Кислотные дожди - актуальная экологическая проблема

 О3 (озон). Источники поступления  в атмосферу: образуется на                   солнечном свету при реакции  оксидов азота и углеводородов.                   Раздражает слизистые глаз, обостряет  астму.

ПАН (гидронитрат пероксиацетила). Источники поступления в                   атмосферу: образуется на солнечном свету при реакции оксидов                   азота и углеводородов. Раздражает слизистые глаз, обостряет                   астму.

  SiF4 (тетрофторид кремния). Источники поступления в атмосферу:                   химическое производство. Раздражает легкие.

   SO2 (диоксид серы). Источники  поступления в атмосферу: сжигание нефти и угля, сталеплавильное производство. Диоксид серы является причиной кислотных дождей. Понижает сопротивляемость к респираторным заболеваниям, раздражает                  слизистые глаз.

 

 

1.4 Влияние кислотных дождей

1.4.1 Три ступени окисления воды

 

Первая ступень. Если окружающие почвы и скальное основание являются легко выветриваемыми, например, по той причине, что они богаты известью, то нейтрализация воды стоков происходит уже там. Содержание гидрокарбонатов в реках таких районов является высоким.

 

 

8

Случайный избыток кислоты (высокая концентрация –водородных ионов) нейтрализуется данным запасом ионов гидрокарбонатов. При вступлении водородных ионов в реакцию с ионами гидрокарбонатов образуются двуокись углерода и вода.

В данной первой фазе буферного действия какого-либо заметного и непрерывного снижения рН не отмечается, но происходит постепенное уменьшение концентрации ионов гидрокарбонатов. Следствием является все большее ослабление буферного действия. При добавлении новой кислоты к воде происходит дальнейшее потребление ее гидрокарбонатных ионов до полного их истощения.

     На первой ступени окисления каких-либо изменений в биологии ( животные и растения в озерах не отмечается. После снижения содержания гидрокарбонатов на достаточно большую величину (около 0,1 миллиэквивалента на литр) большая добавка водородных ионов уже не может быть нейтрализована. Показатель рН становится нестабильным и начинает снижаться быстрее, чем ранее. При этом дополнительное поступление кислоты становится критическим для жизни в озерах. Также и сильные осенние дожди могут резко нарушить имеющееся равновесие. Мы можем назвать это “кислотными толчками”. Кроме того, будут иметь место большие изменения показателя рН в течение года, а также прямой и имеющий большие последствия биологический ущерб, как например, гибель рыбы и /или нарушение способности к размножению видов рыбы. Чем выше поступление водородных ионов на данной стадии, тем более интенсивными и продолжительными будут “кислые” периоды озер.

Вторая ступень окисления поверхностных вод наступает в том случае, если рН воды когда-либо в течение года был ниже 5,5.Если озеро/река на первой ступени окисления все еще могут рассматриваться как неокисленные, вторая ступень означает, что вода умеренно окислена. Серьезное окисление наступает после этого, на третьей ступени. Показатель рН стабилизировался у величины 4,5, даже если осадки обладают более высокой кислотностью и продолжается поступление водородных ионов. Если вода в озере даже в обычно более благоприятное летнее время, имеет показатель рН ниже 5, то воду следует считать серьезно окисленной. В этом положении гумусовые вещества и алюминий начинают буферное действие против дополнительного окисления. Гумусовые вещества, которые сами по себе являются кислыми, “всасывают” при этом водородные ионы вместо того, чтобы отдавать их воде. В умеренно окисленной воде ионы алюминия (Al3+) действуют как кислота, поскольку они вступают в реакцию с водой и образуют ионы гидроксильного алюминия и гидроксид алюминия (Al3+ + H2O = Al(OH)3 + 3H+ ).

 

9

При осуществлении процесса имеет место высвобождение водородных ионов, и таким образом происходит перенос водородных ионов из кислого слоя грунта (с кислой грунтовой водой) к находящимся вблизи поверхностным водам. При дополнительном окислении высвобождается и нейтрализует тем самым дополнительное снижение pH (Al(OH)3 + 3H+ = Al3+ + H2O).Происходит резкое увеличение содержания алюминия в форме ионов в кислых поверхностных водах. Он оказывает сильное ядовитое действие на многие организмы, и становится все более ясным, что гибель рыбы в озерах собственно вызывается отравлением алюминия.

Третья ступень окисления характеризуется совершенно новой экосистемой. Доминирующим является небольшое число видов животных и растений; рыба чаще всего полностью исчезает. Характерным для серьезно окисленного озера является , во-первых, обычно светлая вода и, во-вторых, масса торфяного мха, который распространяется по дну. Вода в озере просматривается на ненормально большую глубину – приблизительно до 15 – 20 м по сравнению с 4- 5 м для “здорового” озера.

Так, один североамериканский журнал написал: «Многие озера, по подсчетам – тысячи, имеют настолько кислую среду, что популяция рыб больше не может в них существовать». Популяция форели в Швеции, например, сократилась более чем в два раза именно из-за кислотных дождей. Однако многие люди, похоже, ничего не знают об этой «тихой» экологической катастрофе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

Рис.6 Демонстрирует накопление в океанах HCO3-

 

1.3.2 Влияние кислотного дождя на леса

 

В 70-х гг. 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.

