Что является причинами выпадения кислотных дождей?

Прогнозирование их выпадения

Кислотные дожди – глобальная экологическая проблема планетарного значения. Они наносят непоправимый вред природной среде, жизни человека, экономикам всех стран. Больше всех от них пострадали страны с развитой промышленностью – США, Германия, Чехия, Россия, Нидерланды и многие другие государства. Технологии, уменьшающие объём вредоносных выбросов, внедряются медленно.

Единственный способ снизить губительное воздействие – своевременно спрогнозировать время и место их выпадения. Учёные всего мира разрабатывают методики, в которых учитываются район выбросов вредных веществ, состояние атмосферы, скорость и направление ветра

Это сложная задача, так как невозможно учесть все природные аспекты. Универсальную математическую модель создать пока не удалось. До тех пор, пока не будут установлены жёсткие лимиты для каждого государства по выбросу загрязняющих веществ в атмосферу, проблема не будет решена.

1
1
vote

Article Rating

Последствия кислотных дождей

Вода, содержащая кислоты, попадает на растительность и на землю. Она наносит невосполнимый ущерб всем формам жизни – животным, рыбам, растениям, а так же микроорганизмам. Токсичная жидкость окисляет озера и ручьи, изменяет состав почв, является катализатором «окрашивания снега» в серый цвет. Происходит массовое вымирание рыбы и гибель прекрасных густых лесов. Кислотные дожди воздействуют на строительные материалы, краски, здания, статуи.

Озера Британии, Канады, а так же Скандинавии уже ощутили на себе последствия пагубного воздействия кислотных дождей. В некоторых озерах, массово вымерла рыба. А в Пекине зафиксировали грустный антирекорд — 80 % дождей являются кислотными. Поэтому столицу Китая включили в число регионов, наиболее пораженных этим бедствием. Так же в этот перечень входят Европа, северо-восток США, калифорнийская Сьерра и Скалистые горы.

Как упоминалось ранее, кислотные дожди могут выпадать в виде сухих кислотных элементов и загрязнять поля, здания, деревья, автомобили и т.д. Во время дождя эти пылевые выбросы смешиваются с водой и загрязняют землю, причем вред от таких смывов намного больше чем в случае атмосферных осадков.

К большому сожалению, определить является ли дождь «кислотным» без специального оборудования практически не возможно. Для человека кислотные дожди опасны, в первую очередь, своими сухими частичками, попадание которых в легкие грозит заболеваниями сердца и легких, такими как астма или бронхит. Стоит только попасть под кислотный дождь, и Вы тут же почувствуете во рту кисловатый привкус. В качестве профилактики специалисты рекомендуют промывать носоглотку прохладной, слегка подсоленной водой.

Можно ли защититься от вредного воздействия кислотных дождей? Скорее нет, чем да. Поскольку единовременно загрязняются огромные территории, необходимо бороться не с последствиями, а с причинами кислотных дождей. Внедрение альтернативных источников энергии, пропаганда экологических видов автотранспорта, продвинутые технологии очистки выбросов в атмосферу – вот что поможет человечеству избежать глобальных экологических проблем и катастроф, в том числе и угрозы кислотных дождей.

Техногенные источники

Человеческая деятельность, приводящая к выбросам химических газов, таких как сера и азот, является основной причиной кислотных дождей. Именно мы, люди, виновны в том, что атмосфера уничтожает планету. Эта деятельность связана с источниками загрязнения воздуха. Именно последствия техногенной деятельности приводят к выбросам серы и азота с заводов, энергетических объектов и автомобилей. В частности, использование угля для производства электроэнергии является крупнейшим источником выбросов газообразных веществ, что приводит к выпадению кислотных дождей.

Автомобили и заводы также выпускают большое количество газообразных выбросов в воздух. Самое страшное, что этот процесс повторяется ежедневно, особенно в промышленно развитых районах города с большим количеством движения автомобиля. Эти газы реагируют в атмосфере с водой, кислородом и другими химическими веществами с образованием различных кислых соединений, например, серной кислоты, нитрата аммония и азотной кислоты. В результате этих экспериментов выпадает чрезвычайно высокое количество кислотных дождей.

Существующие ветры разносят эти кислотных смеси на больших площадях через границы. Они падают обратно на землю в виде кислотных дождей или других форм осадков. Достигнув земли, они распространяются по поверхности, впитываясь в почву и попадают в озера, реки и, наконец, смешиваются с морской водой.

