Влияние кислотных дождей на состояние окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Влияние кислотных дождей на состояние окружающей среды

Саженева Мария дкжб1-3

Введение

Термин «кислотный дождь» был впервые введен в употребление химиком Робертом Смитом в 19 веке. Несмотря на то, что это явление не является новым, его глобальный характер признали лишь недавно. Впервые проблема кислотных дождей была поднята на международном уровне Швецией на Конференции ООН по окружающей человека природной среде в 1972 году. Именно с тех пор она превратилась в одну из главных природоохранных проблем человечества. Детальными, по настоящему научными исследованиями КД стали заниматься только в конце 60-х годов нашего столетия в США, Канаде, Швеции и др. странах, где особенно заметно проявилось массовая гибель лесов, исчезновение зверей и другие отрицательные явления в природе вблизи крупных металлургических предприятий.

1. Кислотные осадки. Природа и источники возникновения

кислотный осадок атмосфера туча

Кислотные осадки - осадки, которые содержат серную, сернистую, азотную и азотистые кислоты, т.е. это продукт взаимодействия оксидов серы, азота и других соединений с водяными парами атмосферы.

SO3+ H2O >H2SO4

2NO + O2 > 2NO2

2NO2 + H2O > HNO + HNO2

В последнее время считается, что в кислотных осадках содержатся также в незначительных количествах соляная и плавиковая кислоты. Кислотные осадки в основном представлены кислотными дождями. Отмечаются также кислотный туман, снег и иногда даже роса.

Процессы, приводящие к образованию кислотных дождей можно представить в виде следующих циклов:

1. Перенос выбросов ветром к зоне осадков при одновременном смешивании с незагрязненными воздушными массами.

2. Химические и физические процессы в газовой фазе, приводящие к изменению концентрации первичных соединений и химического состава воздушного потока

3. Поглощение веществ техногенного происхождения облаками и каплями дождя, их химические реакции в жидкой фазе и последующее выпадение загрязнений на поверхности в виде осадков.

4. В местах с дефицитом метеорных вод происходит сухое выпадение загрязнений (абсорбация на почвах, кронах деревьев).

Явление кислотных дождей отчасти природного, отчасти техногенного характера.

Основными природными источниками поступления в атмосферу оксидов серы и азота являются извержения вулканов, лесные пожары и прочее.

Кислотность осадков до техногенной эры колебалась от 5,2 до 5,6 рН*, о чем свидетельствует химический анализ талых вод вечных льдов Гренландии и Антарктиды. В настоящее время в Центральной Европе и других местах рН осадков составляет 4-4,5, но редко здесь идут дожди с рН от 2 до 3. В России кислотные дожди с рН ниже 4-х наблюдаются в промышленных центрах и их ближайшем окружении.

Техногенными источниками кислотных осадков являются теплоэнергетика, промышленность и транспорт, которые выбрасывают в воздух миллионы тонн диоксида серы и оксидов азота. Наибольшее количество окислов серы поступает в атмосферу при сжигании каменного и особенно бурого угля. При сжигании мазута окислы серы поступают в атмосферу в значительно меньших количествах. Окислы азота образуются и поступают в атмосферу при так называемом высокотемпературном сжигании, т.е. когда температура пламени более 1000 ?С. Наибольшее количество окислов серы и азота поступает в атмосферу в составе выхлопных газов от автотранспорта.

Современные оценки показывают, что поступление оксидов серы и азота в атмосферу техногенного происхождения превышают их суммарные естественные выбросы.

Кислотные осадки широко распространены в развитых странах, в таких как Америка, Япония, Китай и в целом ряде регионов России. В последние годы, в связи с заменой угля на газ и нефть, в развитых странах происходит сокращение кислотных осадков. В то же время в развивающихся странах как повторяемость кислотность осадков, так и их распространение растет.

Чем опасны кислотные дожди.

При выпадении кислотных дождей происходит закисление почв и водоемов. Особенно неблагоприятное воздействие таких дождей на состояния экосистем проявляется в зонах избыточного увлажнения: Скандинавия, Канада, Шотландия, США. Большое количество озер там превратились в кислотные водоемы, особенно там, где почвы не способны нейтрализовать кислотные остатки. К тому же, обратив внимание на рис 8.7, можно заметить, что почва и вода в этих регионах и так имеет повышенную кислотность.

