Кислотные дожди
Работа из раздела: «
Экология»
«Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы
уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для
обитания».
Жан Батист Ламарк
Вступление
Этот реферат был написан с целью глубоко разобраться в процессах
образования, а также причинах и последствиях выпадения кислотных осадков.
Хозяйственная деятельность человечества в течение последнего столетия
привела к серьезному загрязнению нашей планеты разнообразными отходами
производства. Воздушный бассейн, воды и почва в районах крупных
промышленных центров часто содержат токсичные вещества, концентрация
которых превышает предельно допустимую. Поскольку случаи значительного
превышения допустимой концентрации достаточно часты и наблюдается рост
заболеваемости, связанной с загрязнением природной среды, в последние
десятилетия специалисты и средства массовой информации, а вслед за ними и
население стали употреблять термин «экологический кризис».
Прежде всего следует разделить понятия 'локальный экологический
кризис' и 'глобальный экологический кризис'. Локальный экологический кризис
выражается в местном повышении уровня загрязнений - химических, тепловых,
шумовых, электромагнитных - за счет одного или нескольких близко
расположенных источников. Как правило, локальный экологический кризис может
быть более или менее легко преодолен административными и или экономическими
мерами, например, за счет совершенствования технологического процесса на
предприятии-загрязнителе или за счет его перепрофилирования или даже
закрытия. Много более серьезную опасность представляет глобальный
экологический кризис. Он является следствием всей совокупности
хозяйственной деятельности нашей цивилизации и проявляется в изменении
характеристик природной среды в масштабах планеты и, таким образом, опасен
для всего населения Земли. Бороться с глобальным экологическим кризисом
гораздо труднее, чем с локальным, и эта проблема будет считаться решенной
только в случае минимизации загрязнений, произведенных человечеством, до
уровня, с которым природа Земли будет в состоянии справиться
самостоятельно. В настоящее время глобальный экологический кризис включает
четыре основных компонента: кислотные дожди, парниковый эффект, загрязнение
планеты суперэкотоксикантами и так называемые озоновые дыры.
Еще в конце позапрошлого века Фридрих Энгельс предупреждал: «Не
будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую
такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую
очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью
очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто
уничтожают последствия первых». Знакомство с проблемой кислотных дождей
подтвердит нам правоту этих слов.
Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к
деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению
человечества, жизненно необходимо.
Антропогенные выбросы в атмосферу
Атмосферный воздух загрязняется путем привнесения в него или
образования в нем загрязняющих веществ в концентрациях, превышающих
нормативы качества или уровня естественного содержания.
Загрязняющее вещество — примесь в атмосферном воздухе, оказывающая при
определенных концентрациях неблагоприятное воздействие на здоровье
человека, объекты растительного и животного мира и другие компоненты
окружающей природной среды или наносящая ущерб материальным ценностям.
В последние годы содержание в атмосферном воздухе российских городов и
промышленных центров таких вредных примесей, как взвешенные вещества,
диоксид серы, существенно уменьшилось, так как со значительным спадом
производства сократилось число промышленных выбросов, а концентрации оксида
углерода и диоксида азота выросли в связи с ростом парка автомобилей.
Список городов с катастрофическим уровнем загрязнения атмосферного
воздуха в России увеличивается ежегодно, но многие годы в нем числятся
Братск, Екатеринбург, Кемерово, Красноярск, Липецк, Магнитогорск, Москва,
Нижний Тагил, Новокузнецк, Новосибирск, Ростов-на-Дону, Тольятти.
Наиболее значимое влияние на состав атмосферы оказывают предприятия
черной и цветной металлургии, химическая и нефтехимическая промышленность,
стройиндустрия, энергетические предприятия, целлюлозно-бумажная
промышленность, автотранспорт, а в некоторых городах и котельные.
Черная металлургия. Процессы выплавки чугуна и переработки его на сталь
сопровождаются выбросом в атмосферу различных газов. Выброс пыли в расчете
на 1 т предельного чугуна составляет 4,5 кг, сернистого газа — 2,7 кг,
марганца — 0,1—0,6 кг.