Газы — диоксид серы (SO2) и оксидов азота (NOx) являются в основном производным, происходящим от электроэнергии за счет сжигания угля и именно они являются причиной кислотных дождей.

Последствия кислотных дождей для водоёмов

Именно в водных средах воздействие кислотных дождей наиболее очевидно. Кислотный дождь впитывается в почву, попадает в озера, реки, болота и оттуда расходится по всем направлениям (орошение, питьевая вода и т.д.)

По мере повышения кислотности озера вода становится более прозрачной, а количество рыб и других водных животных уменьшается. Некоторые виды растений и животных лучше способны выживать в кислой воде, лучше, чем другие. Пресноводные креветки, улитки, мидии наиболее быстро страдают от подкисления, за которым следуют рыбы, такие как пескари, лосось и плотва. Икра и мальки (яйца и молодняк) рыбы наиболее подвержены

Кислотность воды влияет не только непосредственно на виды, но и на то, что токсичные вещества, такие как алюминий, попадают в воду из почвы, нанося вред рыбе и другим водным животным.

Озера, реки и болота имеют свою хрупкую экосистему с множеством различных видов растений и животных, которые зависят друг от друга, чтобы выжить. Если исчезнет вид рыбы, животные, которые питаются ею, тоже постепенно исчезнут. Если вымершая рыба использовалась для кормления определенных видов крупных насекомых, эта популяция насекомых начнет расти, это, в свою очередь, повлияет на более мелких насекомых или планктон, которыми питается более крупное насекомое.

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 загрязнения атмосферы 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 загрязнения воздуха 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 экологических катастроф – 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.

История появления понятия

Определение «кислотный дождь» ввёл шотландский химик Роберт Энгус Смит в 1872 г. Теорию об опасности кислых осадков и их последствиях учёный первым озвучил в своей монографии «Воздух и дождь: начало химической климатологии». В основу труда легло изучение викторианского смога, нависшего над промышленным городом Манчестером. Научное сообщество приняло работу в штыки, но, несмотря на это, Смит до конца жизни возглавлял Инспекцию по контролю за щелочами – первый английский орган по охране природной среды.

Исследования продолжил учёный из Швеции, лауреат Нобелевской премии, С. А. Аррениус. В 1883 г. он ввёл терминологию «основание», «кислота». Под понятием «кислота» подразумевались элементы, образующие при растворении в жидкости ионы водорода с положительным зарядом. Единицей измерения реакции растворов pH (водородный показатель) стал в 1909 году, благодаря химику из Дании Сёрену Петеру Лаурицу Сёренсену.

Масштаб опасности природного явления осознали лишь в 60-е гг. XX века. После того, как от кислотных осадков пострадали США, Скандинавия, Канада, Западная Европа, никто уже не сомневался в их пагубном влиянии на биосферу.

https://www.youtube.com/watch?v=LbzbEouJ-BM

Опасность кислотных дождей для человека

Очень сильные кислоты сгорят, если они коснутся вашей кожи и нанесут ей большой ущерб. Есть даже такой термин, как кислотный ожег. Они могут даже разрушить металлы. Кислотный дождь намного, намного слабее этого, и никогда не бывает достаточно кислым, чтобы нанести непоправимый вред вашей коже, как неразбавленная кислота.

Уксус имеет значение рН 2,2, а лимонный сок имеет значение рН 2,3, а самый сильный из зарегистрированных кислотных дождей был pH2, так что он примерно такой же кислотный, как лимонный сок или уксус, а мы знаем, что они не причиняют непоправимого вреда (кроме людей с очень чувствительной кожей, но их и мыло бывает раздражает) — так в чем же тогда опасность кислотных дождей?

Для человека ее практически нет, но и приятного не очень много, другое дело, что такого в принципе не должно быть. Другое дело, как он влияет на почву и животных, но об этом немного позже.

Кислотные туманы и облака

Для анализирования туманов экологи выбирают лесные и высокогорные регионы, где они присутствуют более 60 дней в течение года.

Кислотный туман в мегаполисе

Химический состав определяют до образования тумана по количественному содержанию кислотных газов и аэрозольных частиц. В образующемся тумане в условиях предварительного задымления содержатся катионы Н+, нитраты, сульфаты, соединения органики (ацетаты, формиаты).

При появлении в тумане карбонатной пыли, аммиачных примесей кислотность понижается. В городском воздухе регистрируются металлы переменной валентности от промышленных и автомобильных выбросов. Диоксид серы в ходе окислительных реакций переходит в серную кислоту. Днем оксиды азота под фотохимическим воздействием превращаются в азотную кислоту.

