Кислотные осадки. Их влияние и возможности предотвращения

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по экологии

на тему:

Кислотные осадки. Их влияние  и возможности предотвращения.

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

 

§1.Введение

§2.Как образуются кислотные осадки.

§3.История кислотных дождей

§4.Влияние кислотных осадков. Влияние кислотных осадков на биосферу:

4.1.Косвенные воздействия:

4.1.1.Способность почв  к закислению в различных частях  Земли

4.1.2.Закисление пресных  вод

4.1.3.Чувствительность водных организмов к снижению рН в пресных водах, земноводных, фито- и зоопланктона, а также множества прочих живых организмов.

4.2.Непосредственные (прямые) воздействия:

4.2.1.Гибель растений

4.2.2.Прямые воздействия  на человека.

§5.Способы защиты от кислотных дождей:

5.1.Снижение содержания серы в различных видах топлива

5.2.Применение высоких  труб

5.3.Технология изменения

5.4.Известкование

§6. Заключение

§7.Используемые источники  информации

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Введение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Как образуются кислотные осадки.

Что такое вода, знают  все. Ее на Земле огромное количество - полтора миллиарда кубических километров. Если представить Ленинградскую  область дном гигантского стакана  и попытаться в него вместить всю воду Земли, то высота его должна быть больше, чем расстояние от Земли до Луны. Казалось бы, воды так много, что ее должно всегда хватать в избытке. Но беда в том, что во всех океанах вода соленая. Нам же, да и почти всему живому нужна вода пресная. А вот ее не так много. Поэтому мы опресняем воду. В пресной воде рек и озер много растворимых веществ, в том числе ядовитых, в ней могут быть болезнетворные микробы, поэтому использовать ее, а тем более пить без дополнительной очистки нельзя. Когда идет дождь, капли воды (или снежинки, когда идет снег) захватывают из воздуха вредные примеси, попавшие в него из труб какого-нибудь завода. В результате в некоторых местах Земли выпадают вредные, так называемые кислотные дожди. Ни растениям, ни животным это не нравится. Благодатные капли дождя всегда радовали человека, но теперь уже во многих районах планеты дожди превратились в серьезную опасность. Кислотные осадки ( дожди, туманы, снег) - это осадки, кислотность которых выше нормальной. Мерой кислотности является значение pH (водородный показатель). Шкала значения pH идет от 02 ( крайне высокая кислотность), через 7 ( нейтральная Среда) до 14 (щелочная среда), причем нейтральная точка ( чистая вода) имеет pH=7. Дождевая вода в чистом воздухе имеет pH=5,6. Чем ниже значение pH, тем выше кислотность. Если кислотность воды ниже 5,5 , то осадки считаются кислотными. На обширных территориях промышленно развитых стран мира выпадают осадки, кислотность которых превышает нормальную от 10 - 1000 раз (рН= 5-2,5). Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H₂SO₄) и азотной ( HNO₃) кислот. Наличие серы и азота в этих формулах показывает, что проблема связана с выбросом данных элементов в атмосферу. При сжигании топлива в воздух попадает диоксид серы, также происходит реакция атмосферного азота с атмосферным кислородом и образуются оксиды азота. Эти газообразные продукты( диоксид серы и оксид азота) реагируют с атмосферной водой с образованием кислот (азотной и серной ). В водных экосистемах кислотные осадки вызывают гибель рыб и других водных обитателей. Подкисление воды рек и озер серьезно влияет и на сухопутных животных, так как многие звери и птицы входят в состав пищевых цепей, начинающихся в водных экосистемах. Вместе с гибелью озер становится очевидной и деградация лесов. Кислоты нарушают защитный восковой покров листьев, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных микроорганизмов. Во время засухи через поврежденные листья испаряется больше влаги. Выщелачивание биогенов из почвы и высвобождение токсичных элементов способствует замедлению роста и гибели деревьев. Можно предположить, что происходит и с дикими видами животных, когда погибают леса. Если разрушается лесная экосистема, то начинается эрозия почвы, засорение водоемов, наводнение и ухудшение запасов воды становятся катастрофическими. В результате закисления в почве происходит растворение питательных веществ, жизненно необходимых растениям; эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Одновременно выщелачиваются из почвы и тяжелые металлы, которые затем усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения. Используя такие растения в пищу, человек также получает вместе с ними повышенную дозу тяжелых металлов. Когда деградирует почвенная фауна, снижаются урожаи, ухудшается качество сельскохозяйственной продукции, а это, как мы знаем, влечет за собой ухудшение здоровья населения. Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, а также ртуть и свинец. которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды. Алюминий способен вызывать болезнь Альцгеймера, разновидность преждевременного старения. Тяжелые металлы, находящиеся в природных водах, отрицательно влияют на почки, печень, центральную нервную систему, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться через 20 лет и более не только у тех, кто употребляет грязную воду, но и у их потомков. Кислотные дожди разъедают металлы, краски , синтетические соединения, разрушают архитектурные памятники.(Приложение 1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.История кислотных дождей.

