Кислотные дожди и кислотообразующие выбросы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

Кафедра биологии, экологии и медицинской генетики

Реферат

на тему: «Кислотные дожди»

Выполнила: Горелых Е.А.

Проверила: Бобынцева Оксана Викторовна

Курск - 2011

Содержание

Введение

1. Немного из истории: А кто же первым заметил «кислоту»

2. Чтобы получился дождь, хватит и пылинки

3. Химический реактор в каждой капле

4. Выпадение кислотных дождей

5. Основные антропогенные источники кислотообразующих выбросов

6. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей

Заключение

Список литературы

Введение

Когда специалисты говорят о кислотных дождях, обычно вспоминают один очень неприятный случай, который произошел в США в конце 70-х годов. Тогда в небольшом городке Уилинге в штате Западная Виргиния три дня моросил дождь, который был кислее лимонного сока.

В обычных осадках, выпадающих в виде, дождя, тоже содержится некоторое количество кислоты, и это считается нормальным. Но на этот раз кислотность превосходила нормальную в 5 тысяч раз. Так что же такое кислотные дожди?

Прежде всего, надо сказать, что в самой природе кислотных дождей не существует. Кислотными становятся обычные дожди. Почему? Причина их возникновения в том, что практически во всех странах мира с каждым годом увеличивается загрязненность воздуха. Это происходит за счет сжигания ископаемого топлива: угля, нефти, газа. В результате в атмосферу выделяется огромное количество кислотообразующих газов: сернистого ангидрида и оксидов азота. Эти вещества содержатся также и в выхлопных газах. Они загрязняют атмосферу и не только надолго остаются в ней, но и переносятся на большие расстояния, на сотни и даже на тысячи километров. Когда же идет дождь, эти загрязнители соединяются в атмосфере с влагой, и тогда обычные осадки в виде дождя становятся опасным кислотным дождем.

Кислотные дожди приносят огромный вред природе и здоровью людей. Вода в морях, реках и озерах становится непригодной для жизни. В Канаде, например, из-за частых кислотных дождей более 4 тысяч озер объявлены мертвыми, еще 12 тысяч на грани гибели. Нарушено биологическое равновесие 18 тысяч озер в Швеции. В Норвегии исчезла рыба в половине озер южной части страны. Огромный урон наносят кислотные дожди лесам, паркам, садам. Желтеют и опадают листья, молодые побеги делаются хрупкими, как стекло, и ломаются. В Германии кислотные дожди погубили больше половины всех елей.

Кислотные дожди разъедают даже металл, в результате чего быстрее разрушаются мосты, ломаются самолеты. Многие исторические памятники, которые существуют уже тысячелетия и сохранились до наших дней, могут сейчас погибнуть из-за кислотных дождей.

1. Немного из истории: А кто же первым заметил «кислоту»

Впервые о кислотных дождях заговорили в 1852 году. Человек с оригинальной английской фамилией Смит, проживавший в Манчестере, собрал в фотографическую кювету дождевую воду и почему-то добавил туда раствор соли бария. Вода стала мутной. Поскольку это известная качественная реакция на сульфат-ион, то стало понятно, что в дождевой капле есть серная кислота. Правда, задолго до Смита, в 1696 году, Р.Бойль тоже обнаружил кислую реакцию дождевой воды, но так и не определил, почему это происходит. Поэтому, долгое время полагали, что в капельках дождя просто растворяется СО₂ и образуется слабая угольная кислота (при том содержании углекислого газа, которое характерно для атмосферы, рН должен быть около 5,6). Когда Смит обнаружил серную кислоту, ему не сразу поверили, и многие бросились перепроверять его результат. Оказалось, что, помимо серной, в дождевой капле есть еще и азотная кислота, потом нашли муравьиную, а впоследствии -- щавелевую и уксусную.