По внутреннему химическому взаимодействию облака схожи с туманами, но ионный состав в облачной массе ниже. На количество образования ионов в туманах влияет то, что они образуются в более загрязненных околоповерхностных слоях воздуха. Облачные массы имеют меньшую загрязненность из-за перемешивания с чистыми воздушными потоками. Концентрационных примесей в облаках меньше, так как в них много водяных капель.

Воздействие кислотных осадков на природу

Образовавшиеся опасные осадки влияют на природу. В первую очередь страдают пресные водоемы и растительные насаждения. Часто влияние кислотных дождей получается не прямым, а косвенным. Опасны не сами осадки с повышенной кислотностью, а протекающие в биосфере под их воздействием окислительно-восстановительные процессы.

Многие реакции протекают не локально, а на расстоянии, в сотнях километров от источника образования. Поэтому предотвратить распространение и влияние кислотных дождей невозможно. Из-за деятельности экономически развитых стран ущерб наносится всем регионам планеты.

Гибель сельскохозяйственных растений

Токсичные осадки загрязняют сельскохозяйственные площади. Исследования доказали, что кислотные дожди наносят вред растениям по всей планете. Нарушаются растительные покровные ткани, клеточный обмен веществ, что заканчивается гибелью.

Негативное влияние кислотных дождей на леса

Резкое падение урожайности привело к проведению опытов по степени восприимчивости выращиваемых культур к почвенной кислотности. Даже гибридные сорта томатов, фасоли, сои, хлопчатника, подсолнечника оказались неустойчивы, их рост и развитие замедлялись, и они погибали.

Сокращение лесных массивов

Леса сильно подвержены осадкам, которые обладают повышенной кислотностью. Продуктивность почв падает, питательных веществ для поступления взрослым растениям не хватает. Почвенные микроорганизмы погибают или меняется их состав.

Лесные площади на протяжении многих километров поражены суховершинностью. После закисления почв происходит быстрое высвобождение и распространения алюминия, который губителен для корней.

Лиственная масса угнетается, ветви оказываются хрупкими. Из-за не частой смены хвои деревья хвойных пород поражаются сильнее: кроны становятся редкими, хвоинки желтеют.

Источники кислотных дождей

Закисление поверхностных вод

Основными закислителями водоемов значатся серные и азотистые соединения. Осадки кислотной природы, влияющие на быстрое закисление водных масс, приводят к снижению видового разнообразия животных. Первыми на начальное изменение кислотности реагируют микроорганизмы.

Концентрация фитопланктона резко снижается и он замещается на грибки. Органика не перерабатывается и водоем засоряется. У поверхностных вод способность нейтрализации кислот очень низкая. Жизнь водных организмов нарушается и они погибают.

Кислотные дожди способствуют разрушению каменной кладки, а также сооружений и памятников.

Кроме губительного действия на живую природу, осадки поражают архитектурные строения. Под сернокислотными дождями прочный мрамор замещается на гипс. Это хрупкий и мягкий материал, который из-за климатических колебаний (мороз, жара, ветер) быстро разрушается. Тысячелетние памятники культуры, дошедшие до нас в неизменном виде, интенсивно разрушаются.

Вред кислотных дождей для людей

Накопление кислотных осадков в экосистеме многих стран представляет не локальное осложнение, а серьезную экологическую проблему глобального характера. Вдыхание смога, влажного воздуха с опасными соединениями вредит общему состоянию здоровья людей.

После выпадения кислотных дождей первой страдает дыхательная система. Мелкодисперсные частицы проникают в альвеолы, что со временем вызывает рак легких. Количество регистрируемых случаев бронхиальной астмы, начиная с раннего возраста, увеличивается. Осложнения болезни приводит к преждевременной смертности.

Туман в Лондоне 1952 года привел к летальному исходу более 4000 человек.

Пищеварение в не меньшей степени подвержено последствиям высокой кислотности в биосфере. Выпас животных на закисленных почвах, ловля рыбы и водозабор в токсичных водоемах приводит к употреблению мяса и воды с содержанием ионов тяжелых металлов. В итоге появляются интоксикации, патологии почек, печени невыясненной этиологии.

Причины, приводящие к появлению кислотных осадков

Основной причиной кислотных дождей считаются NO2 и SO2 (двуокиси азота, серы), накапливающиеся в воздушной оболочке планеты.

