Кислотные дожди. 30
Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИРЕСИТЕТ»
Политехнический институт
кафедра «Энергетики»
РЕФЕРАТ
по «Актуальным проблемам техносферы »
наименование дисциплины
«Кислотные дожди»
Тема
Преподаватель
Студент ФЭ13-10Б __________________ _________ Кишкин Д.П.
Красноярск 2013
СОДЕРЖАНИЕ:
Номер страницы | |
Введение |
3 |
История термина |
3 |
Причины кислотных дождей |
4 |
Проблемы Последствия воздействия кислотных дождей на среду и здоровье человека Пути решения проблемы Заключение |
5 7
9 10 |
Список используемых источников. |
11 |
|
|
Введение.
Интенсификация деятельности человека в последнее столетие привела к значительному нарушению сложившегося в природе равновесия, в результате чего возникло множество проблем, связанных с защитой окружающей среды. Среди весьма серьезных проблем экологического плана наибольшее беспокойство вызывает нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу. Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. В период промышленной и научно-технической революции увеличился объем эмиссии в атмосферу газов и аэрозолей антропогенного происхождения. По ориентировочным данным ежегодно в атмосферу поступают сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, галогенопроизводных и других соединений. Основными источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и автомобильный транспорт. Попадая в атмосферу, многие загрязнения подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или выпадают на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других предметов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов. Ущерб, наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и продуктам производственной деятельности человека, трудно оценить, но гибель лесов, загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических заболеваний, нарушение биологического равновесия в экосистемах не в последнюю очередь связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере
История термина [1]
Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1882 году английским учёным Робертом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».[2] Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели лесов, урожаев и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почвы и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.
Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как углекислый газ, вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота, тогда как в идеале pH дождевой воды равняется 5-6,5-7. В реальной жизни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.
Причины кислотных дождей [2]
Основная причина выпадения кислотных дождей — наличие в атмосфере за счет промышленных выбросов оксидов серы и азота, хлористого водорода и других кислотообразующих соединений. В результате дождь и снег оказываются подкисленными. Присутствие в воздухе заметных количеств, например, аммиака или ионов кальция приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако их также принято называть кислотными, поскольку они при попадании на почву или в водоем меняют их кислотность.
Аэрозоли серной и сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2.
Существуют еще два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы.
Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный – рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлоро-водород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:
СL. + СН4 =СH.3 + НС1, СH3. + С12= СН3С1 + СL.
Поступление в атмосферу больших количеств SO2 и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:
2SO2 + О2 + 2Н2О ¾® 2H2SO4;
4NO2 + 2Н2O + О2 ¾®4HNO3.
В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей».
Максимальная зарегистрированная кислотность осадков в Западной Европе — с рН = 2,3, в Китае — с РН = 2,25. На экспериментальной базе Экологического центра РАН в Подмосковье в 1990 г. был зарегистрирован дождь с рН = 2,15.
Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (IV) S2 и различными оксидами азота (NхОy). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и тепловых электростанций.
Соединения серы (сульфиды, самородная сера и другие) содержатся в углях и рудах (особенно много сульфидов в бурых углях), при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы (IV) SO2 (сернистый ангидрид), оксид серы (VI) SO3 (серный ангидрид), сероводород — H2S (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре). Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые).
Проблемы[3]
Проблема кислотных дождей возникла в Западной Европе и Северной Америке в конце 50-х годов. В последнее десятилетие она приобрела глобальное значение главным образом в связи с возросшими выбросами окислов серы и азота, а также аммиака и летучих органических соединений (ЛОС). По данным ЕЭК, двуокись (трехокись) серы поступает из теплоэлектростанций и других стационарных источников при сжигании ископаемого топлива (88%), при переработке сульфидных руд (5%), нефтепродуктов, производстве серной кислоты и др. (7%). Для оксидов азота среди стационарных источников топливно-энергетический дает 85% выбросов, производство цемента, извести, стекла, металлургические процессы, сжигание мусора и др. - 12%. Азотные загрязнения поступают из нестационарных источников и – аммиак - от животноводческих предприятий и удобрений. Основные источники ЛОС-химические производства, промышленные и бытовые растворители, нефтехранилища, бензоколонок и т.д.
Подкисление природной среды отрицательно отражается на состоянии экосистем. В этом случае из почвы выщелачиваются не только питательные вещества, но и токсичные металлы, например свинец, алюминий и др.