При закислении из почв вымываются вещества, важные для питания растений, в целом меняется химический состав почв, ухудшается развитие микроорганизмов в почве. Все эти изменения подавляют рост растений. Диоксид серы прямо повреждает зелень, нарушая процессы фотосинтеза. Страдают и сельскохозяйственные культуры: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, замедляются рост и развитие растений, уменьшается их устойчивость к болезням и паразитам, снижается урожайность. Зависимость роста и созревания сельскохозяйственных культур от кислотности осадков свидетельствует о взаимосвязи физиологии растений, развития почвенных микроорганизмов и климатических факторов. Многочисленные эксперименты по выявлению влияния изменения кислотности на различные растения показали, что кислотные осадки в ряде случаев могут играть двоякую роль, но с преобладанием отрицательного влияния. Ниже приведены результаты опытов, в основном проведенных в США, которые дали положительную оценку влияния КД на различные культуры:

· Редис -- незначительное повышение урожайности (5-10%) при рН дождя 5,0-3,4. Однако, при дальнейшем повышении кислотности урожайность резко снижалась (до 50-60%).

· Кукуруза -- даже при сильной кислотности до pH 2,7 урожайность оставалась прежней, но при этом наблюдалось интересное явление: урожайность половины испытанных сортов снижалась на 10-12% при промежуточной кислотности с pH 4,0-4,5 и возрастала при более высокой кислотности с pH 3,0.

· Соя -- при кислотности в интервале pH 5,6-2,7 урожайность оставалась постоянной или снижалась незначительно (5-10%).

· Пшеница -- получен также парадоксальный результат, как и в случае с кукурузой: pH 3,3-4,0 -- уменьшение массы стеблей, при pH 2,3 отмечено неожиданное увеличение скорости роста.

В заключение следует отметить: важное значение для урожайности имеет не только суммарная кислотность, но и химический состав КД. Так, при одной и той же кислотности (pH 3) при повышенном содержании азотной кислоты наблюдалось снижение урожайности редиса. Бобовые культуры при воздействии на них смесью азотной и серной кислот (pH 3,2) развиваются медленнее, чем при воздействии только серной кислотой.

Также большой ущерб кислотные дожди наносят лесам. С помощью методов математического моделирования подсчитано, что из-за фонового влияния диоксида серы в Европе ежегодно теряется 520 тысяч тонн растительных продуктов.

При пороговой величин рН, равной 4,2, из почвы начинается вымываться алюминий, который накапливается в воде озер. Другие токсичные микроэлементы -- Сd, Pb, Hg, Se и др. становятся также мобильными в кислой среде и частично усваиваются растениями. Мобилизация микроэлементов в почвы осуществляется быстрее в случае ее обеднения Ca и Mg. Многие мобилизованные тяжелые металлы, входящие в состав комплексных соединений, кумулируются растениями в неограниченном количестве и, попадая в пищу животных и человека, могут накапливаться в различных органах, тем самым по-разному, но в основном отрицательно, воздействуя на организм. Он попадает в организм рыб и, будучи токсикантом, ведет к их гибели. При снижении кислотности вод менее 5,0 в организмах рыб начинают накапливаться другие тяжелые металлы (кадмий, свинец, цинк и ртуть, очень опасная для человека). Для рыб пределы чувствительности лежат в пределах 5,0-4,5. Повышение кислотности озер наносит непоправимый ущерб рыбным запасам. В США, Швеции, Норвегии многие озера потеряли промысловое значение. В нашей стране за счет выноса загрязненных вод в тяжелом состоянии находятся многие моря -- Баренцево, Балтийское, Черное, улов в которых сократился почти в 10 раз.

У моллюсков, водорослей, планктонных организмов при рН воды меньше 5,2 нарушается кальциевый обмен, что также приводит к их гибели.

Таким образом, при закислении меняется структура водных экосистем, происходит их упрощение, и многие водоемы в результате закисления становятся практически безжизненными.

Кислотные дожди вызывают ускоренное разрушение зданий и сооружений (прочный твердый мрамор реагирует c раствором серной кислоты и превращается в гипс (Сa(SO)4, и изменения температуры, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал), важных объектов архитектуры, например Парфенона в Афинах, мраморной колонны Трояна в Риме, Египетских пирамид.

В США было подсчитано, что каждая тонна двуокиси серы, которая была выброшена в атмосферу, наносит вред более чем на 3000 долларов, т.е. связанные с сернокислотными выбросами издержки только для Среднего Запада США составляют более 25 миллиардов долларов в год. Ущерб от кислотных дождей велик и не только для промышленно развитых стран. В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступление в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы.

Также кислотные дожди оказывают непосредственное влияние и на организм человека. Люди вынуждены потреблять питьевую воду, загрязненную токсичными металлами: ртутью, свинцом, кадмием.