Почему же именно в середине XIX века удалось обнаружить целый набор кислот в дождевых каплях, причем самыми простыми способами? Дело в том, что это было начало технологической и индустриальной революции: в Англии появились первые мастерские и предприятия, заработали топки, где в большом количестве сжигали уголь. А сжигание любого ископаемого топлива, твердого или жидкого, дает не только углекислый, но и сернистый газ. Сначала думали, что механизм образования серной кислоты предельно прост -- это обычное растворение сернистого газа в дождевой капле, но, как мы увидим дальше, этот механизм оказался значительно сложнее. Поначалу ученые даже обрадовались кислотным дождям, ведь каждое облако приносило на поля не только влагу для почвы, но и удобрение -- серу и азот. Но радость была недолгой. Вскоре стало ясно, что вреда от кислотных дождей больше, чем пользы. И это не только закисление почв. Если расположить неприятности, связанные с кислотными дождями, по мере убывания их вредности, то получится такой ряд:

1) Снижение урожайности основных сельскохозяйственных культур (пшеницы, ржи, кукурузы и т.д.), поскольку в закисленных почвах гибнет почвенная биота. Только некоторые растения (крапива, щавель, виноград) любят кислую почву. Защитить почву от кислотных дождей очень трудно, хотя это пытаются сделать, внося в нее известняк. Но масштаб природных явлений и человеческих действий несопоставимы.

2) Гибель лесов. Из-за кислотных дождей деревья теряют иммунитет, заболевают разными болезнями, у них снижается фотосинтез, и они погибают. Сегодня поражена значительная часть лесов Европы, а в США и Канаде масштабы бедствия еще больше. Такие леса выглядят как после пожара: голые стволы и ни одного листочка. Картина, надо признаться, страшная.

3) Гибель закрытых водоемов (озер). От кислотных дождей погибает водная биота. Не остается ни рыб, ни улиток, ни червяков. Происходит это постепенно, и механизм здесь таков: под действием кислоты раство-ряются алюмосиликатные породы (там, где они есть), а алюминий токсичен. Гибель всей живности ученые наблюдают именно при таком рН, при котором концентрация алюминия в водоеме достигает летальной дозы. В прошлые годы погибли уже тысячи озер в США, Канаде и Швеции (правда, есть надежда, что на этом процесс закончится).

4) Коррозия и разрушение известковых, каменных зданий, металлических крыш и разных сооружений. В XIX веке в Европе именно по этой причине стали покрывать крыши черепицей -- она служила гораздо дольше.

2. Чтобы получился дождь, хватит и пылинки

Итак, дождевая капля содержит целый набор кислот, а также ионы аммония, железа, натрия, кальция, марганца, магния. Чтобы понять, как собирается такой химический букет, надо вспомнить, как образуется облако. Вообще небо Земли постоянно более чем наполовину закрыто облаками. Все они живут примерно час, потом 85% облаков рассасывается, а остальные выпадают в виде дождя. Если облако попадает в зону с меньшей влажностью или более высокой температурой, то никакого дождя не будет: капли испарятся и облако, теперь уже газовое, будет двигаться дальше. Так, испаряясь и конденсируясь снова, облако может перемещаться на очень большие расстояния, до 2000 км. Поэтому облако, родившееся в одной стране, может выпасть кислотным дождем в другой, которая достаточно далека от места загрязнения. Это и называется трансграничным переносом: облако образуется где-нибудь в Германии, а выпадает на Швецию или Данию, образуется в США, а озера гибнут в Канаде...

Но вернемся к тому, как образуется облако (основная часть облаков расположена в тропосфере, на высоте 1--5 км). Пары воды поднимаются вверх, в область все более низких температур (температура с высотой уменьшается 6 С на километр), и поначалу ненасыщенный водяной пар наверху становится насыщенным. В этом состоянии он должен сконденсироваться, то есть превратиться в каплю, но этого не происходит, поскольку капле нужен центр конденсации. Над поверхностью океана, там, где больше всего и образуется облаков, центрами конденсации служат кристаллики соли (NaCl). Они появляются из-за того, что ветер подхватывает с поверхности океана капли морской воды, высушивает их, и образовавшиеся кристаллики соли поднимаются вверх. А соль -- гидрофильное соединение, на котором охотно оседает вода, то есть конденсируется. Капелька быстро растет и через пять минут уже достигает размера 10 микрон. Это устойчивый размер существования водяной капли, и именно в этом состоянии она живет около часа. Так происходит над океаном, в морской, или так называемой фоновой, атмосфере.

А если облака образуются над индустриальной зоной, то капля образуется также, только центрами конденсации служат другие аэрозольные частички, например оксиды железа и марганца. Их выбрасывают в воздух промышленные предприятия, например тепловые электростанции, работающие на угле или мазуте. В топке железоорганические и марганецорга-нические соединения, которые содержались в угле или нефти, сгорают и вылетают в атмосферу в виде прокаленных, полностью обезвоженных оксидов. Такие прокаленные оксиды тоже гидрофильны и поэтому служат центрами конденсации для облачных капель. Вот почему в дожде находят ионы железа и марганца, причем в достаточно больших концентрациях (до 10~⁴ моль/л и 10~⁶ моль/л соответственно). А еще -- ионы кальция,магния, аммония. С аммонием понятно: растворяется атмосферный аммиак, и тем быстрее, чем кислее капля (аммиак при этом превращается в NH4), а кальций, магний, кремний -- частички пыли отчасти природного, а отчасти антропогенного происхождения (например, выбросы цементных заводов).

