Кислотные дожди, причины и последствия

Причем негативное влияние  кислотных дождей наблюдается в  экосистемах многих стран.

Особенно негативное воздействие  от выпадения «кислотных дождей»  ощутила на себе Скандинавия.

В 70-х годах 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 [3, с. 67]. 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 подвергнутыми  вредоносному воздействию оказались  листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми — озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер [3, с. 67].

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.

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 [1, с. 132].

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 [1, с. 132].

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 нами перечисляются  основные последствия выпадения  кислотных осадков.

- Повреждение статуй, зданий  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.

- 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 Теннеси. 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 [1, с. 133].

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 [1, с. 133].

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.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Таким образом, подводя итог всему вышесказанному, необходимо сделать  ряд следующих выводов.

Несмотря на «постиндустриальное» звучание, термину «кислотные дожди» уже более ста лет. Впервые  он был употреблен в 1872 году англичанином Ангусом Смитом, изучавшим эффекты  смога в Манчестере, однако тогдашние  ученые коллегу не поддержали и к  теории кислотных дождей отнеслись  скептически. Сегодня же в их существовании  нет никаких сомнений.

Современная химия измеряет кислотность растворов в единицах рН. Значение отдельной такой единицы, равное 7, считается нейтральным, более  высокие соответствуют щелочной среде, более низкие — кислой. Изменение  значения рН на один пункт соответствует  изменению кислотности в десять раз.

Расхожее выражение «кислотные дожди» обозначает осадки с показателем  рН меньше, чем 5,7.

Виной таким изменениям —  оксиды серы и азота, в промышленных масштабах выбрасываемые в атмосферу  автомобилями, электростанциями, металлургическими  заводами. В воздушной среде на частицах сульфатов и нитратов конденсируются молекулы воды, образуются облачные капельки, которые при определенных погодных условиях становятся частью дождевых капель или снежинок. Если концентрация сульфатов и нитратов в атмосфере  велика, то дождь или снег получается значительно закисленным.

Косвенным свидетельством кислотности  осадков может быть измерение  рН в озерах и водоемах — их аномальная кислотность уже устойчиво сказывается  на флоре и фауне. Доказано, что  в сотнях озер Скандинавии по этой причине пропала рыба. Кроме того, «кислая вода» способствует лучшей растворимости в ней таких  опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть, свинец, из почв и донных отложений, а это ведет к болезням людей, пьющих эту воду.