В результате химических реакций, эти элементы превращаются в кислоты, выпадающие с ливнями или снегом на землю. Провоцирующие опасные дожди ангидриды попадают в воздух благодаря естественным и антропогенным факторам.

Естественные факторы

Кислотные дожди могут образовываться под влиянием природных процессов, происходящих на Земле. Под влиянием естественных факторов в атмосфере аккумулируется 10-12% производных азота и от четверти до трети (колеблется в разные сезоны) всех серосодержащих соединений на планете.

Вулканическая деятельность

При извержении вулканов в тропосферу, а при мощных извержениях и в стратосферу, попадают производные серы.

Ежегодный выброс серосодержащих соединений составляет около 2 000 000 тонн.

Распад азотсодержащих соединений

Из-за гниения растений, животных и лесных пожаров происходит распад биомассы. В результате за год в воздух поступает около 12 000 000 т оксидов азота. Пожары носят как естественный характер, так и являются результатом поджогов.

Деятельность микроорганизмов

Каждый год почвенные бактерии высвобождают из NO3 до 8 000 000 т оксидов азота. Треть эмиссии S в атмосферу приходится на деятельность микроорганизмов, продуцирующих сероводород путём восстановления сульфатов и разложения органики. Бактерии класса Desulfovibrio, обитающие на болотах, плохо дренированных участках, в топях высвобождают H2 S (сероводород), поставляя его в тропосферу.

Грозовые разряды

Во время вспышек молнии в воздухе из-за экстремально повышенной температуры азот с кислородом переходят в плазменное состояние, образуя оксиды азота. Каждый год из-за грозы в атмосферу попадает до 8 млн. т оксида азота.

Прочие природные причины

В эту группу входят:

• распад соединений азота в стратосфере и вынос получившейся смеси оксидов NO2 и NO в приземные слои;
• деятельность океанов. В результате испарения воды, высвобождаются связанные частицы серы из морской соли. Жизненные процессы микроорганизмов поставляют в атмосферу 2,5-12 млн. т оксидов азота ежегодно. Водоросли продуцируют диметилсульфиды.
• окисление аммиака (NH3) в атмосфере;

Выбросы остальных источников слишком незначительны, чтобы оказывать ощутимое влияние на изменение реакции осадков.

Антропогенные факторы

Кислотные дожди чаще всего выпадают из-за загрязнений, связанных с жизнедеятельностью человека. В итоге антропогенных выбросов в воздух попадает более 60-65% (65-75 млн. т) производных серы, 37-50% (57 млн. тонн) азотсодержащих соединений и 100% летучих органических соединений (ЛОС).

Выбросы промышленных предприятий

Нефтеперерабатывающие, металлургические и производящие серную кислоту предприятия опережают остальные производства по выбросам сернистых соединений. Причиной ежегодного поступления 1 млн. тонн азота в атмосферу Земного шара также являются промышленные предприятия.

Выхлопы транспортных средств

Чем опасны автомобильные выхлопы. Они поставляют в тропосферу до 35-40% оксидов азота. При сгорании дизельного топлива, бензина в приземном слое образуются вредные вторичные загрязнители (озон, серная кислота, формальдегид и пероксиацетилнитрат). Их присутствие может вызвать кислотные дожди.

Энергетические предприятия

Энергетические предприятия лидируют по количеству выбросов SO2. От сжигания угля на электростанциях и заводах в атмосферу поступает 70% соединений серы. Во время горения часть вещества переходит в сернистый газ, часть оседает в твёрдом виде в золе.

При высокотемпературном (t0 выше 10000C) сгорании нефти, угля, газа происходит реакция между кислородом и содержащимся в топливе азотом, образуя диоксид NO2 и тетраоксид диазота N2O4.

Удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве

Избыточное использование в сельском хозяйстве пестицидов и азотсодержащих удобрений выглядит оправданным, улучшая рост культур, но на самом деле приводит к накоплению вредных веществ в почве, часть из которых поступает в воздух.

Другие факторы, зависящие от деятельности человека

Кислотные дожди выпадают из-за следующих антропогенных факторов.

• Использование аэрозолей, в состав которых входит хлор.
• Загрязнение атмосферы фреонами, в результате утечки из неисправных холодильников.
• Выделение метана при выращивании злаковых культур.
• Бытовые и промышленные растворители, химическая промышленность, бензозаправки являются источниками ЛОС.