3. Химический реактор в каждой капле

1) Что такое кислотность?

Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН- и характеризуется их концентрацией C(ОН-).

Как показывают расчеты, для водных растворов произведение молярных концентраций водородных и гидроксильных ионов - величина постоянная, равная:

C(H+)C(ОН-) = 10-14,

другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.

Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10-7 моль/л. Такое состояние характерно для химически чистой воды.

Из сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:

10-7 < C(H+) Ј 100,

для щелочных сред:

10-14 Ј C(H+) < 10-7.

На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается более удобным водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:

рН = -lgC(H+).

Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10-5 моль/л, то показатель кислотности этого раствора рН = 5. При этом изменению показателя кислотности рН на единицу соответствует десятикратное изменение концентрации водородных ионов в растворе. Так, концентрация водородных ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и 5 соответственно.

В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.

Шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН = 7 (нейтральная среда) до рН = 14 (крайне высокая щелочность).

Чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты:

СО2 + Н2О Н2СО3.

Для определения показателя кислотности используют различные рН-метры, в частности дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения характера среды является применение индикаторов - химических веществ, окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенные индикаторы - фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а также естественные красители из красной капусты и черной смородины.

Достаточно точно показатель кислотности рН измеряется с помощью индикаторной бумаги, содержащей кислотореагирующие пигменты (демонстрируется определение рН различных веществ, указанных на плакате (см. рис. 1) с помощью полосок индикаторной бумаги из блокнота).

2) Откуда что берется?

Если расположить кислоты по мере уменьшения их содержания в дождевой капле, то мы получим такой ряд: серная, азотная, муравьиная, щавелевая и уксусная. Их концентрации отличаются примерно в десять раз при переходе от одной кислоты к другой. Больше всего в дождевой капле серной кислоты. Откуда же она там берется, если, как мы упомянули выше, это не простое растворение сернистого газа?

Над поверхностью океана, в фоновой атмосфере, реализуются целых три механизма. Основной механизм, по которому над океаном образуется серная кислота, заключается в окислении сернистой кислоты перекисью водорода.

Это автокаталитический процесс, так как для его протекания нужен Н⁺, который получается в этой же реакции.

Но серная кислота может образовываться и в газовой фазе. В этой реакции участвует главный чистильщик атмосферы, свободный гидроксил -ОН (его в атмосфере примерно 10⁶ штук/см³, и образуется он благодаря озону.

Газовые молекулы соединяются, и образуются микрокапельки концентрированной серной кислоты. Эта капелька может стать центром конденсации, слиться с облачной каплей или прореагировать с аммиаком и дать кислый сернокислый аммоний , который тоже может быть центром конденсации.

Но серная кислота может получаться еще и третьим способом -- в растворе, но опять же с помощью ОН-радикала.

Реакция цепная, так как образуется радикал SO3, который может снова реагировать с кислородом, и т.д. Правда, длинной цепи не получается, поскольку концентрация сернистой кислоты в капле над океаном небольшая.

Помимо SO2в морской капле растворяется и формальдегид, который получается после окисления метана в атмосфере. Образуется гидратированная форма формальдегида; его концентрация в капле даже выше, чем сернистой кислоты, и он тоже реагирует с ОН-радикалом.В результате ряда реакций получается муравьиная кислота НСООН. Окисляясь, она дает щавелевую. Однако, несмотря на весь этот букет реакций, кислотность облаков морской атмосферы небольшая (рН редко опускается ниже 5).

А что же происходит над промышленными районами? Во-первых, там намного больше SO2,но самое неприятное то, что над индустриальными районами работает совсем другой механизм образования серной кислоты, который мало зависит от содержания ОН-радикала. Мы уже говорили, что в каплях дождя находят также ионы железа и марганца. И вот оказалось (согласно последним работам ученых, занимающихся химией атмосферы), что над промышленными районами протекает не только цепной процесс окисления сернистой кислоты в серную, но и каталитический. То есть ионы железа работают катализатором окисления сульфита, а Мn еще и многократно ускоряет этот процесс. Причем эти катализаторы настолько активны, что роль ОН-радикала становится малозначимой.

