Виды соединений азота:

NH₃ + H₂SO₄ = NH₄HSO₄

NH₃ + NH₄HSO₄ = (NH₄)₂SO₄

NH₃ + HNO₃ = NH₄NO₃

Таким образом, нейтрализуются кислотные осадки и образуются сульфаты и нитрат аммония.

Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся в почве органические вещества разрушаются определенными бактериями, и одним из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Ученым удалось установить, что активность бактерии, приводящая в конечном счете к образованию аммиака, зависит в первую очередь от температуры и влажности почвы. В высоких географических широтах (Северная Америка и Северная Европа), особенно в зимние месяцы, выделение аммиака почвой может быть незначительным. В то же время на этих территориях наблюдается наибольший уровень эмиссии двуокиси серы и оксидов азота, в результате чего находящиеся в атмосфере кислоты не подвергаются нейтрализации и, таким образом, возрастает опасность выпадения кислотного дождя. В процессе распада мочи домашних животных высвобождается большое количество аммиака. Этот источник аммиака настолько значителен, что в Европе он превышает возможности выделения аммиака почвой.

Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере:

Попадающие в воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются физическим и химическим преобразованиям в атмосфере. Данные процессы протекают одновременно с распространением этих веществ.

Химические превращения соединений азота:

Наиболее распространённым соединением азота, входящим в состав выбросов, является окись азота NO, которая при взаимодействии с кислородом воздуха образует двуокись азота. Последняя в результате реакции с радикалом гидроксила превращается в азотную кислоту NO₂ + OH = HNO₃. Полученная таким образом азотная кислота в отличае от серной может долгое время оставаться в газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Это связанно с тем, что азотная кислота обладает большей летучестью, чем серная. Пары азотной кислоты могут быть поглощены капельками облаков или осадков или частицами аэрозоля.

Кислотная седиментация (кислотные дожди)

Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация, которая может происходить двумя путями:

1. Вымывание осадков, или влажная седиментация

2. Выпадение осадков, или сухая седиментация

Совокупность этих двух процессов и называется кислотной седиментацией.

Воздействие кислотных дождей на окружающую среду

В результате кислотной седиментации соединения серы и азота попадают на поверхность Земли, что приводит к изменениям кислотности пресноводных водоемов, почв, лесов. Кислотные дожди оказывают различное влияние. Первоначально осадки имеющие повышенное содержание азота способствуют росту деревьев в лесу, так как происходит снабжение деревьев питательными веществами, но в результате постоянного потребления лес перенасыщается, почва закисляется. Кислотность почв изменяется, изменяется растворимость в них тяжелых и токсичных металлов, которые попадают в организмы животных и человека.

Воздействие кислотных дождей проводит к вымыванию из растений неорганических соединений (микро- и макроэлементы): калий, кальций, магний и марганец. Вымываются органических соединения: сахар, аминокислоты, органические кислоты, гормоны, витамины и т.п.

Поступающие в почву с кислотным дождем ионы водорода могут замещаться находящимися в почве катионами, в результате чего происходит либо выщелачивание кальция, магния и калия, либо их седиментация в обезвоженной форме. Возрастает мобильность токсичных тяжелых металлов, таких как марганец, медь, кадмий, которые являются ядами для растений.

Происходящие в составе почвы изменения могут преобразовывать состав микроорганизмов в почве, воздействовать на их активность и тем самым влиять на процессы разложения и минерализации, а также на связывание азота и внутреннее закисление.

Несмотря на выпадающие кислотные осадки почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды т.е. до определенной степени она может сопротивляться усилению кислотности. Сопротивляемость почвы определяет как правило наличие известниковых и песчаниковых пород (в состав которых входит карбонат кальция CaCO₃), которые в результате гидролиза имеет щелочную реакцию.

Закисление пресных вод.

Закисление пресных вод - это потеря ими способности к нейтрализации. Закисление как правило вызывают сильные кислоты такие как серная и азотная кислота. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно.

Процесс закисления водоемов можно условно разделить на 3 фазы:

1. Уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН. азот атмосфера кислотный

2. Уменьшение рН ниже 5,5 при уменьшении количества ионов гидрокарбоната. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать уже при рН = 6,5.

3. При рН = 4,5 кислотность растворастабилизируется. В этих условиях кислотность раствора регулируется реакцией гидролиза алюминия. В такой среде способны жить только немногие виды насекомых, растительный и животный планктон, а также белые водоросли.

