь причиной коррозии, гибели деревьев, нежелательного подкисления воды и почвы, а потому и угрозой для здоровья людей. Степень кислотности обычно измеряют по шкале pH, логарифмической системе измерения концентрации ионов водорода. Амплитуда значений – от 0 (максимальная кислотность) до 14 (максимальная щелочность). Значение pH = 5, 6 соответствует чистой воде.

Страны мира. Словарь. 1998

Народы и культуры. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия

Кислотные дожди (acid rain), химическое загрязнение водных ресурсов, флоры и фауны, вызванное эмиссией отработанных газов в результатете сжигания ископаемых видов топлива. Кислотность дождя, снега и тумана увеличивается в связи с абсорбацией отработанных газов, преимущ. оксидов серы и азота, выделяемых электростанциями, заводами и автомобильным транспортом. К. д. наносят ущерб здоровью людей, вызывая бронхиальные заболевания, разрушают здания из известняка, повышают кислотность озер и рек, гибельную для рыбы, животных, растительного покрова и лесов. Кислотные воды опасны еще и тем, что содержат вредные металлы, например, кадмий и ртуть, которые обычно удерживаются в почве. Впервые тревогу относительно воздействия К. д. забили в Швеции в 1960-х гг.; от них, безусловно, пострадала значит, часть лесных массивов Европы, гл.об. Центр., а также С., В. и С.-В. США и Японии. В 1984 г. мн. страны подписали протокол к Женевской конвенции о контроле за загрязнением воздуха (1979), согласившись понизить выбросы серы, хотя самые злостные загрязнители воздуха - Великобритания, США, Польша и Испания - свои подписи на этом документе не поставили. Для существенного сокращения выбросов серы необходима реконструкция или закрытие работающих на угле электростанций. Снижение уровней оксида азота может быть достигнуто за счет уменьшения срока использования и сокращения оборотов двигателей легковых автомобилей и грузовиков, а также оснащения их каталитическими нейтрализаторами, удаляющими большую часть этого газа (и углеводорода, способствующего образованию к-т) из автомобильных выхлопов; с 1992 г. установка каталитических нейтрализаторов обязательна в странах Европы; в США они широко используются для контроля за загрязнением воздуха с 1970-х гг.

Народы и культуры. Оксфордская иллюстрированная энциклопедия. - М.: Инфра-М. Под редакцией Р. Хоггарта. 2002

КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ (кислые дожди), характеризуются повышенным содержанием кислот (в основном серной); водородный показатель pH<4,5. Образуются при взаимодействии атмосферной влаги с транспортно-промышленными выбросами (главным образом серы диоксид, а также азота оксиды и др.). Вредно действуют на здоровье людей, растительный и животный мир, сооружения и конструкции; закисляют почвы и водоемы. Распространены в промышленных районах США, стран Западной Европы, России и др. Кислотные загрязнения могут содержаться в других атмосферных осадках (снег, град и т.п.).

Современная энциклопедия. 2000

Экологический словарь

Кислотные дожди — дожди, вызванные загрязнением атмосферы двуокисью серы (SО 2). Оказывают биоцидное действие, в частности, гибель рыбы (напр., в водоемах Скандинавии из-за переноса газовых выбросов в промышленных городах Англии).

Экологический словарь. - Алма-Ата: «Наука». Б.А. Быков. 1983

География. Современная иллюстрированная энциклопедия

Кислотные дожди — один из видов интенсивного загрязнения окружающей среды, представляющий собой выпадение с дождём капель серной и азотной кислот, возникающих при реагировании оксидов серы и азота, выбрасываемых в воздух промышленными предприятиями и транспортом, с водяными каплями в атмосфере. Капли кислоты могут переноситься воздушными течениями на большие расстояния, прежде чем выпасть с кислотным дождём. Кислотные дожди приносят большой ущерб лесам, водоёмам, посевам, постройкам и т. д., а также неблагоприятно сказываются на здоровье людей. Наиболее сильные кислотные дожди выпадают в самых развитых промышленных районах мира и неподалёку от них. В 1984 г. в массиве Шварцвальд (Германия) около половины деревьев в лесах были повреждены кислотными дождями. Также значительные повреждения лесных массивов отмечаются в северо-восточных штатах США и на Востоке Канады. Для преодоления неблагоприятных воздействий кислотных дождей устанавливаются национальные и международные нормы по сокращению выбросов азота и серы в атмосферу.