Получается сочетание каталитического и цепного процессов -- цепно-каталитическая реакция. И если над океаном окисление происходит в основном днем, когда ОН-радикалов много, то над загрязненными районами каталитическое окисление сернистого газа идет с той же скоростью и днем и ночью.

Облака, которые образуются в индустриальной атмосфере, могут иметь рН=3. Кстати, почему рН дождевой капли только 3, а не 2 и не 1? Растворимость разных веществ в воде связана с тем, реагируют они с водой или нет. Например, Н₂0₂ просто растворяется в капле, не претерпевая изменений. А вот SO2 растворяется и превращается в серную кислоту, которая диссоциирует . А так как вещество переходит в другие химические формы, его растворимость резко возрастает . Понятно, что чем больше концентрация ионов водорода в воде, тем меньше будет растворяться SO2так как равновесие диссоциации и растворения будет сдвинуто влево. То есть капля образовалась, набрала SO2,который содержится в виде Н30₃~, началась химическая реакция, рН стал уменьшаться, и растворимость SO2стала падать. Получается, что эта реакция -- самотормозящаяся: она начинается с одной скоростью и идет потом все медленнее и медленнее. Поэтому за один час, то есть за всю свою жизнь, капля успевает снизить свой рН только до 3.

С азотной кислотой, которую находят в дожде, все гораздо проще, так как она образуется в результате простого растворения. В атмосфере есть практически все окислы азота,из которых и получаются азотная и азотистая кислоты. Азотные окислы попадают в атмосферу в результате сжигания угля, нефти, газа, мазута и бензина в двигателях внутреннего сгорания.

кислотный дождь вода химический

4. Выпадение кислотных дождей

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности Скандинавии, и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота

За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций. До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций.

В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн км2, составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5.

В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км2 выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков. В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы.

В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км2 в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны - в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км2) - в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом.

Превышение уровня критических нагрузок по выпадению окисленной серы отмечается в ряде областей (Ленинградская, Московская, Рязанская), на европейской территории России и по выпадениям оксидов азота - на половине этой территории.

За последние пять лет, согласно результатам измерений Росгидромета, наблюдается неизменное повышение кислотности дождей (минимальные значения рН = 3,1-3,4) на Урале и в Предуралье, на северо-западе и юге европейской территории России.

Специфическая особенность кислотных дождей - их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния - сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда «политика высоких труб» как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха. Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами» чужих выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия. В свою очередь, из России больше всего окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной - 1:17, с Польшей - 1:32, с Норвегией - 7:1. Экспортируется «мокрая» часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него.

Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу выбросами характерен для всех стран Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция больше направляют окисленной серы к соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы (до 70% кислотных дождей в этих странах - результат «экспорта» из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков - одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады.

5. Основные антропогенные источники кислотообразующих выбросов

Главные кислотообразующие выбросы в атмосферу - диоксид серы SO2 (cернистый ангидрид, или сернистый газ) и оксиды азота NОх (монооксид, или оксид азота NО, диоксид азота NO2 и др.).

Природными источниками поступления диоксида серы в атмосферу являются главным образом вулканы и лесные пожары. Естественная фоновая концентрация SО2 в атмосфере достаточно стабильна, включена в биохимический круговорот и для экологически благополучных территорий России равна 0,39 мкг/м3 (Арктика) - 1,28 мкг/м3 (средние широты). Эти концентрации значительно ниже принятого в мировой практике предельно допустимого значения (ПДК) по SО2, равного 15 мкг/м3.



Общее количество диоксида серы антропогенного происхождения в атмосфере сейчас значительно превышает ее естественное поступление и составляет в год около 100 млн т (для сравнения: природные выбросы SO2 в год равны примерно 20 млн т). Из них на долю США приходится 20%, на долю России - менее 10%. Диоксид серы образуется при сжигании богатого серой горючего, такого, как уголь и мазут (содержание серы в них колеблется от 0,5 до 5-6%), на электростанциях (~40% антропогенного поступления в атмосферу), в металлургических производствах, при переработке содержащих серу руд, при различных химических технологических процессах и работе ряда предприятий машиностроительной отрасли промышленности (~50%).

