Глобальные экологические проблемы

Среди других нарушений, происходящих в почве вследствие ее подкисления, следует отметить нарушение процессов  питания растений, разрушение их корневой системы.

Многообразно косвенное влияние: загрязнения выступают в роли пусковых механизмов биологических  и биохимических процессов, ослабляющих  растение, нарушающих его рост, повышающих чувствительность к климатическим  изменениям, делающих его менее устойчивым к вредителям - грибам, бактериям, жукам  и др. В то же время подкисление  почвы азотнокислыми дождями  стимулирует развитие лесных вредителей. Наибольший урон кислотные дожди  нанесли лесам Центральной Европы, в частности 35% лесов Германии (на площади более 2,5 млн. га) повреждены ими. Ущерб от кислотных дождей для  европейских лесов оценивается  в 118 млн. м3 древесины в год (из них  около 35 млн. м3 на европейской территории России). В меньшей степени от кислотных дождей страдают сельскохозяйственные растения, поскольку подкисление  почв здесь можно контролировать агрохимикатами.

Почвенное подкисление считают  одной из основных причин усыхания лесов умеренной зоны северного  полушария (рис.8), причем этот фактор долго  действующий, который может проявиться через много лет после прекращения  кислотообразующих выбросов в атмосферу. Больше всего пострадали елово-пихтовые и дубовые леса. Непосредственное воздействие кислотных осадков  приводит к нарушению листовой поверхности, процессов транспирации (испарение  с поверхности листа) и фотосинтеза  за счет разрушения хлорофилла (это  воздействие можно определить зрительно  по побурению листьев и игл).

Старые леса при этом терпят больший  ущерб, чем молодые. Эффекты подкисления  можно подразделить на химические и биологические. Первые заключаются главным образом в изменении катионного обмена растения, в результате которого деревья страдают от недостатка магния (особенно на естественно бедных магнием почвах) и избытка алюминия, в котором видят главную причину пожелтения хвои. Вторые весьма многообразны и большей частью носят косвенный характер: загрязнения выступают в роли пусковых механизмов биологических и биохимических процессов, ослабляющих растение, делающих его менее устойчивым к вредителям и климатическим воздействиям. В частности, кислая среда подавляет развитие микоризы и рост корней. В то же время повышенное содержание азота и свободных нуклеиновых кислот стимулирует развитие лесных вредителей. Косвенные воздействия выражаются в пролонгации летнего роста и соответственно повышенной чувствительности к первым заморозкам. К ним можно отнести также изменение генофонда в результате естественного отбора на устойчивость к кислотным загрязнениям.

Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации SO2 около 1 мг/м3 возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.

3.Способы борьбы

Чистота атмосферного воздуха планеты  – одно из приоритетных направлений  природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается  в рамках программы, принятой на XIX специальной  сессии Генеральной Ассамблеи Организации  Объединенных Наций в июне 1997 г.

Международными соглашениями установлены  критические нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых  их воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается, а также ряд рекомендаций по осуществлению  снижения этих выбросов.

Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в  атмосферу через дымовые трубы  следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция СаSО4. Этот метод позволяет удалить до 95% SО2, но является дорогостоящим (снижение температуры дымовых газов и понижение тяги требует дополнительных затрат энергии на их подогрев; кроме того, возникает проблема утилизации СаSO4) и экономически эффективен лишь при строительстве новых крупных предприятий. Такой же дорогостоящий метод очистки дымовых газов от оксидов азота с помощью изоциановой кислоты НNСО (удаляется до 99% оксидов азота, превращающихся в безвредные азот и воду).

Применение высоких дымовых  труб. Это один из наиболее спорных  способов. Сущность его заключается  в следующем. Перемешивание загрязняющих веществ в значительной степени зависит от высоты дымовых труб. Если мы используем низкие трубы (трубы электростанции), то выбрасываемые соединения серы и азота перемешиваются в меньшей степени и быстрее выпадают в осадок, чем при наличии высоких труб. Поэтому в ближайшем окружении (от нескольких километров до нескольких десятков километров) концентрация оксидов серы и азота будет высокой и, естественно, эти соединения будут причинять больше вреда. Если труба высокая, то непосредственные воздействия уменьшаются, но возрастает эффективность перемешивания, что означает большую опасность для отдаленных районов (кислотные дожди) и для всей атмосферы в целом (изменение серы в газах, образующихся во время горения топлива химического состава атмосферы, изменение климата). Таким образом, строительство высоких труб, несмотря на распространенное мнение, не решает проблемы загрязнения воздуха, зато в значительной степени увеличивает "экспорт" кислотных веществ и опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных местах. Следовательно, увеличение высоты трубы сопровождается тем, что непосредственные воздействия загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и т.п.) уменьшаются, однако косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов) увеличиваются. Страны, где происходят сильные выбросы загрязнений, переадресовывают в этом случае часть кислотных осадков вместе с их неблагоприятными последствиями в другие страны.

Содержание серы в выбросах можно  уменьшить, используя уголь с  малым содержанием серы, а также  путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких, как сульфиды металлов. С помощью  второй удаляется органическая сера. Однако, физические методы очистки  малорентабельны, а применение химических методов очистки из-за ряда технических  сложностей эффективно лишь на вновь  строящихся электростанциях. Для средних  и малых предприятий энергетики используется метод сжигания топлива  в кипящем слое, при котором  удаляется до 95% диоксида серы и от 50 до 75% оксидов азота.