 

Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного  развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные издержки. Окисление почв и вод – это комплекс причин, исходных условий и следующих один за другим процессов в химической и биологической системах, которые мы обобщенно называем нашей окружающей средой. Часть процессов окисления является природной, но данные изменения кислотности в системах почвы и воды ни по скорости, ни по общему охвату не могут быть сравнены с окислением, ставшим результатом собственной деятельности человека в промышленной и энергетической областях, а также в определенной части современного использования земли.

Само понятие “кислотный дождь” вошло в обращение 110 лет  тому назад. Английский химик Роберт Ангес Смит обнаружил, что в промышленном городе Манчестере и вокруг него имеются  “три вида воздуха”, а именно: воздух с карбонатом аммония в отдаленных полях; воздух с сульфатом аммония в окрестностях и воздух с серной кислотой или бисульфатом в городе. В 1872 году он писал о “кислотном дожде” в книге “Воздух и дождь” –начала химической климатологии” и рассматривал в ней ряд тех явлений, о которых мы сейчас говорим в связи с проблемой окисления :сжигание угля, разложение органических материалов, траектория ветров, близость к морю, количество осадков на месте. Смит указывал, что кислый воздух в городе обеспечивает краски в тканях и разъедает поверхности металлов, что кислая дождевая вода повреждает растительность и материалы, что такие вещества, как мышьяк, медь и прочие металлы выпадают вместе с дождями в промышленных районах. В начале 40-х годов нашего века шведский почвовед Ханс Эгнер взял на себя инициативу проведения систематических исследований с целью определения возможности обеспечения для растительности дополнительных питательных веществ – “удобрения “за счет использования выпадающих, переносимых воздухом веществ. До 50-х годов атмосферный перенос загрязнителей привлекал внимание прежде всего в связи с переносом и распространением в местном масштабе. Шведские ученые Карл Густав и Эрик Эрикссон убедились в том, что воздух служит в качестве транспортера на длинных и коротких отрезках, и что “багаж” может содержать вещества в различной химической форме, которые постепенно выпадают на землю на больших расстояниях от места их .В 50-х годах нашего века Эвиль Горам заложил основы знаний, которыми мы сегодня располагаем в области окисления водных систем. Он смог свести результаты исследований к ряду принципов, объясняющих происходящее в водных системах при введении в них большого количества окисляющих веществ. После 1950 года произошло очень сильное увеличение выбросов и к в 1960-х годах кислотные дожди определились как проблема в ряде стран Европы и Северной Америки. Появились первые публикации по окружающей среде, которые охватывали крупномасштабные регионы с основными загрязнителями – окислов серы (SO_x) и окислов азота (NO_x) от разработки полезных ископаемых. Которые распространялись на сотни миль от мест разработки ветром, после чего они вымывались из атмосферы дождями, туманами и снегом..В 1968 году Уден опубликовал работу, где он доказал, что осадки над скандинавскими странами постепенно становятся все более кислыми, а также что большие количества окисляющих веществ – сернистые соединения – поступают в виде выбросов из промышленных районов в Центральной Европе и Великобритании. Строго говоря, то, что ветры могут переносить видимые и осязаемые частицы, как например, сажу или песчаную пыль, новостью не было, поскольку такие случаи известны уже давно. В 1755 году было отмечено, что красная песчаная пыль из Сахары достигла Англии, пройдя длинный путь над странами и континентами. В 1881 году ученые в Норвегии утверждали, что загрязнители воздуха, поступившие с ветрами из Англии, явились причиной того, что снег в определенных районах Норвегии принял серую окраску. В 1950 году в Европе можно было чувствовать запах дыма от огромного лесного пожара по другую сторону Атлантического океана, в канадской провинции Альберта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Влияние кислотных осадков.

