Глобальные экологические проблемы Земли. Кислотные дожди

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ  ГОРОДА МОСКВЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

СТРОИТЕЛЬНЫЙ  КОЛЛЕДЖ №38

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тема: «Глобальные  экологические проблемы Земли. Кислотные  дожди».

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студентка группы 1ПЭ-1

Мангушева Лилия

 

 

 

 

Проверил:

Кушхов С.Т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               Москва 2012

 

Содержание:

 

Введение

 

1. Возникновение и состав кислотных дождей.
2. Влияние на биосферу.
3. Способы борьбы.

 

Заключение

 

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

«Можно, пожалуй, сказать, что  назначение человека заключается в  том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для  обитания».     Жан Батист Ламарк

Кислотность водного  раствора определяется присутствием в  нем положительных водородных ионов  Н+ и характеризуется концентрацией  ионов водорода в одном литре  раствора (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН - и характеризуется  их концентрацией. Шкала кислотности  лежит в интервале от pH = 0 (высокая кислотность) через pH = 7 (нейтральная среда) до pH = 14 (высокая щелочность). Изменение значения pH на единицу соответствует изменению концентрации ионов водорода в 10 раз. Однако вода обычного дождя представляет собой слабокислый раствор, в котором показатель кислотности рН дождевой воды равняется 5.6-5.7. Кислотные дожди обозначает осадки с pH меньше 5,7. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). Показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота. В дождевой воде присутствуют, и катионы щелочных элементов (Na+, K+) и анионы (HCO3- , Cl- и др.), практически нет катионов щелочноземельных элементов (Ca+2, Mg+2).

Кислотный дождь  это все виды метеорологических  осадков — дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, при котором наблюдается  понижение pH дождевых осадков из-за загрязнений воздуха кислотными оксидами, в основном оксидами серы и оксидами азота. Термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Робертом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

Впервые в 1950-х гг. кислотные дожди были отмечены в  Западной Европе, в Скандинавии, и  Северной Америке. В среднем кислотный  показатель осадков pH, выпадающих в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км2, меняется от pH 5 до 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 связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азот эта проблема приобрела особое значение во всем индустриальном мире. 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.

В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота см. таблицу (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. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4. Больше всего окисленной серы из России направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной - 1:17, с Польшей - 1:32, с Норвегией - 7:1.

 

1. Возникновение и состав кислотных дождей.

Попадающие в  воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются физическим и химическим воздействиям в атмосфере, испытывая  частичное или полное химическое превращение. При этом может меняться агрегатное состояние. Эти процессы идут параллельно их распространению. Химический анализ кислотных осадков  показывает присутствие азотной (HNO3) и серной (H2SO4) кислот. Около 2/3 кислотных  осадков составляют аэрозоли серной и сернистой кислот, остальное  приходится на долю аэрозолей азотной  и азотистой кислот. Присутствие  соединений азота и серы связано  с выбросом этих элементов в атмосферу.

I. Почвенная эмиссия  оксидов азота. В процессе деятельности  живущих в почве денитрифицирующих  бактерий из нитратов высвобождаются  оксиды азота. Согласно данным  на 1990 г. ежегодно во всем мире  образуется этим путем около  8 млн. т. оксидов азота (в  пересчете на азот).

II. Грозовые разряды.  Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т.

III. Горение биомассы. Данный вид источника может  иметь как искусственное, так  и естественное происхождение.  Наибольшее количество биомассы  сгорает в результате процесса  выжигания леса (с целью получения  производственных площадей) и пожаров  в саванне. При горении биомассы  в воздух поступает 12 млн. т.  оксидов азота (в пересчете  на азот) в течение года.

IV. Прочие источники.  Прочие источники естественных  выбросов оксидов азота менее  значительны и с трудом поддаются  оценке. К ним относятся: окисление  аммиака в атмосфере, разложение  находящейся в стратосфере закиси  азота, вследствие чего происходит  попадание смеси образовавшихся  оксидов NO и NO2 в тропосферу  и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течение года от 2-ух до 12 млн.т. оксидов азота (в пересчете на азот).

Антропогенные источники  эмиссии соединений азота в атмосферу:

Среди антропогенных  источников образования оксидов  азота на первом месте стоит горение  ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время горения  в результате возникновения высокой  температуры находящиеся в воздухе  азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально  температуре горения.

Оксиды азота  образуются и при горении имеющихся  в топливе азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое топливо, человечество ежегодно выбрасывает в воздушный  бассейн Земли около12 млн.т. оксидов  азота. Немного меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает от сжигания горючего (бензина, дизельное топливо и т.д.) в двигателелях внутреннего сгорания.

Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1 млн.т. азота ежегодно. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56 млн.т. ежегодных  выбросов оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот процент, однако, будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы.

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. В табл. приведены выбросы  вредных веществ в атмосферу  в России с 1993-1997г.

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 состав атмосферы входит ряд азотосодержащих соединений, из которых наиболее распространена закись азота (N2O). Этот газ в нижних слоях воздуха нейтрален и  не участвует в образовании кислотных  дождей. Также в составе атмосферы  Земли находятся двуокись азота NO2 и аммиак NH3.

Атмосферный аммиак:

Аммиак, имеющий  в водном растворе щелочную реакцию, играет значительную роль в регулировании  кислотных дождей, так как он может  нейтрализовать атмосферные кислотные  соединения:

NH3 + H2SO4 = NH4HSO4

NH3 + NH4HSO4 = (NH4)2SO4

NH3 + HNO3 = NH4NO3

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.

Почвенная эмиссия  оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн. т оксидов азота.

Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн. т в год.

Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т оксидов азота в год.

Азот, как и сера, входит в состав биологических структур. Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе. Вступая  в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и  азотной и, в дальнейшим вместе со снегом или дождем, выпадают на землю. 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). Для окислов азота среди стационарных источников топливно-энергетический дает 85% выбросов, производство цемента, извести, стекла, металлургические процессы, сжигание мусора и др.-12%. Азотные загрязнения поступают из нестационарных источников животноводческих предприятий и удобрений. Основные источники ЛОС-химические производства, промышленные и бытовые растворители, нефтехранилища, бензоколонки и т.д. Главный источник техногенных оксидов азота в атмосфере - автотранспорт и другие виды моторного транспорта (около 40%). Природные поступления в атмосферу оксидов азота связаны главным образом с электрическими разрядами, при которых образуется N0, 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, равной 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 N0, который в воздухе немедленно вступает в реакцию с кислородом, образуя диоксид N02 и тетраоксид диазота N2О4. Первоначально образующийся оксид азота составляет лишь 10% выбросов всех оксидов азота в атмосферу, однако в воздухе значительная часть оксида азота превращается в диоксид - гораздо более опасное соединение. Наиболее распространенным соединением азота, входящим в состав выбросов, является окись азота NO

Необходимо упомянуть, однако, что количество выбросов оксидов  азота из года в год растет в  отличие от эмиссии двуокиси серы, поэтому соединения азота играют огромную роль в образовании кислотных осадков.