Схема технологии сжигания топлива  с большой скоростью в специальной  печи (рис.9).

По приближенным оценкам из известных  в настоящее время мировых запасов нефти только 20% имеют содержание серы менее 0, 5%. Среднее содержание серы в используемой нефти увеличивается, так как нефть с низким содержанием серы добывается ускоренными темпами.

Во время переработки (дистилляции) нефти остаток (мазут) содержит большое количество серы. Удаление серы из мазута — процесс очень сложный, а в результате удается освободиться всего от 1/3 или 2/3 серы. К тому же процесс очистки мазута от серы требует от производителя больших капитальных вложений.

Так же обстоит дело и с углями. Угли с низким содержанием серы находятся практически только в Канаде и Австралии, но это только небольшая часть имеющихся залежей угля. Содержание серы в углях колеблется от 0, 5 до 1, 0%.

Сера в угле находится частично в неорганической, а частично в органической форме. Во время очистки, когда удаляют несгораемые части, удаляется также часть пирита. Однако таким способом даже при самых благоприятных условиях можно освободиться только от 50% общего содержания серы в угле. С помощью химических реакций могут быть удалены как органические, так и неорганические серосодержащие соединения. Но в связи с тем, что процесс идет при высоких температурах и давлениях, этот способ оказался гораздо дороже предыдущего.

Таким образом, очистка угля и нефти  от серы, представляет собой достаточно сложный и малораспространенный процесс. И затраты на него высокие. Кроме того, даже после очистки энергоносителей в них остается приблизительно половина первичного содержания серы. Поэтому очистка от серы является не самым лучшим решением проблемы кислотных дождей.

В зону горения (с перфорированной  подстилкой) направляют поток несгораемого вещества, связывающего серу. Всасываемый снизу с большой скоростью воздух измельчает и перемешивает вещество, находящееся в объеме горения. С помощью этого процесса можно не только уменьшить выброс двуокиси серы, но и снизить количество образующегося оксида азота NO, так как при этом снижается температура горения, так как количество оксида азота NO, который образуется при горении: зависит от температуры горения, чем меньше температура горения, тем меньше образуется оксида азота. Количество NO зависит и от времени нахождения топлива в зоне горения и от избытка воздуха. Путем снижение температуры горения можно уменьшить содержание оксидов азота на 50-60%. Таким образом, соответствующим изменением технологии можно сократить количество выбрасываемых загрязняющих веществ.

Заключение

Несколько десятилетий назад выражения  “кислотные осадки” и “кислотные дожди” были известны лишь исключительно  ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. За последние  несколько лет эти выражения  стали повседневными, вызывающими  беспокойство во многих странах мира. Проблема кислотных дождей стала  одной из экологических проблем  глобального масштаба. Кислотные  осадки являются проблемой, которая  в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать и уже в некоторых  регионах вызывает существенные экономические  и социальные издержки. Имитационная модель возникновения кислотных  дождей в атмосфере может быть использована для решения этой проблемы. Из этой модели видно, что основной причиной кислотных дождей является антропогенная деятельность. Международный исследовательский институт прикладного системного анализа (IIASA) проводит изучение моделей с целью установления возможной кислотности почв, вод и т.п. через десятки лет. Результаты говорят о том, что почвы и леса в Европе могут быть спасены от дальнейшего закисления только путем значительного сокращения выбросов. Эти выбросы должно самостоятельно регулировать каждое государство. Для уменьшения эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу существует ряд способов:

сильное сокращение использования  энергии;

ввод новых технологий, установка  фильтрующего оборудования;

использование слабозагрязняющих либо совсем незагрязняющих источников энергии.

Подобное решение звучит довольно нереально. Ни одно государство не согласится уменьшить масштабы потребления  энергии и тем самым ухудшить уровень жизни. Ввод новых технологий и установка фильтрующего оборудования также представляют собой экономическую проблему. Тем не менее, единственным решением проблемы кислотных дождей видится в сокращении потребления энергии, улучшении контроля над выбросами или разработке альтернативных методов производства электроэнергии, таких, как использование ядерной энергии.

Основные последствия выпадения  кислотных осадков приведены  на рис.4 и 5.

- 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.

 

 

 

 

Список литературы

Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и окружающая среда. М.: Химия, 1991. 142 с.

Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1-2.

Новиков Ю.В., Экология, окружающая среда  и человек: Учеб. Пособие для вузов, средних школ и колледжей. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. – 320 с.

Миллер Т., Жизнь в окружающей среде М.: Прогресс, Пангея, Т.3 1993 г. 400с.

Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье Киев: Здоровье, 1988. 152с.

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

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

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

Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.

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

Л.Хорват «Кислотный дождь», М.: Стройиздат, 1990г. 81 с.

Л.Беттен «Погода в нашей жизни», Издательство «Мир», Москва, 1985г.224с.

Агаджанян Н.А. «Человек и биосфера», Москва, изд-во Знание, 1996г.96с.

Ермаков А.Н., Пурмаль А.П. Физическая химия кислотных дождей // Энергия. №9 1999г. −С.22-28.

Дрейер О.К., Лось В.А. Развивающийся мир и экологические проблемы. М.: Знание, 1991. - 64 c.