При сжигании каждого миллиона тонн угля выделяется около 25 тыс. т серы в виде главным образом ее диоксида (до триоксида окисляется менее 3% серы); в 4-5 раз меньше окисленной серы дает сжигание мазута.

Как показывают данные, приведенные в таблице, в России выбросы диоксида серы составляют более 30% всех вредных промышленных выбросов. На предприятиях энергетической отрасли промышленности, черной и цветной металлургии доля выбросов диоксида серы составляет примерно 40 и 50% соответственно. Меньше доля выбросов SO2 предприятиями нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, угольной и газовой отраслей промышленности - около 8% собственных выбросов загрязняющих веществ и около 5% суммарных выбросов и оксида серы предприятиями России, хотя предприятия этих отраслей дают примерно пятую часть всех техногенных выбросов загрязняющих веществ.

Анализ техногенных источников выбросов сернистого газа в атмосферу показывает, что выбросы производят высокоразвитые промышленные страны, и это становится проблемой в первую очередь для них и их ближайших соседей.

Данные мониторинга воздушной атмосферы свидетельствуют об увеличении в последние годы доли выбросов азотных соединений в закисление атмосферных осадков.

Содержанию оксидов азота в атмосфере стали уделять внимание лишь после обнаружения озоновых дыр в связи с открытием азотного цикла разрушения озона.

Природные поступления в атмосферу оксидов азота связаны главным образом с электрическими разрядами, при которых образуется NО, впоследствии - NО2. Значительная часть оксидов азота природного происхождения перерабатывается в почве микроорганизмами, т. е. включена в биохимический круговорот. Для экологически благополучных районов России естественная фоновая концентрация оксидов азота равна 0,08 мкг/м3 (Арктика) - 1,23 мкг/м3 (средние широты), что существенно ниже ПДК, равного 40 мкг/м3.

Оксиды азота техногенного происхождения образуются при сгорании топлива, особенно если температура превышает 1000 °С. При высоких температурах часть молекулярного азота окисляется до оксида азота NО, который в воздухе немедленно вступает в реакцию с кислородом, образуя диоксид NO2 и тетраоксид диазота N2O4. Первоначально образующийся диоксид азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу, однако в воздухе значительная часть оксида азота превращается в диоксид - гораздо более опасное соединение.

При высокотемпературном сгорании органического природного топлива происходят реакции двух типов: между кислородом воздуха и азотом, содержащимся в топливе (в угле содержание азота составляет в среднем около 1%, нефти и газе - 0,2-0,3%), и между кислородом воздуха и азотом, также содержащимся в воздухе.

Техногенные мировые выбросы оксидов азота в атмосферу составляют в год около 70 млн т (природные выбросы оксидов азота, по некоторым оценкам, равны в год 700 млн т), примерно 30% их приходится на долю США, 25% - на долю стран Западной Европы и лишь несколько процентов - на долю России (см. табл.). Суммарные антропогенные выбросы оксидов азота в атмосферу больше. Дополнительный источник таких выбросов - сельское хозяйство, интенсивно использующее химические удобрения, в первую очередь содержащие соединения азота. Вклад этой отрасли мирового хозяйства в загрязнение атмосферы оксидами азота учесть трудно, по некоторым данным, поступление оксидов азота в атмосферу с сельскохозяйственных полей сопоставимо с промышленными выбросами.

В России около 25% выбросов оксидов азота дает сжигание топлива на предприятиях электро- и теплоэнергетики, столько же - на предприятиях металлургической, машиностроительной и не связанной с процессами горения топлива химической отраслей промышленности (например, получение азотной кислоты и взрывчатых веществ). Главный источник техногенных оксидов азота в атмосфере - автотранспорт и другие виды моторного транспорта (около 40%). Распределение выбросов оксидов азота по основным отраслям промышленного производства приведены в таблице.

Следует отметить, что при наметившейся в 1990-е гг. в России тенденции снижения выбросов загрязняющих веществ промышленными предприятиями доля диоксида серы и оксидов азота в этих выбросах увеличивается.

Суммарные выбросы всех загрязнителей в воздушную среду в 1997 г. по сравнению с 1993 г. сократились примерно на 30%, диоксида серы - примерно на 20%, оксидов азота - на 30%.

