2.3.3. Кислотные дожди

В отсутствие загрязнителей атмосферная вода имеет рН = 5,6. При наличии в атмосфере кислых газов (SO₂, SO₃, NO_х, НС1 и др.) рН атмосферных осадков становится меньше 5,6 – выпадают кислые дожди. Появление кислых газов в воздухе является следствием выброса неочищенных отработанных газов ТЭЦ, серно- и азотнокислотных производств, металлургических комбинатов и др. Только ТЭЦ средней мощности выбрасывают около 700 тыс. м³/ч отходящих газов, каждый кубометр которых содержит (в зависимости от вида топлива): серы – 0–3 тыс. г, азота – 80–100 мг.

Последствия выпадения кислотных дождей очень многоплановые, главные из них – изменяются природные экосистемы. Так, водные экосистемы погибают при рН < 4,5, поскольку все живые существа при такой кислотности воды погибают, а это влияет на весь животный мир. Следствием кислотных дождей является деградация лесов, поскольку нарушается поверхность почвы, вымываются биогены, происходит мобилизация (увеличивается подвижность) алюминия и других токсичных элементов, лес легче поражается вредителями, снижается буферная емкость почвы (вымывается СаСО₃). Мобилизация алюминия и других ионов приводит к загрязнению поверхностных и грунтовых вод. Кислотные дожди не только губительно действуют на природу, но и наносят значительный ущерб экономике.

Для уменьшения загрязнения атмосферы кислыми газами необходимо сокращать выбросы кислотообразующих веществ (замена топлива, очистка отработанных газов, в том числе использование скрубберов).

2.3.4. Парниковый эффект

Наибольший вклад в парниковый эффект вносит углекислый газ. Концентрация углекислого газа 0,03 (0,029%) обеспечивает тот климат, к которому мы привыкли. Основная причина увеличения концентрации СО₂ в атмосфере – нарушение его круговорота из-за:

а) сжигания топлива:

С (твердое топливо) + О₂ → СО₂ + Q,

СН₄ (газообразное топливо) + О₂ → СО₂ + 2Н₂О + Q,

2С₈Н₁₈ (жидкое топливо) + О₂ → 16СО₂ + 18Н₂О + Q;

б) вырубки лесов.

Из-за роста населения эта проблема будет усугубляться. Увеличение концентрации СО₂ в 2 раза повлечет повсеместное потепление на 2,5–4,5°С (в полярных районах до 10ºС, а экваториальных – на 1–2°С) и, следовательно, таяние льдов. Это приведет к повсеместному поднятию уровня моря на 1,5–2 м, затоплению прибрежных районов, образованию бурь, смерчей и наводнений.

В результате потепления изменится циркуляция атмосферы (уменьшится), что повлияет на распределение осадков и, следовательно, на экосистемы Земли и ее биосферу.

Чтобы этого не произошло, необходимо:

• разрабатывать и внедрять солнечные и другие бестопливные источники энергии;

• увеличить КПД использования горючего на транспорте и осуществлять другие типы экономии энергии;

• прекращать вырубку лесов, особенно тропических;

• сажать новые леса.

2.3.5. Нарушение озонового слоя

Земля защищена от коротких УФ-лучей озоновым экраном, который поглощает 99% УФ-лучей. Озон образуется в стратосфере (20–37 км) под действием УФ-лучей. В отличие от линейных молекул кислорода молекулы озона имеют форму треугольника и задерживают большую часть жестких УФ-лучей.

Если у поверхности Земли озон способствует образованию смога, то в стратосфере этот ажурный слой выполняет две функции, которые благотворно влияют на живые существа. Первая состоит в том, что озон поглощает большую часть губительного для живых организмов ультрафиолетового излучения Солнца и является единственным веществом, выполняющим эту функцию. Вторая – в том, что, поглощая некоторые из солнечных лучей, озон создает стратосферу – слой атмосферы, в котором температура растет с высотой, тем самым регулируя мировые циркуляционные процессы и ограничивая процессы формирования погоды пределами тропосферы. Не будь озона, температура в атмосфере постепенно уменьшалась бы.

Хотя озон постоянно образуется из кислорода под воздействием солнечных лучей, его не становится много, и если бы озон был сжат давлением, существующим у поверхности земли, образовался бы слой толщиной всего в 3 мм. При проникновении УФ-лучей на Землю происходит их поглощение нуклеиновыми кислотами, белками, в результате чего происходит изменение генофонда и живое либо заболевает, либо погибает, так как область поглощения УФ-лучей озоном совпадает с областью поглощения нуклеиновыми кислотами и белками.

В небольших дозах УФ-излучение полезно для человека, животных и растений, в частности способствует выработке витамина Д, регулирует Са-обмен. Противоположное действие оказывают повышенные или большие дозы УФ-излучений.

Озоновая дыра впервые была обнаружена в 1985 г. Ее образование связывают с появлением фтор-хлор-углеводородов, например фреонов. F, C1 – углеводороды – летучи, нетоксичны и используются в качестве хладагентoв, поскольку при переходе из жидкого состояния в газообразное поглощают много энергии. При поломке холодильного агрегата, использовании хлорфторпроизводных в парфюмерии (аэрозольная упаковка), при производстве пластмасс, чистке электронных схем эти соединения попадают в атмосферу и при низкой температуре разлагаются с образованием хлора и фтора, которые катализируют распад озона: 2О₃ → ЗО₂ (одна молекула хлора разрушает до 100 тыс. молекул озона).

Весьма токсичными выбросами являются оксиды азота, образующиеся, кроме природных процессов, при сжигании азотсодержащего топлива (особенно угля) и окислении атмосферного азота при этом сжигании. Они также увеличивают парниковый эффект, создают кислотные дожди и разрушают озоновый слой. При ежегодных выбросах оксидов азота в количестве около 500 млн т потери озона в приземном слое атмосферы составляют 60–70 млн т.

Расширение озоновой дыры может привести к гибели высокоорганизованной жизни на Земле. У человека большие дозы УФ-излучения вызывают ожоги и раковые заболевания. Чтобы этого не случилось, необходимо сократить использование (производство) хлорфторуглеводородов.