Гибель живых существ помимо действия сильноядовитого иона алюминия может быть вызвана и тем, что под воздействием иона водорода выделяются кадмий, цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество растительных питательных веществ начинает уменьшаться. Как правило уменьшение рН воды идет парралельно с сокращением популяций и гибелью рыб, земноводных, фито- и зоопланктона, а также множества различных других организмов.

Наибольшего масштаба закисление озер и рек достигло в Швеции, Норвегии, США, Канаде, Дании, Бельгии, Голландии, Германии и др. Европейских государствах. В южной и центральной частях Швеции наблюдается потеря рыбы в 2500 озерах, то же самое предполагается в ещё 6500 озерах, где обнаружены признаки закисления. Почти в 18000 озерах рН воды менее 5,5, что очень неблагоприятно влияет на популяции рыб.

Непосредственное воздействие кислотных осадков на окружающую среду

1. Гибель растений. Непосредственная гибель растений в наибольшей степени наблюдается вблизи от непосредственного источника выбросов и в радиусе нескольких десятков километров от источника. Причина - высокая концентрация двуокиси серы. Это соединение адсорбируется на поверхности растения и, проникая в организм растений, принимает участие в различных окислительно-восстановительных реакциях, что в дальнейшем оказывает негативное влияние на такие жизнено-важные процессы как дыхание и фотосинтез. В первую очередь происходит гибель лишайников, они являются чувствительными индикаторами различных видов воздушного загрязнения.

2. Прямое воздействие на человека. Особую опасность для здоровья человека представляют аэрозольные частицы кислотного характера. Крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, мелкие (менее 1 мкм.) капли состоящие из смеси серной и азотной кислоты проникают в легкие. Металлы попадают в пищевую цепочку.

3. Коррозия металлов, зданий и памятников. Причиной коррозии является увеличение концентрации иона водорода на поверхности металлов, от которой в большой степени и зависит их окисление. В загородных районах степень коррозии металлоконструкции составляет несколько микрометров в год, в городских районах - 100 мкм. в год. Кислотный дождь причиняет ущерб металлам, зданиям, памятникам и прочим сооружениям, особенно из известняка и песчаника. Содержащийся в песчаниках и известняках СаСО₃ превращаясь в сульфат кальция, легко вымывается дождевой водой.

Пути решения проблемы

Для разрешения проблемы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы окиси азота в атмосферу, для этого использовать альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов) и топлива. Другие возможности для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу это:

1. Применение высоких труб. Это уменьшает воздействия на окружающую среду, но увеличивает эффективность перемешивания загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы, что приводит к выпадению кислотных осадков на более удаленных территориях от источника загрязнения. Это уменьшает загрязнение местных экосистем, но увеличивает опасность кислотных дождей в удалённых регионах. Кроме того, данный метод является очень безнравственным, так как страна, в которой происходят эти выбросы переносит часть последствий на другие страны.

2. Альтернативные источники топлива. Например. основное топливом в Эстонии является ископаемый сланец, который хотя имеет довольно высокое содержание серы, но при горении в атмосферу выбрасываются основные окислы, нейтрализующие кислотные компоненты. Поэтому сжигание сланца кислотных дождей не вызывает.

3. Технологические изменения. Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения, чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота.

4. Известкование. Для уменьшения закисления озер и почв в них добавляют щелочные вещества (СаСО₃). Данная операция очень часто применяется в Скандинавских странах, где озера имеют гранитное или бедное известняками ложе, они обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот.

Наряду с преимуществами известкование имеет недостатки:

а) в проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация происходит недостаточно эффективно;

б) происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод и почв;

в) не удается устранить все вредные последствия закисления;

г) известкованием нельзя удалять тяжелые металлы. Они во время уменьшения кислотности переходят в труднорастворимые соединения и осаждаются.

Необходимо отметить тот факт, что до сих пор не разработан такой способ, который при сжигании ископаемого топлива будет позволять снижать до минимума выбросы двуокиси серы и азота, а в ряде случаев полностью предотвращать его.

Общее понятие «кислотного дождя»:

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, которое приблизительно равняется 5,6. «Кислотные дожди» могут возникать по естественным причинам и из-за антропогенных источников, эмиссия из которых во много раз превышает естественную. Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и азота может увеличить кислотность осадков до pН = 4,0, что выходит за пределы значений, переносимых большинством живых организмов.

Размещено на Allbest.ru