2.5.1 Косвенные воздействия.
Воздействия на
леса и пашни. Кислотные осадки
воздействуют либо косвенным
путем; через почву и корневую
систему, либо непосредствен¬но
(главным образом на листву). Подкисление
почвы опреде¬ляется различными
факторами. В отличие от вод
почва обла¬дает способностью
к выравниванию кислотности среды,
т.е. до определенной степени
она сопротивляется усилению
кис¬лотности. Попавшие в почву
кислоты нейтрализуются, что ведет
к сохранению существенного закисления.
Однако наря¬ду с естественными
процессами на почвы в лесах
и на паш¬нях воздействуют
антропогенные факторы.
Химическая стабильность,
способность к выравниванию, склонность
почв к закислению изменчивы
и зависят от каче¬ства подпочвенных
пород, генетического типа почвы,
способа ее обработки (возделывания),
а также от наличия поблизости
значительного источника загрязнений.
Кроме того, способность почвы сопротивляться
влиянию кислотности за¬висит от химических
и физических свойств подстилающих слоев.
Косвенные воздействия
проявляются по-разному. Напри¬мер,
осадки, содержащие соединения азота,
некоторое время способствуют
росту деревьев, так как снабжают
почву пита¬тельными веществами.
Однако в результате постоянного
по¬требления азота лес им
перенасыщается. Тогда увеличивается
вымывание нитрата, что ведет
к закислению почвы.
Во время выпадения
осадков вода, стекающая с листьев,
содержит больше серы, калия, магния,
кальция и меньше нитрата и
аммиака, чем вода осадков,
что приводит к увели¬чению
кислотности почвы. В результате
этого возрастают по¬тери необходимых
для растений кальция, магния,
калия, что ведет к повреждению
деревьев.
Поступающие в
почву ионы водорода могут
замещаться находящимися в почве
катионами, в результате чего
проис¬ходят либо выщелачивание
кальция, магния и калия, либо
их седиментация в обезвоженной
форме. Далее возрастает также
мобильность токсичных тяжелых
металлов (марганец, медь, кадмий и
др.) в почвах с низкими значениями
рН.
Растворимость
тяжелых металлов также сильно
зависит от рН. Растворенные и
вследствие этого легко поглощаемые
растениями тяжелые металлы являются
ядами для растений и могут
привести к их гибели. Широко
известно, что алюми¬ний, растворенный
в сильнокислой среде, ядовит
для живу¬щих в почве организмов.
Во многих почвах, например, в
се¬верных умеренных и бореальных
лесных зонах, наблюдается поглощение
более высоких концентраций алюминия
по сравнению с концентрациями
щелочных катионов. Хотя многие
виды растений в состоянии
выдержать это соотношение, од¬нако
при выпадении значительных количеств
кислотных осадков отношение
алюминий/кальций в почвенных
водах настолько возрастает, что
ослабляется рост корней и
создает¬ся опасность для существования
деревьев.
Происходящие
в составе почвы изменения
могут преобра¬зовать состав
микроорганизмов в почве, воздействовать
на их активность и тем самым
повлиять на процессы разложения
и минерализации, а также на
связывание азота и внутреннее
закисление.
Так, например,
гибель лесов в Средней и
Запад¬ной Европе произошла главным
образом под влиянием кос¬венных
воздействий. Почти полностью
погибли леса на площа¬ди в
несколько сотен тысяч гектаров.
Дальнейшую озабоченность
вызывает то, что в результате
гибели наиболее чувствительных
к закислению существ (мик¬роорганизмы
почвы, грибы, дубы) в структуре
материального и энергетического
баланса живых сообществ могут
произойти неблагоприятные изменения,
и в конечном итоге сам человек
также пострадает из-за происходящих
при этом необратимых процессов.
Закисление пресных
вод. Собственно говоря, закисление
прёсных вод - это потеря ими
способности к нейтрализации.
Закисление вызывают сильные
кислоты, главным образом серная
и азотная. На протяжении длительного
периода более важную роль
играют сульфаты, но во время
эпизодических явлений (например,
таяние снега) сульфаты и нитраты
дейст¬вуют совместно. На значительных
территориях при повыше¬нии определенных
значений кислотности осадков
поверхност¬ные воды оказываются
кислыми. Если почва теряет
способ¬ность нейтрализовать кислоты,
то значение рН может сни¬зиться
на 1, 5, а в крайних случаях —
даже на 2 или на 3. Частично закисление
происходит непосредственно под
дейст¬вием осадков, но в большей
мере - за счет веществ, смывае¬мых с территории
водного бассейна.