В подкисленной воде увеличивается растворимость алюминия. В озерах это приводит к заболеванию и гибели рыб, к замедлению развития фитопланктона и водорослей. Кислотные дожди разрушают облицовочные материалы (мрамор, известняки др.), значительно снижают срок службы железобетонных конструкций.
В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы. В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км2 в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны – в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км2) – в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4.
Специфическая особенность кислотных дождей – их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния – сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда «политика высоких труб» как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха. Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами» чужих выбросов. Наибольший вклад в трансграничное подкисление природной среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия. В свою очередь, из России больше всего окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь такие: с Украиной – 1:17, с Польшей – 1:32, с Норвегией – 7:1 .
Экспортируется «мокрая» часть выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него. Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу выбросами характерен для всех стран Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция больше направляют окисленной серы к соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы (до 70% кислотных дождей в этих странах – результат «экспорта» из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков – одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады.
Проблемы, которые возникают в связи с выпадением кислотных дождей:
1. Деревья теряют часть листьев, становясь беззащитными перед морозами болезнями
2. Корни деревьев так же могут замедлить своё развитие, что скажется на нехватке питательных веществ
3. Из-за химических реакций почвы потеряют некоторые микроэлементы и станут менее питательными
4. Увеличение уровня кислотности воды и почв может стать проблемой для водных животных и растений
5. Кислотные дожди могут растворить скрепляющий раствор в кладках зданий, повредить конструкции из природного камня, особенно известняка, что, в свою очередь, может привести к потере прочности конструкций и сооружений.
Таким образом, окисление природной среды — одна из важнейших экологических проблем, требующая решения в ближайшем будущем.
Последствия воздействия кислотных дождей на среду и здоровье человека [4]
Последствия кислотных дождей ученые до настоящего времени еще не установили до конца. Одно только известно, что если раньше, какие-то два-три десятилетия назад, люди могли спокойно собирать дождевую воду и умываться ей для придания коже лица молодости, то сейчас об этом не может идти и речи. Потому как последствия кислотных дождей могут оказать губительное воздействие на кожу лица и здоровье в целом.
Любые осадки, которые выпали на землю, каким бы чистыми они не выглядели, на самом деле содержат в себе мельчайшие частицы пыли, различные патогенные микроорганизмы, споры грибов, пыльцу самых разных растений практически со всего света, примеси тяжелых металлов, которые попадают в атмосферу и другие воздушные слои вместе с отходами многочисленных фабрик и заводов. Все это в весенний, летний и осенний периоды выливается потоком на головы земных обитателей, и не каждый из них имеет хоть малейшее представление о том, какие могут быть последствия кислотных дождей.
Ни для кого не является секретом тот факт, что кислотные дожди негативным образом сказываются на состоянии всей окружающей среды. В водоемах с течением времени повышается концентрация ионов тяжелых металлов с высоким уровнем токсичности, к примеру, свинца и кадмия. В связи с этим экологи и представители здравоохранения настоятельно рекомендуют, чтобы избежать или хотя бы минимизировать последствия кислотных дождей, как можно реже купаться или вообще не купаться в водоемах с очень низкой либо очень высокой кислотностью, поскольку это отрицательно отразится на здоровье человека.
Например, чтобы последствия кислотных дождей не отразились на здоровье, не стоит в дождь выходить на улицу без соответствующего инвентаря — зонта либо плаща-дождевика. Если игнорировать этот совет, то все примеси, которые присутствуют в якобы чистой дождевой воде, тянут за собой большое количество проблем. Достигая максимального уровня концентрации в организме, большинство таких элементов начинают свое пагубное действие, провоцируя тяжелые интоксикации, а в некоторых случаях даже мутации, которые проявятся на последующих поколениях. Ионы тяжелых металлов замусоривают каналы печени и почек, а постепенное скопление токсинов приводит к общему отравлению всего организма.
Довольно серьезные последствия кислотных дождей для организма и здоровья можно наблюдать при отравлении марганцем, который также может находиться в дождевой воде в громадных количествах. Признаки подобной интоксикации характерны для большого количества заболеваний, и обычно человек не сразу обращает внимание на это. Марганец может закупоривать канальцы нервных клеток, что провоцирует сильную утомляемость, уменьшение работоспособности, сонливость, внезапную слабость, головокружения, тошноту. Еще одним опасным металлом кислотного дождя можно назвать алюминий, который, скапливаясь в течение нескольких лет, может явиться причиной всевозможных заболеваний неврологического характера.
