Проблема кислотных дождей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблема кислотных дождей

1. История термина

2. Химические реакции

3. Экологические и экономические последствия

Заключение

«Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Жан Батист Ламарк

Кислотный дождь - все виды метеорологических осадков: дождь, снег, град, туман, кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение рН (водородный показатель). Шкала значения рН идет от 02 (крайне высокая кислотность), через 7 (нейтральная среда) до 14 (щелочная среда), причем нейтральная точка (чистая вода) имеет рН=7. Дождевая вода в чистом воздухе имеет рН=5,6. Чем ниже значение рН, тем выше кислотность. Если кислотность воды ниже 5,5, то осадки считаются кислотными. На обширных территориях промышленно развитых стран мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную от 10-1000 раз (рН=5 - 2,5).

Главная причина кислотных дождей - присутствие в атмосфере диоксида серы и оксидов азота, которые в результате происходящих химических реакций превращаются соответственно в серную и азотную кислоты.

1. История термина

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1882 году английским учёным Робертом Ангусом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели лесов, урожаев и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почвы и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Вода обычного дождя представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как углекислый газ, вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота, 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 показателей 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 оксид азота.

В 1883 году шведский ученый Сванте Август Аррениус ввел в обращение два термина - кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы. Водородный показатель является взятым с обратным знаком десятичным логарифмом активности ионов водорода в растворе и его используют в качестве показателя кислотности воды.

2. Химические реакции

Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. А кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы и различными оксидами азота.

Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций. Соединения серы, сульфида и других содержатся: в углях и в руде (особенно много сульфидов в бурых углях, при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения - оксид серы IV (сернистый ангидрид), оксид серы VI (серный ангидрид), сероводород (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании при низкой температуре).

Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые). При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота, которые вступает в реакцию с водой атмосферы, под воздействием солнечного излучения, или так называемых «фотохимических реакций», которые превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотной и азотистой. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают в воздух.

3. Экологические и экономические последствия

Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и ещё во многих странах земного шара.

Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озёра, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. От кислотных осадков пострадали пресноводные озёра Канады, США, Швеции, Норвегии, Финляндии, России и других стран. Так в Канаде закислены более 14 000 озёр, в восточной части США - около 9 000 в Швеции - более 6 500 водоёмов, в Норвегии - 5 000. В России от кислых осадков особенно пострадали озёра Карелии, Кольского полуострова. На Кольском полуострове сильно закислены 37% обследованных озёр, а в состоянии риска закисления находится около 30% водоёмов. Во многих озёрных экосистемах увеличение кислотности вод (понижение величины рН) привело к деградации популяций рыб и других гидробионтов.

Выделяют три стадии воздействия кислотных дождей на водоёмы. Первая стадия - начальная. С увеличением кислотности воды (рН<7) водяные растения начинают погибать, лишая других животных водоёма пищи, уменьшает количество кислорода в воде, начинают бурно развиваться водоросли (буро - зелёные). Первая стадия эутрофикации (заболачивания) водоёма. При кислотности рН=6 погибают пресноводные креветки. Вторая стадия - 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 - крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоёма и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия - кислотность достигает рН =4,5 , погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых. Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоём. 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.

Кислотные дожди наносят вред не только водной флоре и фауне. Они также уничтожают растительность на суше и отрицательно воздействуют на почву.

Ї Уменьшают плодородие почв.

При величине рН не менее 5,0 начинается прогрессивное уменьшение их плодородия, а при рН=3, они становятся практически бесплодными.

Ї Снижают скорость разложения органических веществ.

Большинство бактерий и грибов предпочитают нейтральную среду. При рН=6,2 численность бактерий в 1 грамме почвы составляет 13,6х106, а при рН=4,8 - 4х106.

Ї Вымывают из почвы многие питательные вещества. Это приводит к снижению урожайности сельскохозяйственных культур (хлопчатника, томатов, винограда, цитрусовых и т.д.) в среднем на 20 - 30 %. Россия, имеющая более 50 млн. гектаров закисленных почв, ежегодно теряет урожаи сельскохозяйственных культур в объёме 16 - 18 млн. тонн в пересчете на зерно.

Кислотные осадки оставили свой след и на памятниках архитектуры, вот например на соборе Святого Павла слой портлендского известняка изъеден на 2,5 см, а в Голландии статуи на соборе Святого Иоанна «тают, как леденцы». Черными отложениями, этим «раком камня», изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1,750 миллиардов долларов от потери лесов; 8,300 миллиардов долларов от потери урожаев и 40 миллионов долларов на медицинские расходы.

Кислотные дожди - это проблема не одной страны, а глобальная проблема всего человечества. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по мнению многих специалистов - это уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Один из главных способов борьбы с выбросами - установка на каждом предприятии дорогостоящих очистных сооружений, фильтры которых будут препятствовать выбросам тяжелых металлов и опасных оксидов. Такие установки не только снизят вероятность выпадения кислотного дождя, но и сделают воздух чище.

Ещё один путь решения проблемы - уменьшение количества транспортных средств в крупных городах с целью снижения выбросов выхлопных газов. Помимо этого следует восстанавливать, а не вырубать леса, очищать загрязненные водоемы, перерабатывать, а не сжигать мусор.