Кислотные дожди: причины и последствия

Обсуждая тему охраны окружающей среды, трудно не столкнуться с термином кислотные дожди. Что это такое? Как каждый из нас вносит свой вклад в их формирование?

Кислотные дожди – опасное явление, напрямую связанное с загрязнением окружающей среды. Наблюдается учеными уже много лет, но только сейчас мы начинаем понимать все последствия. Кислотные дожди чаще всего являются результатом деятельности человека, но и человек может повлиять на решение этой проблемы. Как они образуются, что их вызывает, и как мы можем защитить от них себя и окружающую среду?

Что такое кислотный дождь – видео

Суть кислотных дождей

Кислотный дождь — это атмосферные осадки с кислотной реакцией, т.е. с рН ниже 5,6. Кислотный дождь образуется в результате образования кислот и реакции воды с газами, присутствующими в воздухе. Они выбрасываются в атмосферу в результате процессов сжигания топлива или различных промышленных производств.

Интересный факт! Термин «кислотный дождь» впервые появился в 1872 году в книге шотландского химика Роберта Ангуса Смита.

Причины

Кислотные дожди обычно возникают в районах, где атмосфера подвергается длительному воздействию выбросов диоксида серы и оксидов азота. Причины бывают как естественные, так и искусственные. К естественным источникам относятся вулканические извержения, а к искусственным – сжигание бурого и каменного угля. Оксиды азота попадают в атмосферу с удобренных полей. Диоксид серы и оксид азота образуются при разложении органического мусора. Фабрики и электростанции, автотранспорт и жилые комплексы также способствуют выбросу выхлопных газов, содержащих соединения серы и азота.

Образование кислотных дождей

Кислотные дожди могут иметь множество причин, включая естественные, но в подавляющем большинстве случаев их возникновение является прямым следствием антропогенного загрязнения.

В природе продукты распада растительности и извергающиеся вулканы выделяют в атмосферу определенные химические вещества, которые могут вызвать кислотные дожди.

Азотная кислота в атмосфере также может образовываться под воздействием молнии. Однако самыми крупными источниками веществ, образующих кислотные дожди, являются загрязнители воздуха, такие как угольные электростанции, заводы и автомобили. При сжигании ископаемых в атмосферу выбрасывается множество химических веществ, включая диоксид серы и оксид азота. Эти загрязнители реагируют с водой, кислородом и другими веществами, образуя в воздухе частицы серной и азотной кислоты.

Частицы этих соединений могут переноситься ветром на сотни километров от источника. Когда из облаков, содержащих частицы кислоты, идет дождь, капли воды смешиваются с кислотой, образуя очень разбавленный раствор.

Тот факт, что загрязненный городской воздух разрушает такие прочные материалы, как мрамор или известняк, используемые для строительства домов и дворцов, был открыт в 17 веке, а сам термин “кислотный дождь” был придуман в 1872 году.

Компоненты кислотных дождей

Как вы уже поняли, кислотный дождь – это общее название осадков (не только дождя, но и снега или тумана, например), которые содержат большое количество кислот.

Кислотность измеряется по шкале pH, которая варьируется от 0 до 14, где 0 – самая кислая реакция, а 14 – самая щелочная.

Нейтральная реакция, т.е. ни кислотная, ни основная, определяется pH, равным 7. Это то, что имеет дистиллированная вода.

Вода в обычном дожде обычно имеет слегка кислую реакцию, часто около pH 5,6. Это происходит потому, что она смешивается с оксидами, содержащимися в воздухе. Между тем, кислотный дождь, состоящий из раствора кислоты, имеет гораздо более высокую кислотность, с pH около 4,2-4,4.

Больше всего от кислотных дождей страдают те районы, где для производства тепла и электроэнергии обычно используется сернистый уголь. Как правило, эта проблема наиболее актуальна в горных районах, поскольку именно там, в силу особенностей рельефа, выпадает наибольшее количество осадков

Кислотный дождь в атмосфере

Вышеперечисленные загрязнители воздуха способствовали:

• Парниковый эффект, который является результатом увеличения концентрации парниковых газов. Это оказывает неоспоримое прямое влияние на повышение средней температуры нашей планеты. Это работает как цепная реакция, поскольку повышение средней температуры нарушает баланс естественно возникающих атмосферных явлений, например:

1. проливных ливней;
2. града;
3. засухи;
4. торнадо;
5. ураганы и смерчи;
6. сильной жары.

• Дожди, которые содержат токсичную серную и азотную кислоту. Они образуются в результате реакции воды с газами, выбрасываемыми в атмосферу. Эти осадки являются основной причиной закисления воды, почв и деградации сельскохозяйственных культур и лесов;
• Озоновая дыра, которую создают фреоны. Это явление связано с потерей концентрации озона в озоновом слое Земли, который защищает живые организмы от вредных смог, который чаще всего возникает в городах с плотной застройкой и в городах, расположенных в долинах, бассейнах или других впадинах. Там ветер не в состоянии унести загрязняющие вещества, поэтому они образуют плотный туман. Смог также может способствовать образованию локальных кислотных дождей.

