Причини кислотних дощів
Основна причина випадання кислотних дощів - наявність в атмосфері за рахунок промислових викидів оксидів сірки та азоту, хлористого водню і інших кислотообразующих з'єднань. В результаті дощ і сніг виявляються підкисленим. Освіта кислотних дощів і їх вплив на навколишнє середовище показано на рис. 1 і 2.
Присутність в повітрі помітних кількостей, наприклад, аміаку або іонів кальцію призводить до випадання не кислий, а лужних опадів. Однак їх також прийнято називати кислотними, оскільки вони при попаданні на грунт або у водойму змінюють їх кислотність.
Підкислення природного середовища негативно відбивається на стані екосистем. В цьому випадку з грунту вилуговуються не тільки поживні речовини, але й токсичні метали, наприклад свинець, алюміній і ін.
У підкисленою воді збільшується розчинність алюмінію. В озерах це призводить до захворювання і загибелі риб, до уповільнення розвитку фітопланктону і водоростей. Кислотні дощі руйнують облицювальні матеріали (мармур, вапняки ін.), Значно знижують термін служби залізобетонних конструкцій.
Таким чином, окислення природного середовища - одна з найважливіших екологічних проблем, яка потребує вирішення в найближчому майбутньому.
Мал. 1. Освіта кислотних дощів і їх вплив на навколишнє середовище
Мал. 2. Орієнтовна кислотність дощової води і деяких речовин в одиницях рН
Проблема кислотних опадів
Розвиток промисловості, транспорту, освоєння нових джерел енергії призводять до того, що кількість промислових викидів постійно збільшується. Це пов'язано головним чином з використанням горючих копалин на теплових електростанціях, промислових підприємствах, в двигунах автомобілів і в системах опалення житлових будинків.
В результаті спалювання викопного палива в атмосферу Землі надходять сполуки азоту, сірки, хлору, інших елементів. Серед них переважають оксиди сірки - S02 і азоту - NOx (N20, N02). З'єднуючись з частинками води, оксиди сірки і азоту утворюють сірчану (H2SO4) і азотну (HNO3) кислоти різної концентрації.
У 1883 р шведський вчений С. Арреніус ввів в обіг два терміни - «кислота» і «основа». Він назвав кислотами речовини, які при розчиненні у воді утворюють вільні позитивно заряджені іони водню (Н +), а підставами - речовини, які при розчиненні у воді утворюють вільні негативно заряджені гідроксид-іони (ОН).
Водні розчини можуть мати рН (показник кислотності води, або показник ступеня концентрації іонів водню) від 0 до 14. Нейтральні розчини мають рН 7,0, кисле середовище характеризується значеннями рН менше 7,0, лужна - більше 7,0 (рис. 3 ).
У середовищі з рН 6,0 гинуть такі види риб, як лосось, форель, плотва і прісноводні креветки. При рН 5,5 гинуть лонні бактерії, які розкладають органічні речовини і листя, і органічне сміття починає накопичуватися на дні. Потім гине планктон - крихітні одноклітинні водорості і найпростіші безхребетні, які становлять основу харчового ланцюга водойми. Коли кислотність досягає рН 4,5, гине вся риба, більшість жаб і комах, виживають тільки деякі види прісноводних безхребетних.
Мал. 3. Шкала кислотності (рН)
Встановлено, що на частку техногенних викидів, пов'язаних зі спалюванням викопного вугілля, припадає близько 60-70% їх загальної кількості, на частку нафтопродуктів - 20-30%, на інші виробничі процеси - 10%. 40% викидів NOx складають вихлопні гази автомобілів.
Наслідки кислотних дощів
Атмосферні опади, які характеризуються сильнокислой реакцією (звичайно рН<5,6), получили название кислотных (кислых) дождей. Впервые этот термин был введен британским химиком Р.Э. Смитом в 1872 г. Занимаясь вопросами загрязнения г. Манчестера, Смит доказал, что дым и пары содержат вещества, вызывающие серьезные изменения в химическом составе дождя, и что эти изменения можно заметить не только вблизи источника их выделения, но и на большом расстоянии от него. Он также обнаружил некоторые вредные последствия кислотных дождей: обесцвечивание тканей, коррозию металлических поверхностей, разрушение строительных материалов и гибель растительности.