Влияние кислотных осадков  на биосферу. 
 
Кислотные осадки  оказывают вредное воздействие не только на отдельные предмет или живые существа, но и на их совокупность. В природе и в окружающей среде образовались сообщества растений и животных, между которыми, как и между живыми и неживыми организмами, существует постоянный обмен веществ. Эти сообщества, которые можно также называть экологической системой, обычно состоят из четырех групп: неживые объекты, живые организмы, потребители и разрушители. Влияние кислотности в первую очередь сказывается на состоянии пресных вод и лесов. Обычно воздействия на сообщества бывают косвенными, т.е. опасность представляют не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы (например, высвобождение алюминия). В определенных объектах (почва, вода, ил и т.д.) в зависимости от кислотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов, так как в результате изменения рН изменяется их растворимость. Через питьевую воду и животную пищу, например, через рыбу в организм человека также могут попасть токсичные металлы. Если под действием кислотности изменяются строение почвы, ее биология и химия, то это может привести к гибели растений (например, отдельных деревьев). Обычно эти косвенные воздействия не являются местными и могут влиять на расстоянии нескольких сотен километров от источника загрязнения. 
 
4.1.Косвенные воздействия. 
 
Воздействия на леса и пашни. Кислотные осадки воздействуют либо косвенным путем; через почву и корневую систему, либо непосредственно (главным образом на листву). Подкисление почвы определяется различными факторами. В отличие от вод почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды, т.е. до определенной степени она сопротивляется усилению кислотности. Попавшие в почву кислоты нейтрализуются, что ведет к сохранению существенного закисления. Однако наряду с естественными процессами на почвы в лесах и на пашнях воздействуют антропогенные факторы. Химическая стабильность, способность к выравниванию, склонность почв к закислению изменчивы и зависят от качества подпочвенных пород, генетического типа почвы, способа ее обработки (возделывания), а также от наличия поблизости значительного источника загрязнений. Кроме того, способность почвы сопротивляться влиянию кислотности зависит от химических и физических свойств подстилающих слоев. Косвенные воздействия проявляются по-разному. Например, осадки, содержащие соединения азота, некоторое время способствуют росту деревьев, так как снабжают почву питательными веществами. Однако в результате постоянного потребления 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 увеличению кислотности почвы. В результате этого возрастают потери 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 происходят 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 алюминий, растворенный в сильнокислой среде, ядовит для живущих в почве организмов. Во многих почвах, например, в северных 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, однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков отношение алюминий/кальций в почвенных водах настолько возрастает, что ослабляется рост корней и создается опасность для существования деревьев. Происходящие в составе почвы изменения могут преобразовать 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 Западной Европе произошла главным образом под влиянием косвенных воздействий. Почти полностью погибли леса на площади в несколько сотен тысяч гектаров. 
В Венгрии, согласно исследованиям экологов, погибло более 10% дубов в северном горном массиве. Большей частью это происходит из-за извлечения тяжелых металлов в результате закисления лесных почв. Алюминий и различные тяжелые металлы непосредственно воздействуют на живые существа, но могут также изменить структуру почвы и ее способность обеспечивать питательными веществами. Вероятной причиной омертвения дубов является разрушение прикрепляющихся к корневой системе грибов Mikorrhiza. Эти грибы находятся в симбиозной связи с отдельными высшими растениями (например, с дубом); присоединяясь к разветвленной корневой системе, они в несколько раз увеличивают ее способность впитывать питательные вещества. Для грибов Mikorrhiza характерна очень большая чувствительность к кислотности. Тенденция к их сокращению и гибели в последние годы находится в непосредственной связи с вымиранием дубов. Аналогичная ситуация сложилась с очень редким, находящимся под охраной растением, — орхидеей. Согласно исследованиям венгерских экологов, они в определенных местах полностью исчезли или значительно поредели. Дальнейшую озабоченность вызывает то, что в результате гибели наиболее чувствительных к закислению существ (микроорганизмы 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. Обрабатываемые земли (пашни) находятся в несколько ином положении по сравнению с естественными лесными системами. Причиной повышения кислотности обрабатываемых земель в первую очередь является широкое применение минеральных удобрений. Например, суперфосфаты содержат несколько процентов свободной серной кислоты. Азотистые удобрения содержат значительные количества нитратов и соединений аммония. 
 
