Экологические проблемы атмосферы. Кислые осадки. Проблема озонового слоя в атмосфере. Понятие о парниковом эффекте

Одной из важнейшей  экологической проблемой человечества, явиляется выпадение кислотных  осадков. 
 

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. 

.  

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 

2СО3. 

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. 

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. 
 

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. 

. Большая часть  кислотообразующих веществ, произведенных  в одной стране, переносится преобладающими  приземными ветрами на территорию  другой.  

Самоочищение атмосферы. Воздушный океан обладает способностью к самоочищению от загрязняющих веществ. 

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 
 
 

Не должны оказаться  пророческими 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 
 
 
 

На пороге III тысячелетия  нет необходимости доказывать остроту  и масштабность, а значит, и опасность  сложившейся в мире экологической  ситуации. Виновником экологического кризиса на Земле стал человек. Он же является как субъектом, так и  объектом последнего. Никакому иному  биологическому виду не удалось уничтожить столь большое число других видов, необратимо изменить экологическую  ситуацию на планете. Но нельзя остановить продвижение человечества вперед, вряд ли возможен отказ от создаваемой  им искусственной биосферы, от созданных  им условий жизни. Что делать? Какими путями двигаться человечеству дальше? Какие приоритеты считать основными? Что важнее экология или научно –  технический прогресс? Проблема выживания, проблема сохранения естественной биосферы может быть решена только путем компромиссов и поисков оптимальных решений, выход в коэволюции (совместной, взаимосвязанной эволюции биосферы и человеческого общества). Выживание человека в условиях глобального экологического кризиса, несомненно, зависит от научных знаний, внедрения в практику новых технических достижений. Но эти достижения не смогут принести ожидаемых результатов без опоры на нравственное воспитание и определенные культурные традиции. К сожалению, осознание важности экологического образования и воспитания пришло лишь в последние годы. В тоже время технократические установки настолько сильны, что выход из экологического кризиса по-прежнему ищется в привычных путях: создание «экологически чистых» производств, принятие природоохранных законов, контроль за производством и т. п., - иными словами, коль скоро экологический кризис порожден техническим прогрессом, то надо просто внести соответствующие коррективы в направление этого прогресса. Экологический кризис мыслится как нечто внешнее по отношению к человеку, а не как-то, что заключено в нем самом.