Выпадение кислотных дождей

Кислотный дождь также образуется, когда загрязнение воздуха превращается в смог. Эти два явления имеют много общего. Наиболее распространенной причиной образования является деятельность человека. Вредные загрязняющие вещества, содержащиеся в смоге и кислотных дождях, имеют схожий химический состав.

Интересный факт! Осадки в Европе сейчас содержат в 80 раз больше кислоты, чем в 1950-х годах.

Опасны ли кислотные дожди для здоровья?

Очень сильные кислоты могут повредить металлы или обжечь кожу. Однако кислотные дожди обычно гораздо более разбавлены, поэтому они не вызывают ожогов.

Даже самый сильный зарегистрированный кислотный дождь имеет такую же кислотность, как лимонный сок или уксус. Он слишком разбавлен, чтобы оказывать прямое негативное воздействие на здоровье.

Прогулка под кислотным дождем или даже купание в озере, закисленном такими осадками, не более опасны, чем прогулка под обычным дождем или купание в обычном озере.

Однако очень кислый туман (встречающийся только в наиболее загрязненных районах) может вызвать раздражение глаз или усугубить симптомы астмы.

Но те же вещества, которые ответственны за образование кислотных дождей – в частности, диоксид серы и оксиды азота, наносят прямой вред нашему здоровью. Их присутствие в воздухе образует мелкие частицы сульфатов и нитратов, которые люди вдыхают в свои легкие.

Исследования показали, что существует связь между вдыханием загрязненного ими воздуха с заболеванием сердца и легких. Повышенное содержание мелких твердых частиц в воздухе способствует развитию астмы, бронхита, аллергии, но также может способствовать сердечным приступам.

Выбросы NOX также способствуют образованию приземного озона, который, существует на небольшой высоте, также вреден для здоровья человека.

Чем опасен кислотный дождь – видео

Последствия

К основным негативным последствия кислотных дожей относят:

• Закисление почвы и повреждение корней растений, а также повышенная чувствительность к атмосферным воздействиям.
• Выщелачивание тяжелых металлов из почвы, которые в результате попадают в воду и вступают в контакт с пищей людей и животных.
• Ускоряет коррозию пластмасс и металлов.
• Уничтожение естественных мест обитания водных и наземных животных.
• Повреждение зданий и памятников.
• Ухудшение здоровья человека – более частое диагностирование сердечных заболеваний, пневмонии или астмы.

Хотя прямое воздействие кислотных дождей на здоровье человека невелико, их влияние на окружающую среду очень серьезно.

Проблема кислотных дождей

Проблемы кислотных дождей будут существовать до тех пор, пока сжигается ископаемое топливо, особенно уголь. Увеличение доли возобновляемых источников энергии или атомной энергии в производстве электричества и тепла окажет положительное влияние на состояние загрязнения атмосферы.

Однако полностью устранить проблему будет сложно, поскольку одной из ее причин также является производство стали, в состав которой входит уголь. Пока мы не знаем технологии, позволяющей полностью отказаться от использования угля в этой отрасли.

Ученые пытаются восстановить территории, поврежденные кислотными дождями. Закисленные озера можно восстановить путем добавления порошкообразного известняка для нейтрализации воды – это называется “известкование”. Однако известкование является дорогостоящим методом и его эффект недолговечен.

Проблема кислотных дождей существовала с начала индустриальной эпохи, но масштабные исследования этого явления начались в 1960-х и 1970-х годах. Ученые зафиксировали серьезные экологические последствия этого явления. Они также доказали, что использование высоких дымовых труб в промышленности, которые должны были решить проблему загрязнения воздуха в непосредственной близости от заводов или электростанций, только усугубило масштабы проблемы кислотных дождей, поскольку соединения, ответственные за их образование, попадая в атмосферу на большой высоте, распространяются гораздо дальше, переносимые ветром.

Несмотря на усилия по снижению загрязнения воздуха, которые особенно активизировались в последние десятилетия, проблему кислотных дождей удалось несколько уменьшить, но она не исчезла. Кислотные дожди по-прежнему являются широко распространенной проблемой в районах с развитой промышленностью и в регионах, расположенных вблизи них, в направлениях, где наиболее вероятно дуновение ветра.

Воздействие кислотных дождей на окружающую среду

Хотя прямое воздействие кислотных дождей на здоровье человека невелико, их влияние на окружающую среду очень серьезно.

Вопреки всеобщему заблуждению, кислотные дожди не увеличивают риск глобального потепления, так как диоксид серы и оксиды азота не являются парниковыми газами. Диоксид серы даже оказывает охлаждающее действие на атмосферу. Однако оксиды азота способствуют образованию приземного озона в атмосфере.

Кислотные дожди имеют множество негативных последствий для экологии, особенно для ручьев, озер и водно-болотных угодий. Именно в водной среде последствия кислотных дождей наиболее очевидны. Кислотные дожди стекают с земли и попадают в ручьи, озера и болота – дождь также выпадает непосредственно на эти территории. Кислотность воды не только непосредственно влияет на живые организмы, но и вызывает выделение из почвы токсичных веществ, таких как алюминий.