Процесс закисления
поверхностных вод состоит из
трех фаз.
1. Убыль ионов
гидрокарбоната, т.е. уменьшение
способ¬ности к нейтрализации
при неизменяющемся значении
рН.
2. Уменьшение рН
при уменьшении количества ионов
гидрокарбоната. Значение рН тогда
падает ниже 5, 5. Наибо¬лее чувствительные
виды живых организмов начинают
поги¬бать уже при рН = 6, 5.
3. При рН = 4, 5 кислотность
раствора стабилизируется. В этих
условиях кислотность раствора
регулируется реакцией гидролиза
соединений алюминия. В такой
среде способны жить только
немногие виды насекомых, растительный
и жи¬вотный планктон, а также
белые водоросли.
Многие виды
животных и растений начинают
гибнуть уже при зачениях рН
< 6. При рН < 5 не обеспечиваются
условия для нормальной жизни.
Гибель живых
существ помимо действия сильноядовитого
иона алюминия может быть вызвана
и другими причинами. Под воздействием
иона водорода, например, выделяются
кад¬мий, цинк, свинец, марганец, а
также другие ядовитые тя¬желые
металлы. Количество растительных
питательных ве¬ществ, например, фосфора,
начинает уменьшаться, так как
в растворе ион алюминия образует
с ионом ортофосфата нераст¬воримый
фосфат алюминия:
,
который осаждается
в форме донного осадка. Гибель
водных живых сообществ может
приводить к закислению и выделению
тяжелых металлов, а также к
нару¬шению экологического равновесия.
Уменьшение рН воды идет параллельно
с сокращением популяций или
гибелью рыб, земноводных, фито-
и зоопланктона, а также множества
прочих живых организмов. Можно
заметить характерные различия (во
флоре и фауне) озер, вода которых
имеет близ¬кий состав питательных
веществ и ионов, но различную
кис¬лотность. До определенных пределов
млекопитающие, в том числе
и человек, защищены от вредного
влияния кислотно¬сти, однако в
организмах водных животных накапливаются
ядовитые тяжелые металлы, которые
могут попасть в пище¬вую цепочку.
2.5.2 Непосредственные
(прямые) воздействия.
Гибель растений.
Непосредственная
гибель растений в наибольшей
степени ощущается вблизи от
выбросов загрязнений, в радиусе
нескольких десятков километров
от их источника. Главной причиной
является высокая концентрация
двуокиси серы. Это соединение
адсорбируется на поверхности
растения, в ос¬новном на его
листьях, и оказывает на него
вредное влияние. Двуокись серы,
проникая в организм растения,
принимает участие в различных
окислительных процессах. Эти
процессы протекают с участием
свободных радикалов, образованных
из двуокиси серы в результате
химических реакций. Они окисляют нена¬сыщенные
жирные кислоты мембран, тем самым изменяя
их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно
влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез
и др.)
Непосредственные
воздействия на растения могут
прини¬мать различные формы: 1) генетические
изменения; 2) видо¬вые изменения; 3)нанесение
прямого вреда растительности. Естественно,
в зависимости от чувствительности
вида и размеров нагрузки масштаб
воздействия может простираться
от восполнимого (обратимого) ущерба
до полной гибели растения.
В первую очередь
погибают наиболее чувствительные
ви¬ды, например, отдельные лишайники,
которые могут сохра¬ниться только
в самой чистой среде, поэтому
их считают "ин¬дикаторами"
чистого воздуха. Обычно в сильнозагрязненных
местах образуется "лишайная пустыня".
В современном городе она су¬ществует
уже при средней концентрации
двуокиси серы 100 мкг/м". Во внутренних
его районах лишайник вообще
отсутствует, а на окраинах
его можно встретить очень
редко. Впрочем, существуют также
виды лишайника, хорошо переносящие
нагрузки двуокиси серы, поэтому
отдельные со¬противляющиеся виды
иногда занимают место погибших
ви¬дов лишайника.