Остальные роковые примеси не менее опасны, многие из них могут вызывать злокачественные опухоли, поэтому необходимо при кислотном дожде воздержаться от прогулки и ни в коем случае не нужно применять эту воду. Последствия кислотных дождей после прогулки можно снизить, если принять теплый душ с мылом или гелем, тщательно вымыть голову шампунем, а после душа выпеть горячий чай с молоком, либо просто теплое молоко. Также рекомендуется принимать различные абсорбенты, которые помогут нейтрализовать и вывести из организма все ненужные примеси.
Но кроме вреда кислотные дожди имеют и полезное действие.
Кислоты, содержащиеся в облаках над океаном, могут разрушать относительно крупные частицы пыли, содержащие железо, на чрезвычайно мелкие и хорошо растворимые наночастицы, которые легко усваиваются планктоном. Это открытие интересно и с практической точки зрения, как одна из возможностей увеличения биопродуктивности поверхностных вод океана за счет удобрений, для фиксации атмосферного углекислого газа и борьбы с глобальным изменением климата.
Считается, что недостаток железа в той форме, в какой его усваивают микроорганизмы, сильно снижает способность планктона перерабатывать атмосферный углекислый газ в ходе фотосинтеза, и противостоять таким образом глобальному потеплению климата.
Так как облака, содержащие капельки воды с высокой кислотностью, формируются в большей степени в результате промышленных выбросов, ученые полагают, что многие индустриальные страны и в частности Китай, производя много парниковых выбросов, одновременно, в некоторой степени, снижают этот негативный климатический эффект за счет "удобрения" океана.
Для того, чтобы прийти к таким выводам ученые провели эксперименты по получению искусственных облаков в лаборатории. К ним они добавляли частицы пыли, которые поднимаются в атмосферу во время песчаных бурь в Сахаре. Таким образом исследователи смогли отследить все химические процессы протекающие в подобных системах. Свои лабораторные эксперименты авторы публикации подтвердили полевыми наблюдениями.
Пути решения проблемы[5]
Для разрешения проблемы кислотных дождей необходимо уменьшить выбросы двуокиси серы и окиси азота в атмосферу. Этого можно достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения энергии получаемой человеком при сжигании ископаемого топлива и увеличения количества электростанций использующих альтернативные источника энергии (энергия солнечного света, ветра, энергию приливов и отливов). Другие возможности для уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу это:
1. Снижение содержания серы в различных видах топлива. Наиболее приемлемым решением было бы использование только тех видов топлива, которые содержат минимальные количества соединений серы. Однако таких видов топлива очень мало. Только 20% из всех мировых запасов нефти имеют содержание серы менее 0,5%. И в будущем, к сожалению, содержание серы в используемом топливе будет увеличиваться, так как нефть с низкими содержаниями серы добывается ускоренными темпами. Также дело обстоит и с ископаемыми углями. Удаление серы из состава топлива оказалось очень дорогим процессом в финансовом плане, к тому же удается вывести из состава топлива не более 50% соединений серы, что является недостаточным количеством.
2. Применение высоких труб. Данный метод не уменьшает воздействия на окружающую среду, но увеличивает эффективность перемешивания загрязняющих веществ в более высоких слоях атмосферы, что приводит к выпадению кислотных осадков на более удаленных территориях от источника загрязнения. Данный метод уменьшает воздействие загрязнений на местные экосистемы, но увеличивает опасность кислотных дождей в более удалённых регионах. Кроме того данный метод является очень безнравственным, так как страна в которой происходят эти выбросы переносит часть последствий на другие страны.
3. Технологические изменения. Количество оксидов азота NO, который образуется при горении, зависит от температуры горения. В ходе проведенных экспериментов удалось установить, что чем меньше температура горения, тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени нахождения топлива в зоне горения с избытком воздуха.
Заключение[6]
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 1882 году англичанином Робертом 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
Виной таким изменениям —
оксиды серы и азота, в промышленных
масштабах выбрасываемые в
Косвенным свидетельством
Растения на суше также
страдают от кислотных дождей,
хотя эта проблема менее
Список используемых источников.
1) Интернет-Энциклопедия "Википедия" http://ru.wikipedia.org/wiki/
2) Он-Лайн Библиотека XServer http://www.xserver.ru/user/
3) Откуда берутся «кислотные дожди»//Вокруг света.- 2005.- №6.- с. 70
4) Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с
5) http://www.krugosvet.ru/