4.1.1.Способность почв к закислению в различных частях Земли . 
 
1-высокая; 2-выше средней; 3-средняя; 4-низкая. 
 
Растения, принимая ион аммония, отдают соответствующее количество ионов водорода в почву, что также ведет к ее закислению. Согласно наблюдениям в Венгрии обрабатываемые земли испытывают стремительное закисление. Частично это объясняется тем, что при уборке растений происходит перенос вещества производительного слоя, из-за чего снижается щелочная среда почвы. Главной же причиной является внесение минеральных удобрений. Для нейтрализации их воздействия на 1 га нужно внести 300-400 кг карбоната кальция в год, в то время как для нейтрализации воздействия кислотных осадков достаточно около 10 кг карбоната кальция. Таким образом, на интенсивно удобренных территориях кислотные осадки играют только второстепенную роль в закислении почв. Согласно мнению отдельных специалистов, из-за внесения удобрений в Венгрии может начаться закисление почвы в катастрофических размерах. Этого можно избежать только регулярным известкованием почвы, а также путем исключения использования аммонийсодержащих минеральных удобрений. 
 
4.1.2.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 действуют совместно. На значительных территориях при повышении определенных значений кислотности осадков поверхностные воды оказываются кислыми. Если почва теряет способность нейтрализовать кислоты, то значение рН может снизиться на 1, 5, а в крайних случаях — даже на 2 или на 3. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере - за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна. Изменение рН воды одного из шведских озер. Начиная 60-x годов, кислотность увеличилась почти в 100 раз, т.е. значение рН уменьшилось на 2 (по Ренбергу и Хедбергу). Особенно интенсивно происходит закисление озер в Скандинавских странах и в Канаде. Большинство скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях, богатых известняком. Это связано с тем, что из известняковых почв выделяется ион гидрокарбоната, который обеспечивает щелочную среду и, следовательно, способность к нейтрализации кислот. Такая же ситуация сложилась и у большинства озер в Венгрии. Например, рН воды в оз. Балатон больше 8. Поскольку в химии атмосферы для нейтральной среды принято значение рН = 5, 6, то воду этого озера следует отнести к щелочной. 
Процесс закисления поверхностных вод состоит из трех фаз. 
1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е. уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН. 
2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната. Значение рН тогда падает ниже 5, 5. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать 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 животный 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 (по данным SNV). 
Гибель живых существ помимо действия сильноядовитого иона алюминия может быть вызвана и другими причинами. Под воздействием иона водорода, например, выделяются кадмий, цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество растительных питательных веществ, например, фосфора, начинает уменьшаться, так как в растворе ион алюминия образует с ионом ортофосфата нерастворимый фосфат алюминия, который осаждается в форме донного осадка. Гибель водных живых сообществ может приводить к закислению и выделению тяжелых металлов, а также к нарушению экологического равновесия. Уменьшение рН воды идет параллельно с сокращением популяций или гибелью рыб, 
 
4.1.3.Чувствительность водных организмов к снижению рН в пресных водах. земноводных, фито- и зоопланктона, а также множества прочих живых организмов.