Такие воды токсичны для раков, мидий, рыб и других водных животных. Некоторые виды растений и животных способны выживать в кислой воде лучше, чем другие. Больше всего от закисления страдают пресноводные креветки, улитки, моллюски. Такие рыбы, как лосось и плотва, еще больше страдают от повышения кислотности. Кислотность воды может вызвать уродства у молодых рыб и препятствовать нормальному вылуплению икры. В крайних случаях закисление может привести к полному прекращению жизни в озере, сильно пострадавшем от кислотных дождей.

Помимо подкисления, избыток азота из атмосферы способствует усиленному росту фитопланктона и других морских растений, что, в свою очередь, может вызвать более частое цветение водорослей и эвтрофикацию (образование бедных кислородом “мертвых зон”) в некоторых частях морей.

Кислотные дожди и кислотный туман также наносят ущерб лесам, особенно тем, которые находятся на больших высотах. Кислотные отложения вымывают из почвы питательные вещества, такие как кальций, и вызывают высвобождение содержащегося в почве алюминия, что затрудняет всасывание воды деревьями. Листья и хвоя деревьев также напрямую повреждаются кислотами кислотных дождей, которые лишают растения защитного воскового покрытия, не позволяя им осуществлять правильный фотосинтез.

В результате деревья и другие растения ослабевают, становятся более восприимчивыми к низким температурам, болезням и атакам вредителей. Загрязнение окружающей среды также может подавлять способность деревьев к размножению. Однако насколько сильным будет влияние кислотных дождей на растительность, зависит от типа почвы. Некоторые виды почвы помогают нейтрализовать кислоту – они обладают так называемой “буферной емкостью”. Другие почвы сами по себе являются слабокислыми и особенно восприимчивы к воздействию кислотных дождей.

Кроме того, кислота, содержащаяся в этих вредных осадках, также повреждает здания посредством коррозии, поэтому архитектурным памятникам может быть нанесен колоссальный ущерб,  повреждаются каменные здания. Наиболее уязвимыми к коррозии от кислотных дождей являются статуи и здания, особенно построенные  из песчаника или известняка. Также разрушаются трубы, кабели, фурнитура.

Кислотные дожди и растения

Кислотные дожди способствуют нарушению экосистем в природе. Они связаны с процессом фотосинтеза растений и здоровьем животных и людей. Листья растений, особенно хвойных деревьев, покрыты защитным слоем воска, предохраняющим их от высыхания. Кислотные дожди повреждают этот слой и вызывают более быструю потерю воды из данного растения, оно становится сухим, что значительно тормозит его рост. Загрязнение также вызывает снижение жизнестойкости культурных растений, что приводит к снижению урожайности. Кислотные дожди делают почву все более кислой. Они выщелачивают из него ценные компоненты, способствующие росту растений.

Кислотные дожди и животные

Кислотные дожди попадают в различные водоемы (реки и озера), затрудняя функционирование находящихся там живых организмов. Под воздействием вредных веществ рыба перестает размножаться и погибает. Наличие улиток и дождевых червей в почве означает, что субстрат чистый, не закисленный. Слизнякам и улиткам для строительства их раковин необходимы компоненты, которых не хватает в почвах, вымываемых кислотными дождями.

Кислотный дождь, люди и памятники

Кислотные дожди создают опасность для человека. Они способствуют развитию хронических заболеваний, особенно связанных с раком и функционированием дыхательной системы.

Решения кислотных дождей

Единственный способ борьбы с кислотными дождями – уменьшить загрязнение, которое их вызывает. Это означает сжигание меньшего количества ископаемого топлива, снижение загрязнения воздуха транспортом и установление более строгих стандартов качества воздуха.

Этому способствуют новые технологии, такие как все более эффективные каталитические нейтрализаторы для автомобилей, работающих на сжигании топлива, и системы, которые вымывают загрязняющие вещества из дыма путем распыления смеси воды и порошкообразного известняка на газы, поднимающиеся через дымоход.

Предотвращение кислотных дождей

Одним из способов снижения выбросов кислотных загрязнителей является использование возобновляемых источников энергии, таких как гидроэнергия, энергия ветра, солнечная или геотермальная энергия и ядерная энергия. Также эффективна десульфурация топлива и дымовых газов.

Благодаря строгим стандартам, ограничивающим выбросы от промышленности или транспортных средств, в наше время выбросы соединений, способствующих образованию кислотных дождей, в некоторых странах сократились на 88%.

Образование кислотных дождей является результатом многих факторов, как естественных, так и искусственных. Этому явлению способствуют извержения вулканов, лесные пожары и разряды молний. Деятельность человека также оказывает большое влияние на образование кислотных дождей. Каждый из нас должен приложить усилия, чтобы ограничить образование кислотных дождей или помочь нейтрализовать их последствия.