Источником загрязнения воздуха сернистым газом являются агломерационные
фабрики. Во время агломерации (Агломерация - в металлургии термический
способ окускования мелких рудных материалов (спеканием) для улучшения их
металлургических свойств) руды происходит выгорание серы из пиритов.
Сульфидные руды содержат до 10% серы, а после агломерации ее остается
0,2—0,8%. Выброс сернистого газа при этом может составить до 190 кг на 1 т
руды (т.е. работа одной ленточной машины дает около 700 т сернистого газа в
сутки).
Значительно загрязняют атмосферу выбросы мартеновских и конвертерных
сталеплавильных цехов. Плавление стали сопровождается выгоранием некоторых
количеств углерода и серы, в связи с чем в отходящих газах мартеновских
печей при кислородном дутье содержится до 60 кг окиси углерода и до 3 кг
сернистого газа в расчете на 1 т выплавляемой стали.
Цветная металлургия. Вредные вещества образуются при производстве
глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и других металлов в
печах (для спекания, выплавки, обжига, индукционные и др.), на дробильно-
размольном оборудовании, в конвертерах, местах погрузки, выгрузки и
пересылки материалов, в сушильных агрегатах, на открытых складах. В
основном предприятия цветной металлургии загрязняют атмосферный воздух
сернистым ангидридом (SO2)(75% суммарного выброса в атмосферу), окисью
углерода (10,5%) и пылью (10,4%).
Химическая и нефтехимическая промышленность. Выбросы в атмосферу в
химической промышленности происходят при производстве кислот (серной,
соляной, азотной, фосфорной и др.), резинотехнических изделий, фосфора,
пластических масс, красителей и моющих средств, искусственного каучука,
минеральных удобрений, растворителей (толуола, ацетона, фенола, бензола),
крекинге нефти.
Разнообразием исходного сырья для производства определяется состав
загрязняющих веществ — в основном окись углерода (28% суммарного выброса в
атмосферу), сернистый ангидрид (16,3%), окислы азота (6,8%) и др. В
выбросах содержится аммиак (3,7%), бензин (3,3%), сероуглерод (2,5%),
сероводород (0,6%), толуол (1,2%), ацетон (0,95%), бензол (0,7%), ксилол
(0,3%), дихлорэтан (0,6%), этилацетат (0,5%), серная кислота (0,3%).
Решение экологических проблем в отрасли осложнено эксплуатацией
морально и физически устаревшего оборудования (60% — эксплуатируется более
10 лет, до 20% — свыше 20 лет, до 10% — более 30). Происшедшие в последние
годы катастрофы на химических предприятиях в Уфе, Стерлитамаке, Томске,
Ангарске, Салавате, Ставрополе, других городах, постоянные локальные взрывы
и разрушения объектов с человеческими жертвами, заражение атмосферы и
других объектов окружающей среды свидетельствуют о том, что ситуация в
отрасли критическая. Следует отметить, что в последние годы выбросы в
атмосферу загрязняющих веществ предприятиями отрасли резко снизились.
Однако произошло это не потому, что были проведены эффективные
природоохранные мероприятия, а из-за спада производства.
Предприятия нефтеперерабатывающей промышленности, концентрация которых
особенно велика в Башкортостане, Самарской, Ярославской и Омской областях,
загрязняют атмосферу выбросами углеводородов (23% от суммарного выброса),
сернистого газа (16,6%), окиси углерода (7,3%), окислов азота (2%).
Особую экологическую опасность представляет разработка месторождений
нефти и газа с повышенным содержанием сероводорода.
Промышленность строительных материалов. Производство цемента и других
вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной
керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и
технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных
веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого
ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах присутствует
сероводород (0,03%).
Деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная промышленность. Наиболее
крупные предприятия отрасли сосредоточены в Восточно-Сибирском, Северном,
Северо-Западном и Уральском регионах, а также в Калининградской области.
Среди наиболее крупных загрязнителей атмосферы можно выделить Архангельский
целлюлозно-бумажный комбинат (7,5% общего выброса по отрасли). Характерные
загрязняющие вещества, производимые этими предприятиями, — твердые вещества
(29,8% суммарного выброса в атмосферу), окись углерода (28,2%), сернистый
ангидрид (26,7%), окислы азота (7,9%), сероводород (0,9%), ацетон (0,5%).
