Кислотные осадки

Развитие промышленности, транспорта, освоение новых источников энергии приводит 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 и некоторые другие элементы. Среди них преобладают оксиды серы - S0₂ и азота – NO_х (N2O, N0₃). Соединяясь с частицами воды, оксиды серы и азота образуют серную (H₂S0₄) и азотную (HNO3) кислоты различной концентрации. Из школьного курса химии хорошо известно, что кислотность среды, опреде­ляемая водородным показателем (рН), является величиной, характеризующей концентрацию ионов водорода в растворе и численно равной отрицательному десятичному логарифму этой концентрации: pH=-lg[H⁺], Водные растворы могут иметь рН от 0 до 14. Нейтральные растворы имеют рН 7, кис­лая среда характеризуется значениями рН меньше 7, а щелоч­ная - больше 7 (рис.1).

Рис.1. Шкала pH

До определенного времени проблема кислотных дождей считалась региональной, связанной главным образом с разви­тием промышленности Северного полушария. Однако высо­кие выбросы серы и азота в местах, где используются техно­генные ископаемые, сделали проблему кислотных дождей международной. Выбросы промышленных предприятий мо­гут переноситься воздушными потоками на многие тысячи километров и вызывать кислотные в

странах, которые находятся на больших расстояниях от источников загрязне­ния.

Установлено, что на долю техногенных выбросов, связан­ных со сжиганием ископаемого угля, приходится около 60—70 % от их общего количества, на долю нефтепродуктов - 20-30 % и на остальные производ-ственные процессы - оставшиеся 10 %; 40 % выбросов N0х составляют выхло-пные газы посто­янно растущей армии автомобилей.

Атмосферные осадки, рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен в употребление британским химиком Робертом Смитом более века назад, в 1872 г. Занимаясь вопросами загрязнения города 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 «в полях, на большом расстоянии от него». Он также открыл некоторые виды вредных воздействий кислотных дождей: обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокис­лый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие, как диоксид углерода (С0₂), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (С0₂ + Н₂0 = Н₂С0₃). Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5,6-5,7, в реальной жиз­ни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, та­ких, как оксид серы и оксиды азота.

Специалисты отмечают, 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»), ли­бо в виде газа и пыли («сухие осадки») в засушливый период.

Несмотря на то, что сигнал тревоги Роберта Смита прозву­чал около 100 лет назад, индустриальные государства долго игнорировали опасность кислотных осадков. И только в нача­ле 50-х гг. XX в. канадское правительство разработало прог­рамму изучения и мониторинга вод в озерах Новой Шотлан­дии, где наблюдалось быстрое повышение кислотности. В 60-е гг. Скандинавия сообщила об уменьшении косяков рыбы и даже ее полном исчезновении в некоторых озерах. В 1972 г. пробле­ма кислотных дождей была впервые поднята Швецией на Конференции ООН по окружающей среде. С этого времени опасность глобального закисления окружающей среды прев­ратилась в одну из наиболее острых проблем, обрушившихся на человечество.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы (озера, реки, заливы, пруды), повышая их кислот­ность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Во­дяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН между 7 и 9,2. С увеличением кислотности (показатели рН удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начи­нают погибать, лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН 6 погибают пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН 5,5, погибают донные бакте­рии, которые разлагают органические вещества и листья, и ор­ганический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон - крошечные животные, которые составляют основу пищевой цепи водоема и питаются веществами, образующимися при разложении бактериями орга-нических веществ. Когда кислотность достигает рН 4,5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере накопления органических веществ на дне водое­мов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких металлов, как алюминий, кадмий, ртуть и свинец, из донных отложений и почв. Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.

Первыми жертвами кислотных дождей стали озера и реки Скандинавии, северо-востока США, юго-востока Канады и юго-запада Шотландии. Во многом это связано с тем, что местные почвы и коренные породы не способны в должной мере нейтрализовать кислотные осадки. Повышение кислотности водоемов повлекло за собой увеличение содержания алюми­ния, крайне токсичного для рыб (летальная доза - 0,2 мг/л). Попутно фосфаты, которые играют особую роль в развитии кормовой базы многих рыб - фитопланктона соединяются с алюминием и становятся менее доступными для ихтиофауны водоемов. Особенно опасно подкисление для океанических мелководий, поскольку уменьшение массы фитопланктона Мирового океана ведет к разрыву пищевых цепей и может из­менить экологическое равновесие в океанической экосистеме.

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 в них 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.

Хотя почвы и являются менее восприимчивыми 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, в изменении состава подпологовой растительности.

Главными виновниками загрязнения воздуха и выпадения кислотных дождей являются США, страны СНГ, Польша, Германия, Великобритания, Канада и Китай.