Однако лишь 20% этих сокращений обусловлены природоохранными мероприятиями и усилением экологического контроля. Основная причина - спад производства, который за эти годы составил более 50%. Расхождение между относительными показателями спада производства и сокращения выбросов свидетельствует о росте отрицательного техногенного воздействия на окружающую среду в расчете на единицу произведенного продукта. Как показывает анализ, спад производства был неравномерен в различных отраслях хозяйства - наименьшим он оказался в самых экологически напряженных секторах (энергетика, металлургия и др.) и наибольшим - в отраслях, оказывающих относительно слабое воздействие на окружающую среду (машиностроение, оборонная отрасль промышленности и др.), при этом выбросы автотранспорта возросли, причем в крупных городах - очень значительно.

Отметим еще два - экономических - аспекта рассматриваемой проблемы, оказывающих большое влияние на общую экологическую ситуацию в России, в том числе и связанную с кислотными осадками. К началу спада производства в России (1991) на предприятиях срок эксплуатации наличного промышленного оборудования был запредельным, в базовых отраслях промышленности (среди них те, что дают наибольшие кислотообразующие выбросы) средний возраст оборудования приближался к 30 годам. Изношенное оборудование требует больше ресурсов для эксплуатации, производит больше отходов, отличается повышенной аварийностью. Помимо отсутствия средств на капитальные затраты предприятия не имеют средств и на текущие затраты. В этих критических условиях для снижения удельных затрат на производимую продукцию предприятие экономит на всем и в первую очередь на охране окружающей среды, строительстве или модернизации очистных сооружений и других мероприятиях.

Как следует из ежегодных государственных докладов Госкомэкологии «О состоянии окружающей природной среды в Российской Федерации», данных мониторинга Росгидромета, во многих регионах даже сократившийся поток загрязнений превосходит ассимиляционный потенциал соответствующих экосистем, т. е. является для них заведомо чрезмерным.

6. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей

Выпадение кислотных осадков на современном этапе биосферы представляет собой достаточно насущную проблему и оказывает достаточно негативное воздействие на биосферу.

Причем негативное влияние кислотных дождей наблюдается в экосистемах многих стран.

Особенно негативное воздействие от выпадения «кислотных дождей» ощутила на себе Скандинавия.

В 70-х годах в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в горах окрасился в серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в США, Канаде, Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов. И все это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед -- кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы не беспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

Все больший ущерб кислотные дожди наносят сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подвергнутыми вредоносному воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми -- озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер .

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4).

Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу -- шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне -- Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Более 100 тыс. ценнейших витражей, украшающих соборы в Шатре, Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут быть полностью утрачены в ближайшие 15-- 20 лет.

Изучив новые данные о кислотности осадков, выпадающих в различных регионах Западной Европы, и о воздействии их на здания и сооружения, сотрудники Дублинского университета (Ирландия) выявили, что самое катастрофическое положение сложилось в центре Манчестера (Великобритания), где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120 г на 1 м2 камня (песчаника, мрамора или известняка).

Город пострадал очень сильно, хотя общее количество осадков в наблюдаемый отрезок времени там было крайне низким. Очевидно, слишком высока была степень их кислотности.

За Манчестером следует Липхун (графство Гэмпшир в Великобритании) и Антверпен (Бельгия), где каждый камень под открытым небом потерял 100 г с 1 м2. Даже такие известные загрязненностью атмосферы города, как Афины, Копенгаген и Амстердам, подверглись кислотному разрушению в значительно меньшей степени.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами -- ртутью, свинцом, кадмием.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70--80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные пробы, и 108 пунктов, на которых в оперативном порядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых лабораториях .

Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км2. Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяют значение рН .

Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6. Кислотные осадки с рН < 5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5,1.

Ниже нами перечисляются основные последствия выпадения кислотных осадков.

- Повреждение статуй, зданий и отделки автомобилей.

- Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках.

- Понижение способности к воспроизводству лососей и форели при рН < 5,5.

- Гибель и понижение продуктивности многих видов фитопланктона, когда рН<6 -- 8.

- Разрыв азотного цикла в озерах, когда величина рН колеблется от 5,4 до 5,7.

- Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных пород, произрастающих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питательных веществ.

- Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за высвобождения из почв и донных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия.

- Ослабление деревьев и усиление их подверженности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде.

- Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, морковь, капуста-брокколи и хлопок.

- Рост популяции 81агола, простейшего, вызывающего серьезную кишечную инфекцию, которая поражает скалолазов и альпинистов, пьющих воду из, казалось бы, чистых горных ручьев.