Можно заметить характерные  различия (во флоре и фауне) озер, вода которых имеет близкий состав питательных веществ и ионов, но различную кислотность. До определенных пределов млекопитающие, в том числе и человек, защищены от вредного влияния кислотности, однако в организмах водных животных накапливаются ядовитые тяжелые металлы, которые могут попасть в пищевую цепочку. Наибольших масштабов достигло закисление озер и рек в Швеции, Норвегии, США, Канаде, но этот процесс уже начал распространяться в Дании, Бельгии, Голландии, ФРГ, ГДР, Шотландии и Югославии. Изучение 5000 озер южной Норвегии показало, что в 1750 из них исчезли популяции рыб, а 900 другим озерам угрожает серьезная опасность. Гибель рыбы из-за постоянного выпадения кислотных осадков продолжается.  В южной и средней Швеции отмечены потери рыбы в 2500 озерах, то же самое предполагается еще в 6500 озерах, где обнаружены признаки закисления. Почти в 18 000 озерах рН воды меньше 5, 5, что неблагоприятно влияет на популяцию рыб. В Канаде и северной части США существуют аналогичные проблемы. В Онтарио приблизительно 50 тыс. озер, имеющих гранитное ложе, подвержены относительно сильному действию соединений серы. В Квебеке чувствительные к загрязнениям территории распространены еще больше. На основании скандинавского опыта ожидается, что в будущем эти озера начнут закисляться. В северной части США уже подмечено сокращение популяции лосося приблизительно в 100 озерах. Проблем, связанных с закислением поверхностных вод, в Венгрии, к счастью, не возникает, поскольку в этих водах имеется большое содержание карбонатов и гидрокарбонатов, которые обеспечивают способность нейтрализовать кислоты. Проведенные в различных водах исследования по нагрузке и расчеты на моделях показывают, что воды венгерских рек и озер в большинстве своем способны выдерживать на протяжении долгого времени даже возросшие нагрузки. Исключением являются только некоторые водохранилища, вода которых химически нейтральна, а следовательно, способность их к выравниванию кислотности относительно мала 
 
4.2.Непосредственные (прямые) воздействия.

 

4.2.1.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 основном 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 ненасыщенные 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 принимать различные формы: 1) генетические изменения; 2) видовые 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 виды, например, отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде, поэтому их считают "индикаторами" чистого воздуха. Обычно в сильнозагрязненных местах образуется "лишайная пустыня". В современном городе она существует 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 сопротивляющиеся виды иногда занимают место погибших видов лишайника. Однако кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также оказывать прямое вредное воздействие и на растения более высокого класса. Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих факторов — местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические 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, можно 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 сильнозагрязненным воздухом, например, в Средней Европе. Масштабы гибели растений и повышенные концентрации двуокиси серы в Европе распространены примерно одинаково. Сухие осадки, содержащие двуокись серы, уже атаковали леса Чехословакии, Польши и ГДР. Возможно, самый значительный ущерб причинен ФРГ, где треть всех лесов наполовину погибла. Однако считается, что на упомянутых территориях гибель леса связана не столько с двуокисью серы, сколько с оксидами азота, которые образуются из выхлопов автомобилей. Оксиды азота под воздействием солнечных лучей выделяют озон. Озон с оксидами азота, а также частично с углеводородами, поступающими в атмосферу не только с выхлопными газами, но и из других источников, образует весьма агрессивное вещество PAN (пероксиацетилнитрат). Трудно решить, кто же несет непосредственную ответственность за гибель леса — двуокись серы или оксиды азота. Кажется достаточно вероятным, что вредное воздействие оказывают совместно все агрессивные кислотные вещества, загрязняющие воздух. Многие также придерживаются мнения, что при совместном воздействии вредных веществ влияние каждого из них еще больше усиливается (синергизм). Прямое разрушение растительности кислотными атмосферными веществами происходит и в Венгрии, хотя и в меньших масштабах, чем в Средней Европе. Действие двуокиси серы в Венгрии имеет широкий диапазон, начиная с трудно контролируемого снижения урожайности и кончая гибелью растительности. Здесь, как и в других районах мира, более всего чувствительны к прямому загрязнению хвойные деревья, так как хвоя подвержена воздействию загрязняющих веществ на протяжении нескольких лет в отличие от деревьев, сбрасывающих листву. Самые чувствительные породы — это ель, лиственница и пихта. Однако многие деревья, сбрасывающие листву, также с трудом переносят прямые воздействия вредных веществ (например, бук, граб). Необходимо подчеркнуть, что упомянутая здесь непосредственная гибель растений и косвенные воздействия на них не могут быть отделены друг от друга, так как обычно эти процессы происходят одновременно, и в зависимости от обстоятельств доминирует какой-либо из них. В любом случае, естественно, вредные воздействия дополняют и усиливают друг друга. Следует упомянуть, что наряду с так называемыми небиотическими воздействиями гибели леса содействуют и биотические факторы. К ним относятся, например, некоторые грибы и насекомые (гриб Ceratocystis, лист Ожорка). Иногда вредное влияние приписывают только биотическим факторам, иногда, наоборот, только небиотическим. Наиболее вероятным кажется мнение, согласно которому небиотические факторы, т.е. факторы окружающей среды, ослабляют растения, которые в меньшей степени могут сопротивляться биотическими воздействиям, и, таким образом, эти воздействия проявляются совместно.  