Причины образования кислотных осадков

В химической структуре естественных осадков в норме помимо воды присутствует угольная кислота. Неорганическое соединений образуется в результате реакций водяных молекул с углекислым газом в атмосфере. Появление аномальных осадков происходит по аналогичной схеме, только вместо окиси углерода в воздухе присутствуют другие летучие соединения и производные металлов. В структуре кислотных дождей присутствуют растворы серной или азотной кислоты различной концентрации.

Выделяют следующие причины возникновения аномального выпадения осадков:

1. Воздух насыщается производными серы после вулканического извержения. Во время выброса пепла и летучих газов в атмосферу выделяется большое количество оксидов серы, сульфатов и сероводородных веществ.
2. В процессе органического разложения животных и растений в воздухе скапливаются серосодержащие и азотистые вещества.
3. К источникам естественного загрязнения воздуха также относят разряды молнии во время грозы. В пасмурную погоду в воздушной оболочке Земли ежегодно формируется до 8 млн т кислотных веществ.

Кислотные ливни естественного происхождения нередко становились причиной вымирания живых организмов более 250 млн лет назад, когда погибло до 95% от общего количества биосферы. В реалиях современного мира создает катастрофу не природа, а деятельность человека. Поэтому на долю антропогенных факторов приходится до 89-92% загрязнений экосферы:

• выбросы машиностроительных и металлургических заводов, энергостанций;
• сжигание горючих полезных ископаемых и органического топлива: угля, дров, природного газа;
• выделение метана при выращиваний злаковых культур;
• выхлопные газы автомобилей;
• удобрение почвы азотными соединениями, опрыскивание продуктов растительного происхождения пестицидами;
• добыча полезных ископаемых;
• утечка фреона из холодильников;
• использование содержащих хлороводород аэрозолей.

Как образуются кислотные осадки?

Несмотря на большое количество природных выбросов ядовитых соединений, человек – главный виновник экологических бедствий. Существенную роль в возникновении КД играет добывающая и перерабатывающая промышленность. В 65% случаев в структуре осадков обнаруживается присутствие производных серы. Механизм образования аномальной экологической проблемы заключается в растворении ядовитых газов в дождевой влаге.

В атмосферу выбрасываются тонны токсичных соединений и ядовитых газов. В воздухе скапливается диоксид серы, который в процессе фотохимического окисления преобразовывается в серный ангидрид. Данное химическое соединение вступает в реакцию с водяными парами. Продуктом их взаимодействия выступает серная кислота. Из оставшихся частиц серного диоксида формируются молекулы сернистой кислоты, которая после длительного взаимодействия с водой становится серной.

½ кислотных ливней относится к азотным. Дождевая влага формируется из летучих соединений азотсодержащих веществ, которые при растворении в водяном паре трансформируются в азотистую и азотную кислоту. Такие осадки выпадают и формируются по аналогичному принципу, что и серные осадки. После выпадения разбавленные кислоты попадают в грунт, где распадаются на нитраты и нитриты.

В редких случаях наблюдаются соляные дожди, которые формируются из летучих хлорсодержащих соединений. Хлор попадает в атмосферную среду вместе с метаном в процессе сжигания мусорных отходов или после выброса промышленных предприятий.

Какой вред наносят человеку кислотные дожди

Кислотные дожди можно назвать глобальной проблемой. Все радуются техническому прогрессу, но никто не задумывается, что вся эта деятельность приводит к ухудшению экологической обстановки. Вредные вещества, попадающие в атмосферу, возвращаются обратно, и выпадают они на землю вместе с осадками.

Кислотные дожди содержат в своем составе серную и сернистую кислоты. Такие осадки негативно влияют не только на состояние природы, но и на человеческий организм. Помимо кислот осадки могут содержать в себе и ионы тяжелых металлов. У человека может возникнуть:

• отравление;
• нарушения в работе почек и печени;
• развитие тромбов в сосудах.

Так как вместе с дождем все вредные вещества попадают в водоемы, в которых обитает рыба и животные, то дальнейшее употребление их в пищу может тоже нанести вред здоровью

Очень важно то, что опасное воздействие от кислотных осадков может проявиться только спустя поколение

Экологические и экономические последствия

Лес после кислотного дождя

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоёмы — озера, реки, заливы, пруды — повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна.

Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоёмы:

Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем.

По мере накопления органических веществ на дне водоёмов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как 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 серьёзные заболевания.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Учёные считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, «сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон и тяжёлые металлы, в совокупности приводит к деградации лесов».

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования[какого?], составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1,7 миллиардов долларов от потери лесов; 8,3 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Миннесота 40 миллионов долларов на медицинские расходы.