Кислотные дожди

Термин «кислотные дожди » был введен английским химиком А. Сми­том свыше 100 лет назад, когда ему удалось выявить зависимость между уровнем загрязнения воздуха над Манчестером и кислотностью осадков. Однако пагубные экологические последствия кислотных осадков прояви­лись лишь в последние 10—15 лет.

При сжигании любого ископаемого топлива {уголь, горючий сланец, мазут) в составе выделяющихся газов всегда обнаруживаются диоксиды серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть меньше или больше. Высокосернистые угли и мазут дают особенно богатые сер­нистым газом выбросы. Миллионы тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, и превращают выпадающие дожди в слабый (а иногда не очень слабый) раствор кислот.

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т. е. рН7 (рН — показатель, характеризующий кислотные или щелочные свойства растворов). 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. Например, в северо-восточной части США, в промышленных штатах Новой Англии рН дождевой воды, как правило, составляет от 3 до 4 единиц. Уменьшение рН на одну единицу означает увеличение кис­лотности в 10 раз, на две единицы — в 100 раз и т. д. А мировой рекорд по части кислотного дождя пока что принадлежит шотландскому городку Питлохри, где 10 апреля 1974 г. выпал дождь с рН 2,4 — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса.

В 70-х гг. в реках и озерах Скандинавских стран начали гибнуть лосось и форель. Рыбаки за сезон не могли поймать ни одного хариуса там, где недавно он был в изобилии. Снег в горах стал серого цвета. В лесах листва раньше времени устилала землю. Затем в США, Канаде, Западной Европе из-за кислотных дождей стали высыхать леса. В ФРГ количество пострадавших лесов достигло в последние годы 30%, а местами 50%. И все это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выясни­лось, что причина всех этих бед кислотные дожди.

Изменение рН на единицу в ту или иную сторону соответствует увеличению или уменьшению концентрации кислоты в 10 раз. Показатель рН меняется для воды разных озер. Но в ненарушенных природных условиях диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями. Они способны нейтрали­зовать определенную часть кислоты и сохранять рН своей среды. Но, естественно, буферность в природе не беспредельна.

Научились различать разные стадии закисления озер. Вначале природной карбонатно-кальциевой буферности достаточно (природные воды, содержащие карбонатные и гидрокарбонатные анионы, способны до определенного предела нейтрализовать поступающую кислоту), и выпа­дение кислотных дождей не отражается на рН воды рек и озер. На следующей стадии рН начинает заметно колебаться, быстро падает после дождей, «кислые» периоды становятся все продолжительнее. Наконец, в любое время года рН становится равным 6,0 или немного ниже. Это уме­ренное закисление. На следующей стадии рН устанавливается на уровне 4,5 или даже ниже. В воде озер появляются в повышенном количестве некоторые ионы, например алюминия (за счет выбывания из почвы). Это уже сильно подкисленная вода.

В своей эволюции живые организмы приспособились к физической и химической среде, они могут существовать только в определенном интервале рН. Изменение рН влечет за собой глубокие химические и биологические перестройки водных экосистем. Когда рН снижается до 6,5 — 6,0, погибают многие моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных. При рН равном 6,0—5,0 гибнут наиболее чувствитель­ные планктонные организмы и насекомые, сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, плотва, окунь и щука. Рыба гибнет не только от прямого действия кислоты. Вытесненный из горных пород и донных отложений подвижный алюминий повреждает жаберный аппарат. Из-за нарушения кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству. При рН менее 5,5 мхи и нитчатые водоросли вытесняют основную растительность, в воду даже переселяется сфагновый мох — обитатель суши. При рН ниже 4,5 в воде озер вымирают микроорганизмы, развива­ются анаэробные (безкислородные) процессы с выделением метана и сероводорода.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных дождей. Снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных веществ. Меняется состав почвенных микроорганизмов. Нечувствитель­ные почвы имеют карбонатные включения и высокую катионообменную емкость (свойство почв и пород к обмену катионами с водными раство­рами). К слабо-чувствительным и чувствительным отнесены почвы соответственно со средним или низким значениями катионообменной емкости и без карбонатных включений.

Кислотные дожди наносят огромный вред лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увели­чивает подвижность алюминия в почвах, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Чаще всего страдают пихта, ель, сосна, потому что смена хвои происходит реже, чем смена листьев, и она накапливает больше вредных веществ за один и тот же период времени. У хвойных деревьев желтеет и опадает хвоя, изреживаются кроны, повреждаются тонкие корни. У лиственных пород изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Не происходит естественное возобновле­ние хвойных и лиственных лесов. Эти симптомы часто сопровождаются вторичными поражениями от насекомых и болезней деревьев. Пораже­ние лесов все в большей степени захватывает и молодые деревья. Повре­ждаются покровные ткани сельскохозяйственных культур, изменяется обмен веществ в клетках, нарушается рост и развитие растений, умень­шается сопротивляемость к болезням и паразитам, снижаются доходы сельского хозяйства из-за падения урожайности сои, кукурузы, пшеницы.

Специалисты американского университета штата Северная Каролина провели исследования с целью определить воздействие, которое оказы­вают кислотные дожди на растения в период их максимальной восприим­чивости к факторам внешней среды. Эксперименты, проделанные с куку­рузой, показали, что под влиянием кислотных дождей непосредственно после опыления в початках формировалось меньше зерен, чем при оро­шении их чистой водой. Причем чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что до опыления кислотные дожди не оказывали заметного влияния на формирование зерен. Таким образом, степень воздействия кислотных дождей на формирование кукурузных початков во многом зависит от сроков, продолжительности и частоты их выпадения.

В ходе других экспериментов исследователи определяли степень восприимчивости к кислотным дождям на ранних стадиях роста 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 — декоративных растений.

Наиболее подверженными неблагоприятному воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлоп­чатника, наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер. Степень повреждения листьев на ранних стадиях роста, видимо, является хорошим показателем того, сколь эффективно разви­вается растение во время кислотных дождей.

Кислота разрушает сооружения из мрамора и известняка, Истори­ческие памятники Греции и Рима, простояв тысячелетия, за 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 слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Ионна «тают, как леденцы». Черными отложениями, этим «раком камня», изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

В Европе имеется более 100 тыс. ценнейших витражей — памятников средневекового готического искусства. Витражи соборов и церквей в Шартре, Кентербери, Кельне, Эрфурте, Праге, Берне и в других городах относятся к числу самых замечательных памятников европейского искус­ства. Существует опасность полной утраты этих произведений искусства в ближайшие 15—20 лет.

Косвенно страдает здоровье людей: возникает дополнительное загрязнение питьевых вод, так как кислота вытесняет из пород различные токсичные металлы — ртуть, свинец, кадмий, цинк и др. Установлена также связь кислотных дождей с повышенным уровнем ртути в рыбе.

Спасать природу от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы окислов серы и азота в атмосферу, 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 мест их выбросов. Выбросы серы на территории Европы превы­шают сейчас 30 млн. т ежегодно.

Дальний перенос загрязняющих веществ в атмосфере — это одна из проблем Северного полушария. По инициативе бывшего Советского Союза была разработана, подписана (1979) и вступила в силу (1983) «Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния». В ней, в частности, указано, что страны должны стремиться к ограничению и постепенному уменьшению загрязнения воздушной среды, включая загрязнения, выходящие за пределы своего государства. В июле 1985 г. в Хельсинки 20 государств Европы и Канада подписали Протокол о тридцатипроцентном снижении выбросов окислов серы на территории этих государств или их трансграничных потоков на территорию соседних государств.

Дата добавления: 2014-12-29