Кислотные осадки

Постоянное поступление в атмосферу больших количеств оксидов серы и оксидов азота, а также изредка в результате аварийных выбросов хлористого водорода (HCl), приводит к кислотным осадкам. Основные источники таких выбросов – это продукты сгорания топлива (угля, мазута, бензина и т. д), выбросы химических и металлургических предприятий. Известно, что в нейтральной среде содержание ионов водорода pH = 7 (pH = - lg [H⁺]). Кислотными осадками называются дожди, туманы, снег, которые имеют pH < 7.

Оксиды серы и азота находятся в атмосфере достаточно длительное время, претерпевают ряд химических превращений и из них образуются серная и азотная кислоты. В атмосфере происходит много химических превращений, запишем только суммарные (брутто) реакции:

2SO₂ + 2H₂O + O₂ → 2H₂SO₄

4NO₂ + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃

4NO + 2H₂O + 3O₂ → 4HNO₃

Самоочищение атмосферы происходит за счёт влажной и сухой седиментации (выпадения). Условия образования облаков – пересыщенность. Воздух содержит больше водяного пара, чем может при данной температуре. При подъёме воздушных масс вверх они остывают, и способность накапливать воду снижается. Начинается конденсация водяного пара. Капельки возникают только на частицах аэрозоля – ядрах конденсации. Ядрами конденсации выступают оксиды серы и азота. Таким образом, вода облаков – это ни в коем случае не чистая вода, а раствор атмосферных микроэлементов. Кислотные осадки антропогенного происхождения заметно изменили значение pH окружающей среды. Около 150 тыс. лет назад при образовании ледяного покрова Гренландии величина pH осадков составляла 6,0÷7,6 (по результатам анализов полярных льдов). Во второй трети XX века pH атмосферных осадков составляет 4,0-4,5 в Германии; 2,5÷2,7 в Шотландии и Норвегии; 4,0÷4,5 в США и Японии [3]. На рис. 7 приведена кислотность осадков на земном шаре [17]. Из рис. 9 видно, что разброс значений рН в основном заключён в интервале 4÷6,3. Тем не менее наблюдаются осадки как с более низким, так и с более высоким значением рН. Например, в Китае в 1981 г. зафиксированы осадки pH = 2,25. Специалисты считают, что это результат техногенной деятельности человека, так как за последние несколько сотен лет заметных изменений во вкладе в кислотные осадки со стороны природных процессов не происходило.

Сухие выпадения происходят под действием турбулентной диффузии, в осадок выпадают вещества, находящиеся в газообразном состоянии или адсорбированные на пылевидных частицах. Количество соединений серы, выпавших в сухой седиментации, в 2 раза больше, чем азота.

Скорость осаждения зависит от характера подстилающей поверхности. Больше всего она для влажной травы и кустарника до 30 мм/с. Средняя высота распределения диоксида серы и сульфатов для условий Европы составляет 1200–1500 м (не более 2000 м). Отдельные молекулы и частицы размером единиц мкм практически неоседаемы и могут поглощаться земной поверхностью.

Значение pH окружающей среды чрезвычайно важно с экологической точки зрения.

1. Это прежде всего процессы в живых организмах, связанные с действием ферментов, гормонов, регулирующих обмен веществ, рост и развитие. Особенно низкое значение рН сказывается на обитателях водоёмов и рек, где организмы адаптировались к pH = 6–7. В подкислённой среде гибнут яйцеклетки, молодь водных обитателей. Изменения затрагивают пищевые цепи, сокращая сначала популяции птиц и животных, питающихся обитателями вод, а затем и хищников.

2. Кислотные осадки вызывают деградацию лесов, особенно хвойных. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты разрушают защитный восковой налёт, что делает растения более уязвимыми для патогенных организмов, снижает их сопротивляемость болезням, способствует большему испарению влаги.

3. Под действием кислотных осадков существенно ускоряется коррозия металлов, нарушается целостность лакокрасочных покрытий, стёкол, разрушаются здания и памятники архитектуры. Из минеральных строительных конструкций и стёкол выщелачиваются карбонаты и силикаты.

4. При взаимодействии с почвенным покровом усиливается процесс выщелачивания биогенов. При pH < 4 снижается активность редуцентов и азотфиксаторов, обостряется дефицит питательных веществ и почвы теряют плодородие.

5. Выщелачиваются тяжёлые металлы из почв и горных пород, ранее находившиеся в нерастворимых соединениях. Повышается токсичность металлов, попадающих в реки и озёра. Например, в кислой среде возрастает растворимость Al(OH)₃. При концентрации Al³⁺ > 0,3 мг/л среда становится токсичной для рыб.

Дата добавления: 2014-01-04