 

 

 

 

 

11

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 7 Лес после кислотного дождя.

 

           Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные металлы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных лесов в Карелии, Сибири. Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к еще более выраженной нх деградации как природных экосистем.

12

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.

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. А в Казахстане мы не нашли ни одну станцию, которая ведет наблюдение за химическим составом и кислотностью осадков.

 

 

1.3.3 На здоровье человека

 

Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на здоровье человека и на окружающую природную среду различными способами — от прямой и немедленной угрозы до медленного и постепенного разрушения различных систем жизнеобеспечения организма. Физиологическое воздействие на человеческий организм главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми серьёзными последствиями.

Так, диоксид серы, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Особенно четко эта связь прослеживается при анализе детской легочной патологии и степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных городов. Согласно исследованиям американских ученых, при уровне загрязнения SO2 до 0,049 мг/м3 показатель заболеваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла (США) составлял 8,1 %, при 0,150—0,349 мг/м3 — 12 и в районах с загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м3 — 43,8%. Особенно опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в этом виде проникает глубоко в дыхательные пути. Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO2), вызывает тяжелое заболевание легких— силикоз . Оксиды азота раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и другими токсичными соединениями. В этих случаях даже при малых концентрациях загрязняющих веществ возникает эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей газообразной смеси.

 

 

13

Широко известно действие на человеческий организм оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении появляется общая слабость, головокружение, тошнота, сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже спустя три—семь дней). Однако из-за низкой концентрации СО в атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Но даже в самом чистом воздухе всегда есть диоксид углерода, и дождевая вода, растворяя его, чуть подкисляется (рН 5,6—5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы и азота, дождь становится заметно кислым. Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз, на две — в 100 раз и т.д.

 

Вредные вещества	Последствия воздействия на организм человека
Оксид углерода	Препятствует абсорбированию кровью кислорода, что ослабляет мыслительные способности, замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может быть причиной потери сознания и смерти
Свинец	Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую системы; вызывает, вероятно, снижение умственных способностей у детей, откладывается в костях и других тканях, поэтому опасен в течение длительного времени
Оксиды азота	Могут увеличивать восприимчивость организма к вирусным Заболеваниям (типа гриппа), раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию
Озон	Раздражает слизистую оболочку органов дыхания, вызывает кашель, нарушает работу легких; снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям; может обострять хронические заболевания сердца.
Токсичные выбросы (тяжелые металлы)	Вызывают рак, нарушение функций половой системы и дефекты у новорожденных

Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека.

 

1.4 Способы предотвращения

1.4.1 Естественным путем

 

В естественных условиях летом дерево средней величины за 24 ч выделяет столько кислорода, сколько необходимо для дыхания трех человек, а 1 га зеленых насаждений за 1 ч поглощает 8 л углекислого газа и выделяет в атмосферу количество кислорода, достаточное для поддержания жизнедеятельности 30 человек. Деревья очищают от углекислого газа приземный слой воздуха толщиной приблизительно 45 м.

В жаркий летний день над нагретым асфальтом и раскаленными железными крышами домов образуются восходящие потоки горячего воздуха, увлекающие с собой мельчайшие частицы пыли, которые долго держатся в воздухе. В то же время, над парком, расположенным где-нибудь в центре города, возникают нисходящие потоки воздуха, потому что поверхность листьев значительно прохладнее асфальта и железа. Пыль, увлекаемая этими нисходящими потоками, оседает на листьях деревьев парка. Один гектар насаждений деревьев хвойных пород задерживает за год до 40 т пыли, а лиственных – около 100 т.

При сгорании 1 л горючего в двигателе автомобиля в воздух попадает 200–400 мг свинца. За год один автомобиль может выбросить в атмосферу до 1 кг этого металла. В течение вегетационного периода одно дерево может накопить столько свинца, сколько его содержится в 130 л бензина. Простой расчет показывает, что для нейтрализации вредного действия одного автомобиля необходимо не менее 10 деревьев.

 По количеству поглощаемого углекислого газа и выделяемого кислорода тополь превосходит ель в 7 раз, а по степени увлажнения воздуха – почти в 10 раз. Так что мы предлагаем для оздоровления воздуха вместо семи елей (трех лип или четырех сосен) посадить один тополь, который к тому же хорошо улавливает пыль.

 

 

 

 

15

 

1.4.2 Искусственны путем

 

Бороться с самими осадками практически невозможно. Выпадая на огромных территориях, кислотные дожди наносят значительный ущерб, и конструктивного решения этой проблемы нет.

Другое дело, что в случае с кислотными дождями критически необходимо бороться не с последствиями, а с причинами такого явления. Поиск альтернативных источников добычи энергии, экологически безопасный автотранспорт, новые технологии производства и технологии очистки выбросов в атмосферу – неполный список того, чем обязано озаботиться человечество, чтобы последствия не приобрели катастрофический характер.

Один из главных методов борьбы искусственным путем – 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.