4.2.2.Прямые воздействия на человека.

 

Естественно, атмосферные 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 зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации  около 1 мг/м3 возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача 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 ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие 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 значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг/м3. В настоящее время норма для состава воздуха на незащищенных территориях почти соответствует этому значению. На защищенных территориях нормативы, естественно, строже. В то же время ожидается, что в недалеком будущем установят еще более низкие нормативные значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга, т.е. проявится уже упомянутый синергизм. Также установлена зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т.д.). На отдельных загрязненных территориях число заболеваний было в несколько раз больше, чем на контрольных территориях. Помимо первичного прямого воздействия, на человека косвенно влияет и закисление окружающей среды. В предыдущих главах мы видели, что косвенные воздействия в первую очередь оказывают ядовитые металлы (алюминий, тяжелые металлы). Эти металлы легко могут попасть в пищевую цепочку, в конце которой стоит человек. Проведенные в Венгрии обследования показали, что содержание цинка в свинине и говядине, а также в мясных продуктах довольно часто превышает допустимый уровень(10%). Кадмий также встречается в говядине в концентрациях, превышающих допустимые. Медь и ртуть в безопасных концентрациях обнаружены главным образом в мясе птицы. 
Кислотный дождь может также причинять вред металлам, различным зданиям и памятникам. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из песчаника и известняка, а также расположенные под открытым небом скульптуры. В Италии, Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении сотен и тысяч лет памятники старины и различные предметы за последние десятилетия сильно разрушились в результате действия выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Способы защиты от кислотных дождей.

 

Кислотные дожди  могут оказывать как прямое, так  и косвенное  воздействие

на живую  и неживую  природу.  Из  этого  следует,  что  меры  по  частичному восполнению ущерба  или  предотвращению  дальнейшего  разрушения  окружающей среды могут быть различными. Наиболее  эффективным  способом  защиты  следует  считать   значительное

сокращение  выбросов  двуокиси  серы  и  окиси  азота.  Этого  можно  достичь несколькими методами, в том числе путем сокращения использования  энергии  и создания  электростанций,  не  использующих  минеральное   топливо.   Другие возможности уменьшения выброса загрязнений в атмосферу —  удаление  серы  из топлива  с  помощью  фильтров, регулирование процессов горения и другие технологические решения.

 

5.1.Снижение содержания серы в различных видах топлива.

 

Лучше всего  было  бы использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких  видов  топлива очень мало. По приближенным оценкам из известных в настоящее  время  мировых запасов нефти  только  20%  имеют  содержание  серы  менее  0,  5%.  Среднее содержание серы в используемой нефти увеличивается, так как нефть  с  низким содержанием серы добывается ускоренными темпами. Так же обстоит дело и с углями. Угли с низким содержанием серы находятся практически только в Канаде и  Австралии,  но  это  только  небольшая  часть имеющихся залежей угля. Содержание серы в углях колеблется от  0,5  до  1,0%. Таким образом, энергоносители с низким содержанием серы у нас имеются  в ограниченном количестве. Если мы не хотим, чтобы  содержавшаяся  в  нефти  и угле сера попала в  окружающую  среду,  необходимо  принимать  меры  для  ее удаления. Во  время  переработки  (дистилляции)  нефти  остаток  (мазут)  содержит большое количество серы. Удаление серы из мазута — процесс очень сложный,  а

в результате удается  освободиться всего от 1/3  или  2/3  серы.  К  тому  же

процесс очистки  мазута от серы требует от производителя  больших  капитальных вложений. Сера  в  угле  находится частично  в неорганической,  а   частично   в  органической форме. Во  время очистки,  когда удаляют несгораемые части, удаляется  также  часть  пирита.  Однако  таким  способом  даже  при   самых благоприятных условиях можно освободиться только от  50%  общего  содержания серы  в  угле.  С  помощью  химических  реакций  могут  быть   удалены   как органические, так и неорганические серосодержащие соединения. Но в  связи  с тем, что процесс идет при высоких  температурах  и  давлениях,  этот  способ оказался гораздо дороже предыдущего. Очистка  угля  и  нефти  от  серы,  таким  образом,  представляет  собой достаточно сложный и малораспространенный процесс, причем  затраты  на  него весьма  высоки.  Кроме  того,  даже  после  очистки  энергоносителей  в  них остается  приблизительно  половина  первичного  содержания   серы. Поэтому очистка от  серы  является  не  самым  лучшим  решением  проблемы  кислотных дождей.