Таким образом, вследствие выпадения кислотных осадков в естественной среде и в жизнедеятельности человека происходит ряд негативных процессов:

· Снижается урожайность большинства сельскохозяйственных культур из-за повреждений листьев кислотами

· Из почвы вымываются кальций, калий и магний, что приводит к деградации растительности и, как к следствие, - к обеднению животного мира

· Гибнут леса

· Отравляется вода озер и прудов, в них погибает рыба, исчезают насекомые

· Исчезают водоплавающие птицы и животные, питающиеся насекомые

· Активируются оползни и сели, вызванные гибелью лесов в горных районах

· Ускоряется разрушение памятников архитектуры, сооружений, особенно тех, которые построены из известняка и отделаны мрамором

· Увеличивается заболеваемость среди людей

2. Борьба с кислотными осадками

Под действием ветра кислотные осадки, преимущественно в виде дождей, могут распространяться на значительные расстояния и оказывать свое действие на значительные территории. Таким образом, можно говорить о трансграничном аспекте кислотных осадков. Практически все европейские страны являются одновременно «экспортерами» и «импортерами» кислотных осадков.

Для слежения за перемещениями кислотных туч в Европе создано специально два метеорологических центра: «Запад» - находится в Осло, и «Восток» - в Москве. Они отслеживают, сколько в какой стране выбрасывается вредных веществ и где они потом выпадают в виде кислотных осадков. Но в настоящее время практика прогнозирования кислотных осадков практически отсутствует.

В среднем каждый пятый-третий дождь в Москве можно отнести к категории кислотных. Значительное количество дождей в Балтийском регионе также являются кислотными. В Китае приблизительно 85 % дождей содержат кислоты.

С целью уменьшения загрязнения атмосферного воздуха пылью и другими вредными примесями нужно на всех промышленных предприятиях организовать эффективную очистку отходящих газовых выбросов. Все методы очистки можно разделить на три группы:

· Механические

· Физико-химические

· Химические

Механические методы применяют для очистки вентиляционных и других газовых выбросов от грубодисперсной пыли. Она отделяется под действием силы гравитации, инерции и центробежной силы.

К физико-химическим методам очистки газовых выбросов относятся абсорбацию и адсорбацию.

· Абсорбация - это процесс химического осаждения или связывания загрязняющих веществ при пропуске очищаемого газа через жидкий поглотитель. Абсорбацию используют для очистки воздуха от токсичных загрязнений. Как поглотитель используют суспензии, содержащие оксиды магния и кальция или известняк.

· Адсорбационный метод очистки газов - это сорбация газовать вещества на поверхности или в объеме микропор твердого тела. Чаще всего как адсорбент (очищаемое вещество) используют активированный уголь, силикагель и глины, имеющие большую поверхность.

Химические методы очистки отходящих газов основаны на химическом связывании вредных загрязняющих веществ. Одним из самых распространенных методов является хемосорбация, т.е. когда очищаемы газ промывают раствором веществ, которые реагируют с загрязняющими примесями.

Таким образом, очистные фильтры являются основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Эффективность очистных сооружений различна: зависимая как от физико-химических свойств загрязнителей, так и от совершенства применяемых методов она может колебаться от 70% до 99% устранения выбросов.

Еще одним способом предотвращения загрязнения атмосферы является переход на использование новых, экологически безопасных источников энергии. Например, строительство станций пользующихся энергией приливов и отливов и т.д.

Также одним из решения проблем может быть замена в автомобилях двигателей внутреннего сгорания на электрические. Для уменьшения токсических веществ в выхлопных газах предлагается замена бензина другими видами топлива, например, смесью различных спиртов.

Еще один эффективный путь - озеленение городов и промышленных центров. Зеленые насаждения благодаря фотосинтезу освобождают воздух от диоксида углерода и обогащают его кислородом. На листьях деревьев и кустарников оседает приблизительно 70% частиц пыли и до 60% - диоксида серы. Также имеет большое значение и планирование города: промышленные предприятия, транспортные магистрали должны отделяться от жилых кварталов буферной зоной зеленых насаждений. Необходимо учитывать и рельеф местности, направления основных ветров и т.д., чтобы правильно расположить промышленные зоны.

Литература

1. Невская Г.Ф., Губонина З.И., Минаев А.С., Защита окружающей среды от техногенных воздействий, Москва, МГОУ, 2001 (Блок 5 «Кислотные дожди»)

2. Смирнов Н.П., Геоэкология: Учебное пособие, Санкт-Петербург, РГГМУ, 2006 (8.6 Проблема кислотных осадков)

3. Карлин Л.Н., Абрамов В.М., Управление энвиронментальными и экологическими рисками: Учебное пособие, Санкт-Петербург, РГГМУ, 2006 (3.3.21 Кислотные осадки)

4. Олейник Я.Б., Основы экологии (564 Кислотные осадки и их экологические последствия

5. Грачев В.А. Очерки экологии промышленных районов Свердловской области / Дискомфортные зоны местообитания населения Среднего Урала, 2008г (6.2.2. Нарушения почвенных экосистем и роль микроэлементов в жизни растений и животных, 6.2.3. Загрязнение замкнутых водоемов, 6.2.4. Некоторые примеры позитивной роли кислотных осадков для сельскохозяйственных полей)

Размещено на Allbest.ru