В сельской местности источниками загрязнения атмосферного воздуха
являются животноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные
комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику,
энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к
помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе
распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие
дурнопахнущие газы.
Смог. Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в
нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно
оксиды азота и углеводороды из выхлопных газов машин) взаимодействуют друг
с другом под влиянием солнечного света, называется фотохимическим смогом.
Фотохимический смог характерен фактически для всех современных больших
городов, но наиболее часто он встречается в городах с преобладанием
солнечных дней, с сухим и теплым климатом и большим количеством
автомобилей. К большим городам с представляющим опасность для здоровья
фотохимическим смогом относятся Лос-Анджелес, Денвер, Солт-Лейк-Сити,
Сидней, Мехико и Буэнос-Айрес. Фотохимическое загрязнение обнаруживается в
основном летом. Наблюдается фотохимический смог в тропических и
субтропических регионах там, где периодически сжигали траву в саваннах.
Главным продуктом таких фотохимических реакций является озон,
вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и повреждающий
деревья и урожай. Таким образом, степень опасности смога в целом
определяется концентрацией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими
вредными составляющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и
окись. (Рисунок I)
Ничтожные количества этих вторичных загрязнителей в фотохимическом
смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнечный день, вызывая у
людей раздражение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди,
страдающие астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, а также
здоровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день,
тем больше озона и других составляющих фотохимического смога.
Тридцать лет назад в больших городах, таких, как Лондон, Чикаго и
Питсбург, на электростанциях, заводах и теплоцентралях сжигалось огромное
количество серосодержащих угля и тяжелой нефти. Зимой такие города страдали
от промышленного смога, состоящего главным образом из смеси диоксида серы,
взвешенных капелек серной кислоты, образовавшейся из части диоксида серы, и
разнообразных взвешенных твердых частиц. Теперь уголь и тяжелая нефть
сжигаются только в больших бойлерных, где налажен контроль за выбросами
вредных веществ или установлены высокие дымовые трубы, так что промышленный
смог редко является проблемой. Однако в Китае и некоторых
восточноевропейских странах, как, например, в Чехословакии, где большие
количества угля сжигаются без соответствующих мер контроля за выбросами,
ситуация не изменилась.
Местный климат, рельеф и смог. Частота и плотность смога на данной
территории зависят от климата и рельефа местности, плотности населения и
промышленности, а также от основных видов топлива, используемого в
промышленности, на теплоцентралях и на транспорте. В районах с большим
среднегодовым количеством осадков дождь и снег помогают очистить воздух от
загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят
свежий воздух, но они же и переносят некоторые загрязнители на большие
расстояния.
Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в
низинах в приземном слое увеличивается загрязнение воздуха. Высокие здания
в больших городах также замедляют скорость ветра и, соответственно,
способствуют созданию высоких концентраций загрязнителей.
В течение дня солнце нагревает воздух у поверхности земли. Обычно этот
теплый воздух расширяется и поднимается, растворяя скапливающиеся внизу
загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних
областей высокого давления опускается вниз в образующиеся области низкого
давления (Рисунок II, левый). Это непрерывное перемешивание воздуха
помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого
уровня.
Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на
нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне
или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это
явление называется температурной, или термической, инверсией (Рисунок II,
правый). В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и
препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного
до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они
могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация
загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и
даже жизни людей. Термические инверсии также усиливают вредное воздействие
островов тепла и пыльных куполов, которые образуются над городскими
территориями.
Наиболее продолжительные и частые термические инверсии характерны для
городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат
Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или
побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов
жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием
солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой,
создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми
термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе,
где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и
где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик.
Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха,
Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных
Штатах.
Кислотные дожди
Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит
в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди,
содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб
природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их
жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4
млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация
сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном районах, а также в
Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-
Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на
1 км2. Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных,
западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом
отношении признана Республика Саха (Якутия).
При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута)
в составе выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости
от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные
сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн
диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в
слабый раствор кислот.
Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при
высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и
котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается закислением
окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций
стали расти в высоту, и достигают 250—300, даже 400 м, следовательно,
выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.
Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем
положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих
ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного
раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН– и
характеризуется их концентрацией C(ОН–).
Как показывают расчеты, для водных растворов произведение молярных
концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная, равная
C(H+)C(ОН–) = 10–14,
другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение
кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.
Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и
гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое состояние
характерно для химически чистой воды.
Из сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:
10–7 < C(H+) ? 100,
для щелочных сред:
10–14 ? C(H+) < 10–7.
На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается
более удобным водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный
десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:
рН = –lgC(H+).
Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10–5
моль/л, то показатель кислотности этого раствора рН = 5. При этом изменению
показателя кислотности рН на единицу соответствует десятикратное изменение
концентрации водородных ионов в растворе. Так, концентрация водородных
ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и
5 соответственно.
В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных
растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.
Шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН
= 7 (нейтральная среда) до рН = 14 (крайне высокая щелочность).
Чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей
тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6), поскольку в ней легко
растворяется углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты:
СО2 + Н2О [pic]Н2СО3.
Для определения показателя кислотности используют различные рН-метры, в
частности дорогостоящие электронные приборы. Простым способом определения
характера среды является применение индикаторов – химических веществ,
окраска которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее
распространенные индикаторы – фенолфталеин, метилоранж, лакмус, а также
естественные красители из красной капусты и черной смородины.
Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь
нейтральную реакцию, т.е. рН=7. 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. Мировой рекорд
принадлежит шотландскому городку Питлокри, где 20 апреля 1974 г. выпал
дождь с рН 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.
Последствия кислотных осадков.
В 70-х гг. в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба,
снег в горах окрасился в серый цвет, 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.
Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной
среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы
обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную
часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности
природы не беспредельны.
В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь могут вдохнуть
небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать
нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата
дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на
химию воды.
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.
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.
Специалисты американского университета штата Северная Каролина изучили
воздействие, оказываемое кислотными дождями на растения в период их
максимальной восприимчивости к факторам внешней среды. Под влиянием
кислотных дождей непосредственно после опыления в початках кукурузы
формировалось меньше зерен, чем при орошении чистой водой. Причем чем
больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось
в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие до
опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.
Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным дождям 18
видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на
ранних стадиях роста. Наиболее подверженными вредоносному воздействию
оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и
хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат,
люцерна и клевер.
Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают
памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов кальция (СаО
и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО4).
Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают этот мягкий материал.
Исторические памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние
годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу —
шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне — Тауэру и
Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского
известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна
тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на
площади Дам в Амстердаме.
Более 100 тыс. ценнейших витражей, украшающих соборы в Шатре,
Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут
быть полностью утрачены в ближайшие 15— 20 лет.
Изучив новые данные о кислотности осадков, выпадающих в различных
регионах Западной Европы, и о воздействии их на здания и сооружения,
сотрудники Дублинского университета (Ирландия) выявили, что самое
катастрофическое положение сложилось в центре Манчестера (Великобритания),
где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120 г на 1 м2 камня
(песчаника, мрамора или известняка).
Город пострадал очень сильно, хотя общее количество осадков в
наблюдаемый отрезок времени там было крайне низким. Очевидно, слишком
высока была степень их кислотности.
За Манчестером следует Липхун (графство Гэмпшир в Великобритании) и
Антверпен (Бельгия), где каждый камень под открытым небом потерял 100 г с 1
м2. Даже такие известные загрязненностью атмосферы города, как Афины,
Копенгаген и Амстердам, подверглись кислотному разрушению в значительно
меньшей степени.
Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные потреблять питьевую
воду, загрязненную токсическими металлами — ртутью, свинцом, кадмием и т.п.
Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко
снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь
сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70—80%
обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от
места промышленного выброса.
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.
Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России
осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь в 15 млн. км2. Пробы
забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов,
определяют значение рН.
Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем рН=5,6.
Кислотные осадки с рН < 5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если
величина рН падает ниже 5,1. Ниже перечисляются основные последствия
выпадения кислотных осадков.