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. - М.: Росмэн. Под редакцией профессора А. П. Горкина. 2006

Как мы видим из вышеприведенных определений, кислотные дожди — это не локальная проблема отдельно взятых промышленных районов нашей планеты. Урон наносимый такими дождями имеет глобальный характер и требует соответствующих глобальных решений. Если быть более точными — активных глобальных решений, поскольку такой урон, зачастую, носит невосполнимый / непоправимый характер.

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 . 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 — S0 2 и азота — NO x (N 2 0, N0 2). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H 2 SO 4) и азотную (HNO 3) 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 NO x составляют выхлопные газы автомобилей.

Последствия кислотных дождей

Характеризующиеся сильнокислой реакцией (обычно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен британским химиком Р.Э. Смитом в 1872 г. Занимаясь вопросами загрязнения г. Манчестера, Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от него. Он также обнаружил некоторые вредные последствия кислотных дождей : обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности.

Специалисты утверждают, что термин «кислотные дожди» недостаточно точен. Для такого типа загрязнителей лучше подходит выражение «кислотные осадки». Действительно, загрязняющие вещества могут выпадать не только в виде дождя, но и в виде снега, облаков, тумана («влажные осадки»), в виде газа и пыли («сухие осадки») в засушливый период.

Несмотря на то что сигнал тревоги прозвучал больше ста лет назад, индустриальные государства долго игнорировали опасность кислотных осадков. Но вот в 60-е гг. XX в. экологи сообщили об уменьшении косяков рыбы и даже полном ее исчезновении в некоторых озерах Скандинавии. В 1972 г. проблема кислотных дождей была впервые поднята учеными-экологами Швеции на Конференции ООН по окружающей среде. С этого времени опасность глобального закисления окружающей среды превратилась в одну из наиболее острых проблем, обрушившихся на человечество.

По состоянию на 1985 г. в Швеции из-за кислотных дождей серьезно пострадал рыбный промысел в 2500 озерах. В 1750 из 5000 озер Южной Норвегии полностью исчезла рыба. Исследование водоемов Баварии (Германия) показало, что в последние годы наблюдается резкое сокращение численности, а в отдельных случаях — и полное исчезновение рыбы. При изучении 17 озер в осенний период было установлено, что показатель рН воды колебался от 4,4 до 7,0. В озерах, где показатель рН составил 4,4; 5,1 и 5,8, не было поймано ни одной рыбы, а в остальных озерах обнаружены только отдельные экземпляры озерной и радужной форели и гольца.

Наряду с гибелью озер происходит деградация лесов. Хотя лесные почвы менее восприимчивы к подкислению, нежели водоемы, произрастающая на них растительность крайне негативно реагирует на увеличение кислотности. Кислые осадки в виде аэрозолей обволакивают хвою и листву деревьев, проникают в крону, стекают по стволу, накапливаются в почве. Прямой ущерб выражается в химическом ожоге растений, снижении прироста, изменении состава подпологовой растительности.

Кислотные осадки разрушают здания, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут способствовать просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Разрушительному действию кислотных осадков подвергаются многие памятники мировой культуры. Так, за 25 веков мраморные статуи всемирно известного памятника архитектуры Древней Греции Акрополя постоянно подвергались воздействию ветровой эрозии и дождей. В последнее время действие кислотных осадков ускорило этот процесс. Кроме того, это сопровождается и осаждением на памятниках корки сажи в виде двуокиси серы, выделяемой промышленными предприятиями. Для соединения отдельных архитектурных элементов древние греки использовали небольшие стержни и скобы из железа, покрытые тонким слоем свинца. Тем самым они были защищены от ржавчины. Во время реставрационных работ (1896-1933) были использованы стальные детали без всяких мер предосторожности, и вследствие окисления железа под действием раствора кислот в мраморных структурах образуются обширные трещины. Ржавчина вызывает увеличение объема, и мрамор раскалывается.

Результаты исследований, проведенных по инициативе одной из комиссий ООН, свидетельствуют, что кислотные осадки оказывают губительное воздействие и на старинные витражные стекла в некоторых городах Западной Европы, что может окончательно их разрушить. Под угрозой находится более 100 000 образцов цветного стекла. Старинные витражи находились в хорошем состоянии до начала XX в. Однако за последние 30 лет процесс разрушения ускорился, и если не будут проведены необходимые реставрационные работы, через несколько десятков лет витражи могут погибнуть. Особой опасности подвергается цветное стекло, изготовленное в VIII-XVII вв. Это объясняется особенностями технологии производства.