  

5.2.Применение высоких труб.

 

Это один из наиболее спорных способов. Сущность его  заключается  в  следующем.   Перемешивание   загрязняющих   веществ в значительной степени зависит от высоты  дымовых  труб.  Если  мы  используем низкие  трубы  (здесь  в   первую   очередь   необходимо   вспомнить   трубы электростанции), то выбрасываемые соединения серы и азота  перемешиваются  в меньшей степени и быстрее выпадают в осадок, чем при наличии  высоких  труб. Поэтому в  ближайшем  окружении  (от  нескольких  километров  до  нескольких десятков километров) концентрация оксидов серы  и  азота  будет  высокой  и, естественно,  эти  соединения  будут  причинять  больше  вреда.  Если  труба высокая,  то  непосредственные  воздействия   уменьшаются,   но   возрастает эффективность перемешивания, что означает большую опасность  для  отдаленных районов (кислотные дожди) и для всей атмосферы в  целом  (изменение  серы в газах, образующихся во время горения топлива химического состава  атмосферы, изменение климата). Таким образом, строительство высоких труб,  несмотря  на распространенное мнение, не решает  проблемы  загрязнения  воздуха,  зато  в значительной степени увеличивает "экспорт"  кислотных  веществ  и  опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных  местах.  Следовательно,  увеличение высоты  трубы   сопровождается   тем,   что   непосредственные   воздействия загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и  т.п.)  уменьшаются,  однако косвенные   воздействия   (влияние   на    экологию    удаленных    районов) увеличиваются.   Строительство   высоких   труб    в    известной    степени безнравственно,   поскольку   страна,   где   происходят   сильные   выбросы загрязнений,  переадресовывает  часть  кислотных   осадков   вместе   с   их неблагоприятными последствиями в другие страны.

 

5.3.Технологические изменения.

 

Известно, что  в  процессе  горения  топлива  азот  и  кислород  воздуха

образуют  окись  азота  NO,  которая  в  значительной  степени  способствует

повышению кислотности  осадков.  Выше  было  указано,  что  в  целом  в  мире горение топлива дает две трети всех антропогенных выбросов. Количество оксида азота NO, который образуется при горении,  зависит  от

температуры горения. Выявлено,  что  чем  меньше  температура  горения,  тем меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO  зависит  от  времени нахождения топлива в зоне горения  и  от  избытка  воздуха.  Таким  образом, соответствующим   изменением   технологии   можно    сократить    количество выбрасываемого загрязняющего вещества. Количество выбрасываемых соединений серы  можно  значительно  уменьшать с помощью технологии сжигания топлива с  большой  скоростью  в специальной печи.  С  помощью этого процесса  уменьшается содержание  серы  в газах, образующихся во время горения топлива. В  зону  горения  (с  перфорированной   подстилкой)   направляют   поток несгораемого  вещества,  связывающего  серу.  Всасываемый  снизу  с  большой скоростью воздух измельчает и перемешивает вещество,  находящееся  в  объеме

горения. С помощью  этого процесса можно не только уменьшить  выброс  двуокиси серы, но и снизить количество образующегося оксида азота  NO,  так  как  при этом снижается температура горения. Сокращения выброса двуокиси серы можно также достичь  очисткой  конечных газов от серы. Наиболее  распространенный  метод  —  мокрый  процесс,  когда

конечные газы  барботируют  через  раствор  известняка,  в  результате  чего

образуются  сульфит или сульфат кальция.  Таким  способом  удаляется  большая часть серы. Этот способ еще не получил широкого распространения.

                             

5.4.Известкование.