- Возникновение и обострение многих болезней дыхательной системы человека, преждевременная гибель людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно. Опоздание составляет 10 -- 20 лет.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть кислотообразующих веществ, произведенных в одной стране, переносится преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных районов Западной и Восточной Европы.

Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-восточной Канады и востока Соединенных Штатов обусловлены выбросами крайне сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и промышленных предприятий в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада - Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и Теннеси. Степень кислотности осадков над большей частью Востока Северной Америки составляет 4,0-4,2.

Это в 30-40 раз больше, чем кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наибольшее количество кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас.

Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады .

Такой большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами.

Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год.

По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет резко возрастать, если не предпринять немедленных действий. Стоимость сокращения объема этих загрязнителей составит от 1,2 млрд. до 20 млрд. долларов в зависимости от степени очистки и технологии, которая будет использована.

В некоторых областях почвы содержат известняк и другие щелочные вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в других районах практически не способны к нейтрализации кислот. Кроме того, повторное воздействие на любые почвы кислотных осадков может в принципе истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воздействию кислоты из-за низкого содержания щелочей (особенно иона бикарбоната), которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в них кислот.

Заключение

Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье населения. От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например, отходы медеплавильных заводов -- хлор, мышьяк, сурьма -- вызывают гибель домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу, тяжелые заболевания скота наблюдаются от фтористых соединений. Медь и цинк, попадающие с выбросами заводов на землю, могут полностью уничтожить травяной покров.

Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание, замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах воздействия растительность погибает.

Подсчитано, что общее количество выбросов сернистого газа в атмосферу нашей планеты тепловыми электростанциями, металлургическими заводами, нефтеперерабатывающими предприятиями и другими антропогенными источниками с 1905 по 1965 г. возросло в 4 раза и к настоящему времени достигло 150 млн. т. Из этого количества до 110 млн. т (более 70% мировых выбросов сернистого газа) приходится на страны Европы, Соединенные Штаты Америки и Канаду. Учитывая, что использование твердого топлива, в частности бурого угля (характеризующегося высоким содержанием серы), все возрастает, следует предвидеть соответствующее увеличение выбросов сернистого газа.

Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе угрозу не только здоровью людей, но и наносит большой экономический ущерб. Наличие в воздухе соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушение зданий, сооружений, памятников культуры, ухудшает качество промышленных изделий и материалов. Установлено, например, что в промышленных районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской местности.

Вредные для человека и для природы выбросы могут перемещаться в воздушных потоках на громадные расстояния. Например, установлено, что выбросы промышленных предприятий ФРГ и Великобритании переносятся на расстояния более 1000 км и выпадают на территории скандинавских стран, а из северо-восточных штатов США -- на территории Канады. Вредоносные последствия загрязнения среды сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской экономической комиссии ООН, через российскую границу в воздушных потоках с запада на восток идет в 4 раза больше серы, чем в обратном направлении.

В последние десятилетия правительства развитых стран иногда жестче, иногда более мягко переходят к политике восстановления нарушенных экосистем, установки фильтров на фабриках и заводах, загрязняющих атмосферу, сокращают вредные выбросы. Должны быть предприняты более решительные и жесткие меры, иначе мы, несмотря ни на какие усилия, окажемся на «непригодной для жизни планете».

Список литературы

1. Государственные доклады Госкомэкологии «О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации». Российская экологическая газета «Зеленый мир», 1994-1998;

2. Красилов В.А. Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты. М.: Институт охраны природы и заповедного дела, 1992;

3. Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. В 3 кн. М: Пангея, 1996, т. 3;

4. Фелленберг Г. Загрязнение природной среды. М.: Мир, 1997;

5. Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2 т. М.: Мир, 1993.

6. Акимова, Т. А., Кузьмин А. П., Хаскин В. В., Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001.- 343с.

7. Вронский, В. А. Кислотные дожди: экологический аспект//Биология в школе.- 2006.- №3.- с. 3-6

8. Исаев, А. А. Экологическая климатология.- 2-е изд. испр. и доп.- М.: Научный мир, 2003.- 470с.

9. Найдыш, В. М. Концепции современного естествознания: Учебник.- Издание 2-е перераб. и доп.- М.: Альфа -М; Инфра -М, 2004.- 622с.

10. Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О.

11. Откуда берутся «кислотные дожди»//Вокруг света.- 2005.- №6.- с. 70 П. экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

12. Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда, человек: Учебное пособие.- М.: Гранд: Фаир - пресс, 2000.- 316с.

Размещено на Allbest.ru