Кислотные дожди

Термин «кислотные дожди» был введен английским химиком А. Смитом более 100 лет назад. Однако пагубные экологические последствия кислотных осадков проявились лишь в последние 10—15 лет. Кислотные дожди образуются при промышленных выбросах в атмосферу диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной влагой, образуют серную и азотную кислоты. В результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН ниже 5,6). Из-за кислотных осадков тысячи озер стали безжизненными, еще десятки тысяч под угрозой, гибнут леса.

Кислотными называются любые осадки — дожди, туманы, снег, — кислотность которых выше нормальной. На обширных территориях и в промышленно развитых зонах мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную в 10-1000 раз. Это по-разному воздействует на экосистемы. У нормального дождя рН = 5,6, т. е. он слабокислый, так как, растворяясь в воде, углекислый газ образует слабую кислоту. А, вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым. Поэтому кислотные дожди преимущественно связаны с выбросами в атмосферу сернистого газа, сероводорода, окисла и диоксида азота, углекислого газа. Однако ведущим компонентом, формирующим опасные соединения в атмосфере Земли, является сернистый газ. Его содержание в тропосфере очень незначительно и составляет всего 0,2 ^. 10^-9 %. Естественными источниками его в тропосфере преимущественно являются вулканы. Антропогенным источником SО₂ является процесс сжигания ископаемого топлива. Ежегодный выброс в тропосферу сернистого газа составляет 145 млн т: 70 % выбросов дает сжигание угля; 16 % — жидкого топлива (мазута, нефти, керосина, бензина).

В атмосфере происходят следующие превращения сернистого газа:

SO₂ + Н₂О = Н₂SО₃ + 18 ккал,

Н₂SО₃ + O (дождя) = Н₂SО₄ (кислотный дождь) или

SO₂ + NO₂ + Н₂О = Н₂SО₄ + NO

Примерами негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы могут быть:

1. Влияние рН среды на различные организмы. Некоторые из них более устойчивы к низким значениям рН, но лишь немногие выживают при рН ниже 4,5; а нарушение экосистем наступает даже при вымирании только самых чувствительных видов.

2. Подкисление озер и рек серьезно влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах. Закисление озер особенно опасно не только для популяций различных видов рыб, но, часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.

3. Деградация лесов. Замедление роста и гибель некоторых видов деревьев наблюдаются во многих районах, страдающих от кислотных дождей. Эти осадки вместе с другими загрязнителями вызывают стресс, которого не выдерживает лесная экосистема.

4. Кислотные осадки вымывают биогены из почвы. Частички гумуса и глины обычно заряжены отрицательно и удерживают такие положительные биогенные ионы, как К⁺, №Н⁺₄, Са⁺. Просачивающаяся кислота уносит биогенные ионы, так как их вытесняет Н⁺.

5. Влияние на людей и изделия. Известняк и мрамор — излюбленные материалы для оформления фасадов зданий и сооружения памятников. Взаимодействие кислоты и известняка приводит к их очень быстрому выветриванию и эрозии. Памятники и здания, простоявшие сотни и даже тысячи лет, сейчас растворяются и рассыпаются в крошево.

В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди с кислотностью рН=3,5. Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе — рН=2,3.

Суммарные мировые антропогенные выбросы двух главных загрязнителей воздуха — виновников подкисления атмосферной влаги — SО₂ и NО_x составляют ежегодно более 255 млн. т (1994 г.). На огромной территории природная среда закисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и реки, лишенные рыбы, гибнущие леса — вот печальные последствия индустриализации планеты» (X. Френч, 1992).

Опасность представляют, как правило, не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий, алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся токсичные соединения усваиваются растениями и другими почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям. Например, возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся менее доступными для усвоения. Алюминий снижает также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов (кадмия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.

Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные металлы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.

Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной их деградации как природных экосистем.

Ярким примером негативного воздействия кислотных осадков на природные экосистемы является закисление озер. Особенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции, Норвегии и на юге Финляндии (табл. 13.4). Объясняется это тем, что значительная часть выбросов серы в таких промышленно развитых странах, как США, ФРГ и Великобритании, выпадают именно на их территории (слайд 13.4). Наиболее уязвимы в этих странах озера, так как коренные породы, слагающие их ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами, не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие, например, от известняков, которые создают щелочную среду и препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озера на севере США.

Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.

Установление стандартов. Акт о чистом воздухе от 1970 г. предусматривал стандарты для следующих пяти загрязнителей, которые в то время считались наиболее распространенными и вредными: все взвеси; сернистый газ; озон; угарный газ; оксиды азота.

Это критерии загрязнения. Первичный стандарт, или предельно допустимая концентрация (ПДК), для каждого из них — это максимальный уровень, который человек может переносить без ущерба для здоровья, плюс 10-50 % как «запас прочности». Сейчас виды

стандартов по охране атмосферного воздуха включают:

нормативы предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ (взвешенные частицы, аэрозоли, пыль; газообразные компоненты);

нормативы биологического загрязнения (микробы, вирусы, аллергены);

нормативы предельно допустимых уровней (ПДУ) вредных физических воздействий: звуковые колебания, электромагнитное загрязнение, тепловое воздействие, проникающая радиация, вибрация и т. д.

Стандарты выбросов: нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ (пары, аэрозоли).

Загрязнение атмосферы отравляет существование всего живого, что особенно чувствуется вблизи промышленных городов и в промышленных районах. Атмосферные загрязнения не имеют государственных границ. Испытания ядерного оружия в одной стране вызывают увеличение радиоактивности в других странах, расположенных даже на другом континенте. Радиоактивная пыль может переноситься на расстояния 6000 км и более.

Дальность распространения выбросов промышленных предприятий достигает сотен километров. Усиление загрязнения происходит за счет их наложения друг на друга от разных источников. Страдают не только страны-производители загрязнений, но и страны-соседи. Нельзя сохранить атмосферу только в одной стране — ее надо сохранять на всей планете!