 

Для уменьшения закисления в озера и в почву  добавляют щелочные  вещества (например, карбонат кальция). Эта операция  называется  известкованием.  Его достаточно часто применяют в Скандинавских странах,  где известь  распыляют на почву или на водосборную территорию  с  вертолетов.  Известь, попадая  в воду, быстро растворяется, а  образующаяся  в  результате  гидролиза  щелочь сразу же нейтрализует кислоты. Можно подсчитать, что в 1 м3 воды  необходимо внести около 5 г извести  для  изменения  значения  рН  с  4,  5  до  6,  5. Известкование применяют для обработки кислых почв с целью их  нейтрализации. Наряду с преимуществами известкование имеет ряд недостатков:

- в проточной и быстро перемешивающейся воде озер  нейтрализация  проходит недостаточно эффективно;

- происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия  вод и почв;

- не удается устранить все вредные последствия закисления.

С помощью известкования  нельзя удалять тяжелые металлы. Эти  металлы  во время уменьшения кислотности  переходят  в  труднорастворимые  соединения  и осаждаются, однако при добавлении  новой  дозы  кислот  снова растворяются, представляя, таким образом, постоянную потенциальную опасность для озер.

Кроме  описанных  выше  известно  еще  множество  способов   защиты   от

загрязнений. Например,  погибшие  популяции  животных  и  растений  заменяют новыми, которые лучше  переносят  закисление.  Памятники  культуры  с  целью предотвращения дальнейшего их разрушения обрабатывают специальной глазурью.

Рассмотренные здесь способы имеют одно общее  свойство — их использование до сих пор не привело к существенному уменьшению  выбросов оксидов серы и азота.  Не  достигнуты  заметные   успехи   и   в   предотвращении вредных воздействий, вызываемых кислотными дождями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Заключение.

 

Нам уже известно, что дальнейшее закисление окружающей среды зависит  от того, как будет обстоять дело с  антропогенными  выбросами  оксидов  серы  и азота в атмосферу. Разумеется,  предсказать  это  очень  сложно.  Однако мы можем  сделать  определенное  заключение  на  основе  анализа  интенсивности выбросов в прошлом. Оцененный таким способом выброс двуокиси серы в  будущем тысячелетии значительно больше нынешнего уровня.  Согласно  этому  ожидается рост закисления окружающей среды, а причиняемый  кислотными  осадками  ущерб станет катастрофическим. Это вызывает большое беспокойство, если принять  во внимание,  что  и  настоящие  уровни  выброса  уже  приводят  к  ужасающим последствиям. Неблагоприятно  положение  и  с  выбросами  оксидов  азота,  поскольку антропогенные выбросы соединений азота  по  сравнению  с  соединениями  серы увеличиваются еще более высокими темпами. В определенных странах  увеличение  эмиссии  двуокиси  серы,  кажется, удалось остановить. Что касается оксидов азота, то и  в  Европе  и  во  всем мире продолжают увеличиваться выбросы NO2, особенно в связи с возрастающим числом автомобилей. В некоторых странах проблема эмиссии оксидов серы и азота  является  в какой-то  мере  политической,  так  как  в  результате  их   распространения загрязняющие вещества попадают за пределы государственной  границы,  и  одно государство  может  обвинить  другое  в   ущербе,   причиненном   кислотными осадками,  соответственно  потребовав  его  возмещения.  Канада,   например, действует таким образом по отношению к  США,  а  Швеция  —  по  отношению  к промышленно развитым государствам  Европы.  Специалисты  Европы  и  Северной

Америки серьезно обеспокоены дальнейшими последствиями  выпадения  кислотных осадков.  Многочисленные  международные  организации  по  охране  окружающей среды  занимаются  проблемами  крупномасштабного  распространения   веществ, загрязняющих воздух. Международный  исследовательский   институт   прикладного   системного анализа (IIASA) проводит изучение моделей  с  целью  установления  возможной

кислотности почв, вод и т.п. через десятки лет. Результаты  говорят  о  том,

что почвы и  леса в Европе  могут  быть  спасены  от  дальнейшего  закисления только путем значительного сокращения выбросов. Эти выбросы должно самостоятельно регулировать каждое государство. Для уменьшения  эмиссии  загрязняющих  веществ  в   атмосферу   существует   ряд

способов:

- сильное сокращение использования энергии;

- ввод новых технологий, установка фильтрующего оборудования;

- использование слабозагрязняющих либо совсем незагрязняющих  источников энергии.