Повреждение статуй, зданий, металлов 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 (Рисунок IV).
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.
Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер
и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут
взаимодействовать с некоторым количеством кислот, нейтрализуя их. Однако
регулярное многолетнее воздействие кислот истощает большинство из этих
сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая
гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо
меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно.
Опоздание составляет 10 — 20 лет.
Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и
Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке
Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу
они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и
Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом
из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в ряде тропических
районов, где промышленность практически не развита, главным образом из-за
выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть
кислотообразующих веществ, произведенных в одной стране, переносится
преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех
четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции,
Нидерландах и Финляндии приносится в эти страны ветром из промышленных
районов Западной и Восточной Европы.
Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-
восточной Канады и востока Соединенных Штатов обусловлены выбросами крайне
сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и
промышленных предприятий в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада -
Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и
Теннесси (Рисунок V). Степень кислотности осадков над большей частью
Востока Северной Америки составляет 4,0-4,2. Это в 30-40 раз больше, чем
кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько
десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наибольшее количество
кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас.
Около 75% кислотных осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из
Соединенных Штатов, и только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-
восточных штатах, обусловлено выбросами на территории самой Канады. Такой
большой положительный баланс переноса кислотных осадков между Соединенными
Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами.
Канадские ученые и чиновники и многие ученые США критиковали правительство
США за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов
промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По
оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки
угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства
(1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы
также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и
связанным с ним отраслям, которые дают работу каждому десятому жителю
страны и приносят 14 млрд. долларов в год.
По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в
Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет
резко возрастать, если не предпринять немедленных действий. Стоимость
сокращения объема этих загрязнителей составит от 1,2 млрд. до 20 млрд.
долларов в зависимости от степени очистки и технологии, которая будет
использована.
В некоторых областях почвы содержат известняк и другие щелочные
вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в
других районах практически не способны к нейтрализации кислот. Кроме того,
повторное воздействие на любые почвы кислотных осадков может в принципе
истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный
речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и реках. Так же как
и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к воздействию
кислоты из-за низкого содержания щелочей (особенно иона бикарбоната),
которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в них кислот
(Рисунок VI).
Самоочищение атмосферы. Воздушный океан обладает способностью к
самоочищению от загрязняющих веществ. Аэрозоли вымываются из атмосферы
осадками, ионы оседают под влиянием электрического поля атмосферы, а также
вследствие гравитации. Частица размером 10 мкм проходит путь от устья трубы
высотой 45 м до поверхности земли за 1,4 ч. За это время при скорости ветра
2 м/с выброс из трубы будет отнесен на 10 км, частицы меньшего диаметра
осядут на еще большем расстоянии. Оседанию способствует сорбция их на
поверхности более крупных частиц. В отсутствие атмосферных осадков
происходит выпадение аэрозолей в результате соприкосновения нижнего слоя
воздуха с земной поверхностью и предметами, расположенными на ней. Так,
воздушные потоки, переносящие загрязнения, очищаются, встречая на своем
пути лес. На деревьях осаждаются не только твердые частицы, но и летучие
вещества.
Вследствие турбулентного перемешивания приземной слой воздуха все время
обновляется, поэтому на поверхность отлагается значительное количество
аэрозолей, на 1 м2 земной поверхности под Санкт-Петербургом выпадает
столько аэрозолей, сколько заключено в 250 м приземного слоя воздуха, при
этом за сутки очищается слой высотой 250 м. Эта величина условно называется
скоростью или высотой очистки.
Процессы самоочищения атмосферы связаны не только с выпадением осадков
и образованием нисходящих потоков, но и с другими метеорологическими
явлениями.
Всякое загрязнение вызывает у природы защитную реакцию, направленную на
его нейтрализацию. Эта способность природы долгое время эксплуатировалась
человеком бездумно и хищнически. Отходы производства выбрасывались в воздух
в расчете на то, что будут обезврежены и переработаны самой природой.
Казалось, что как ни велика общая масса отходов, по сравнению с защитными
ресурсами она незначительна. Однако процесс загрязнения резко
прогрессирует, и становится очевидным, что природные системы самоочищения
рано или поздно не смогут выдержать такой натиск, так как способность
атмосферы к самоочищению имеет определенные границы.