Фахівці стверджують, що термін «кислотні дощі» недостатньо точний. Для такого типу забруднювачів краще підходить вислів «кислотні опади». Дійсно, забруднюючі речовини можуть випадати не тільки у вигляді дощу, але і у вигляді снігу, хмар, туману ( «вологі опади»), у вигляді газу і пилу ( «сухі опади») в посушливий період.
Незважаючи на те що сигнал тривоги пролунав більше ста років тому, індустріальні держави довго ігнорували небезпеку кислотних опадів. Але ось в 60-і рр. XX ст. екологи повідомили про зменшення косяків риби і навіть повному її зникнення в деяких озерах Скандинавії. У 1972 р проблема кислотних дощів була вперше піднята вченими-екологами Швеції на Конференції ООН з навколишнього середовища. З цього часу небезпека глобального закислення навколишнього середовища перетворилася в одну з найбільш гострих проблем, що обрушилися на людство.
Станом на 1985 рік в Швеції через кислотних дощів серйозно постраждав рибний промисел в 2500 озерах. У 1750 з 5000 озер Південної Норвегії повністю зникла риба. Дослідження водойм Баварії (Німеччина) показало, що в останні роки спостерігається різке скорочення чисельності, а в окремих випадках - і повне зникнення риби. При вивченні 17 озер в осінній період було встановлено, що показник рН води коливався від 4,4 до 7,0. В озерах, де показник рН склало 4,4; 5,1 і 5,8, не було спіймано жодної рибини, а в інших озерах виявлені тільки окремі екземпляри озерної і райдужної форелі і гольця.
Поряд із загибеллю озер відбувається деградація лісів. Хоча лісові грунти менш сприйнятливі до підкислення, ніж водойми, що виростає на них рослинність вкрай негативно реагує на збільшення кислотності. Кислі опади у вигляді аерозолів обволікають хвою і листя дерев, проникають в крону, стікають по стовбуру, накопичуються в грунті. Прямий збиток виражається в хімічному опіку рослин, зниженні приросту, зміну складу подпологового рослинності.
Кислотні опади руйнують будівлі, трубопроводи, виводять з ладу автомобілі, знижують родючість грунтів і можуть сприяти просочування токсичних металів у водоносні шари ґрунту.
Руйнівній дії кислотних опадів піддаються багато пам'ятників світової культури. Так, за 25 століть мармурові статуї всесвітньо відомого пам'ятника архітектури Стародавньої Греції Акрополя постійно піддавалися впливу вітрової ерозії і дощів. Останнім часом дію кислотних опадів прискорило цей процес. Крім того, це супроводжується і осадженням на пам'ятках кірки сажі у вигляді двоокису сірки, що виділяється промисловими підприємствами. Для з'єднання окремих архітектурних елементів стародавні греки використовували невеликі стрижні і скоби з заліза, покриті тонким шаром свинцю. Тим самим вони були захищені від іржі. Під час реставраційних робіт (1896-1933) були використані сталеві деталі без всяких запобіжних заходів, і внаслідок окислення заліза під дією розчину кислот в мармурових структурах утворюються великі тріщини. Іржа викликає збільшення обсягу, і мармур розколюється.
Результати досліджень, проведених з ініціативи однієї з комісій ООН, свідчать, що кислотні опади надають згубний вплив і на старовинні вітражне скло в деяких містах Західної Європи, що може остаточно їх зруйнувати. Під загрозою знаходиться більше 100 000 зразків кольорового скла. Старовинні вітражі знаходилися в хорошому стані до початку XX в. Однак за останні 30 років процес руйнування прискорився, і якщо не будуть проведені необхідні реставраційні роботи, через кілька десятків років вітражі можуть загинути. Особливої небезпеки піддається кольорове скло, виготовлене в VIII-XVII ст. Це пояснюється особливостями технології виробництва.
Речовини, що містять сірку, надають згубний вплив також на шкіряні і паперові вироби. Старовинні зразки шкіри, оброблені органічними речовинами, так само як і папір, схильні до дії двоокису сірки: в результаті вони стають ламкими. Особливо страждає папір, виготовлена після 1750 р