Однако кислотные
атмосферные соединения, естественно,
могут также оказывать прямое
вредное воздействие и на рас¬тения
более высокого класса. Непосредственный
вред, прино¬симый двуокисью серы,
зависит от многих факторов
— мест¬ного климата, вида
деревьев, состояния почвы, способов
обра¬ботки леса, рН влажных осадков
и др. Опасный уровень ат¬мосферной
двуокиси серы оказался гораздо
ниже, чем счита¬лось раньше, так
как определенные физиологические
и био¬химические изменения могут
происходить без каких-либо признаков
гибели. Однако эта опасная граница
становится еще ниже при воздействии
двуокиси азота, озона, кислотного
дождя и т.д.
Роль двуокиси
серы в гибели лесов, таким
образом, мож¬но считать доказанной.
Также доказано вредное влияние
влажных кислотных осадков на
рост деревьев. Однако эти осадки
в первую очередь влияют косвенно
— через почву и корневую
систему. В наибольшей степени
непосредственная гибель растений
наблюдается в районах с сильнозагрязнен¬ным
воздухом, например, в Средней Европе.
Масштабы гибе¬ли растений и
повышенные концентрации двуокиси
серы в Европе распространены
примерно одинаково. Трудно решить,
кто же несет непосредственную
ответст¬венность за гибель леса
— двуокись серы или оксиды
азота. Кажется достаточно вероятным,
что вредное воздействие ока¬зывают
совместно все агрессивные кислотные
вещества, за¬грязняющие воздух. Многие
также придерживаются мнения, что
при совместном воздействии вредных
веществ влияние каждого из
них еще больше усиливается
(синергизм).
Более всего
чув¬ствительны к прямому загрязнению
хвойные деревья, так как хвоя
подвержена воздействию загрязняющих
веществ на протяжении нескольких
лет в отличие от деревьев,
сбрасыва¬ющих листву. Самые чувствительные
породы — это ель, лист¬венница
и пихта. Однако многие деревья,
сбрасывающие лис¬тву, также с
трудом переносят прямые воздействия
вредных веществ (например, бук,
граб).
Необходимо подчеркнуть,
что упомянутая здесь непосред¬ственная
гибель растений и косвенные
воздействия на них не могут
быть отделены друг от друга,
так как обычно эти про¬цессы
происходят одновременно, и в
зависимости от обстоя¬тельств
доминирует какой-либо из них.
В любом случае, есте¬ственно, вредные
воздействия дополняют и усиливают
друг друга.
2.5.3 Прямые воздействия
на человека.
Естественно,
атмосфер¬ные кислотные микроэлементы
не щадят и человека. Однако
здесь речь идет уже не только
о кислотных дождях, но и о
том вреде, который приносят
кислотные вещества (двуокись серы,
двуокись азота, кислотные аэрозольные
частицы) при дыхании.
Уже давно установлено,
что существует тесная зависи¬мость
между уровнем смертности и
степенью загрязнения района. При
концентрации около 1 мг/м 3 возрастает
число смертельных случа¬ев, в
первую очередь среди людей
старшего поколения и лиц, страдающих
заболеваниями дыхательных путей.
Статистиче¬ские данные показали,
что такое серьезное заболевание,
как ложный круп, требующее моментального
вмешательства вра¬ча и распространенное
среди детей, возникает по этой
же причине. То же самое можно
сказать и о ранней смертности
новорожденных в Европе и Северной
Америке, которая еже¬годно исчисляется
несколькими десятками тысяч.
Кроме оксидов
серы и азота опасны для
здоровья челове¬ка также аэрозольные
частицы кислотного характера,
содер¬жащие сульфаты или серную
кислоту. Степень их опасности
зависит от размеров. Так, пыль
и более крупные аэрозольные
частицы задерживаются в верхних
дыхательных путях, а мелкие (менее
1 мкм) капли серной кислоты
или частицы сульфатов могут
проникать в самые дальние
участки легких.
Физиологические
исследования показали, что степень
вредного воздействия прямо пропорциональна
концентрации загрязняющих веществ.
Однако существует пороговое
значе¬ние, ниже которого даже
у самых чувствительных людей
не обнаруживаются какие-либо
отклонения от нормы. Напри¬мер,
для двуокиси серы среднесуточная
пороговая концентра¬ция для
здоровых людей составляет приблизительно
400 мкг/м 3 .
В настоящее
время норма для состава воз¬духа
на незащищенных территориях
почти соответствует это¬му значению.