Заключение.
Влияние атмосферных загрязнений на окружающую среду и здоровье
населения. От загрязнения воздуха страдают животные и растения. Например,
отходы медеплавильных заводов — хлор, мышьяк, сурьма — вызывают гибель
домашних и диких животных, поедающих отравленную этими веществами пищу,
тяжелые заболевания скота наблюдаются от фтористых соединений. Медь и цинк,
попадающие с выбросами заводов на землю, могут полностью уничтожить
травяной покров.
Воздействие сернистого газа и его производных на человека и животных
проявляется прежде всего в поражении верхних дыхательных путей, под
влиянием сернистого газа и серной кислоты происходит разрушение хлорофилла
в листьях растений, в связи с чем ухудшается фотосинтез и дыхание,
замедляется рост, снижается качество древесных насаждений и урожайность
сельскохозяйственных культур, а при более высоких и продолжительных дозах
воздействия растительность погибает.
Подсчитано, что общее количество выбросов сернистого газа в атмосферу
нашей планеты тепловыми электростанциями, металлургическими заводами,
нефтеперерабатывающими предприятиями и другими антропогенными источниками с
1905 по 1965 г. возросло в 4 раза и к настоящему времени достигло 150 млн.
т. Из этого количества до 110 млн. т (более 70% мировых выбросов сернистого
газа) приходится на страны Европы, Соединенные Штаты Америки и Канаду.
Учитывая, что использование твердого топлива, в частности бурого угля
(характеризующегося высоким содержанием серы), все возрастает, следует
предвидеть соответствующее увеличение выбросов сернистого газа.
Загрязнение атмосферного воздуха таит в себе угрозу не только здоровью
людей, но и наносит большой экономический ущерб. Наличие в воздухе
соединений серы ускоряет процессы коррозии металлов, разрушение зданий,
сооружений, памятников культуры, ухудшает качество промышленных изделий и
материалов. Установлено, например, что в промышленных районах сталь ржавеет
в 20 раз, а алюминий разрушается в 100 раз быстрее, чем в сельской
местности.
Вредные для человека и для природы выбросы могут перемещаться в
воздушных потоках на громадные расстояния. Например, установлено, что
выбросы промышленных предприятий ФРГ и Великобритании переносятся на
расстояния более 1000 км и выпадают на территории скандинавских стран, а из
северо-восточных штатов США — на территории Канады. Вредоносные последствия
загрязнения среды сказываются и в нашей стране. Так, по данным Европейской
экономической комиссии ООН, через российскую границу в воздушных потоках с
запада на восток идет в 4 раза больше серы, чем в обратном направлении.
В последние десятилетия правительства развитых стран иногда жестче,
иногда более мягко переходят к политике восстановления нарушенных
экосистем, установки фильтров на фабриках и заводах, загрязняющих
атмосферу, сокращают вредные выбросы. К 2005 году на все автобусы должны
быть установлены фильтры, но, как мне кажется, должны быть предприняты
более решительные и жесткие меры, иначе мы, несмотря ни на какие усилия,
окажемся на «непригодной для жизни планете».
Не должны оказаться пророческими слова, с которых я начал свой реферат,
слова великого ученого-естествоиспытателя, впервые создавшего теорию
развития живой природы, Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать,
что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род,
предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».
[pic][pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Список использованной литературы:
1. Заиков Г.Е., Маслов С.А., Рубайло В.Л. Кислотные дожди и окружающая
среда. М.: Химия, 1991. 142 с.
2. Небел Б. Наука об окружающей среде. М.: Мир, 1993. Т. 1-2.
3. Новиков Ю.В., Экология, окружающая среда и человек: Учеб. Пособие для
вузов, средних школ и колледжей. – М.: ФАИР-ПРЕСС, 2000. – 320 с.
4. Тайлер Миллер, Жизнь в окружающей среде. 3
5. Шандала М.Г., Звиняцковский Я.И. Окружающая среда и здоровье
населения. Киев: Здоровье, 1988. С. 152.
-----------------------
Рисунок I
Рисунок II
Рисунок III
Рисунок VI
Рисунок V
Рисунок VI
