Кислотные дожди

Санкт - Петербургский государственный  Политехнический университет

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по экологии на тему:

«Кислотные дожди».

 

 

Выполнила: студентка гр. 4021/10

ЭлМФ

Западнова Е.А.

Работу проверил: преподаватель  по экологии

 Никифоров А.Г.

 

 

 

 

 

г. Санкт – Петербург 

2012 г.

 

Содержание:

 

• Введение…………………………………………………………………….3
• Понятие кислотности, кислотный дождь…………………………………4
• Причины возникновения кислотных дождей…………………………….6
• Последствия кислотных дождей…………………………………………10
• Меры по охране атмосферы от кислотообразующих выбросов……….16
• Заключение………………………………………………………………..19
• Список используемой литературы………………………………………21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение:

Человечество, к сожалению, каждый день, час и минуту наносит  непоправимый вред окружающей природной  среде. С экранов телевизора часто  можно услышать очередную весть  о случившейся природной катастрофе, будь-то землетрясение, наводнение, извержение вулкана, сход лавины.

Но в последнее время  проскальзывают известия и о том, что после выпадения осадков  в виде дождя, листья здоровых деревьев покрылись непонятными пятнами, а в худших случаях – вовсе  отпали. Что стало причиной данной аномалии? Ученые нашли ответ на данный вопрос, который звучит не утешительно  – этот эффект вызывают кислотные  дожди.[1]

 

 

 

 

 

 

Понятие кислотности, кислотный дождь:

Несмотря на «постиндустриальное» звучание, термину «кислотный дождь» 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. [2]

Для начала, рассмотрим само понятие «кислотность».

Кислотность водного раствора обусловлена наличие в нем  положительных водородных ионов  Н+ и оценивается концентрацией  в 1 литре раствора C(H+) (моль/л или  г/л).

В абсолютно чистой воде концентрации ионов Н+ и ОН– равны и раствор нейтрален. В кислых растворах преобладают ионы Н+, в щелочных – ионы ОН–, однако их произведение в любых условиях постоянно. Следовательно, увеличение концентрации одного типа ионов приводит к уменьшению концентрации другого типа в том же количестве.

На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается водородным показателем рН (от латинского «пундус гидрогениум» — вес водорода), представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов рН = –lgC(H+). Эта величина может изменяться в небольших пределах – всего от –1 до 15 (а чаще – от 0 до 14). При этом изменению концентрации ионов Н+ в 10 раз соответствует изменение рН на одну единицу. Таким образом, концентрация водородных ионов в среде с рН = 5 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 6, 7 и 8 соответственно.

Кислыми называют растворы, в которых рН < 7, и, соответственно, чем ниже уровень pH, тем кислее раствор. В щелочных растворах рН > 7, и, чем ближе это значение к 14, тем раствор считается более щелочным. Установленная шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) до рН = 14 (крайне высокая щелочность). Нейтральная среда имеет показатель ph, равный 7 (при комнатной температуре). [3]

Показатель кислотности  pH различных веществ и систем, встречающихся в повседневной жизни приведён на рис.1.  

Рис.1 Показатель кислотности различных веществ и систем.[4] 

Таким образом, в заключение данного параграфа, мы можем сделать следующий вывод, о том, что согласно учению о кислотности, широко распространенный термин «кислотные дожди» обозначает атмосферные осадки - дождь, снег, туман, содержащие техногенные примеси, из-за которых их кислотность превышает нормальный уровень, т.е. рН ниже 5,6. [5]

Причины возникновения кислотных дождей:

Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой  и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO₂) и различными оксидами азота (NO_х). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Источники соединений серы:

 

Естественные источники  эмиссии серы в атмосферу:

 

I.  Биологическое выделение.  Почти все без  исключения  традиционные  модели круговорота серы показывали, что около 50% серы появляется в атмосфере  за счет её  биологических  превращений  в  почвенных  и  водных  экосистемах. Предполагается,   что   в   результате   происходящих   микробиологических процессов, в этих естественных экосистемах  сера  улетучивается в форме сероводорода (H₂S).

 

Многочисленные  научные  данные  свидетельствуют,  что микроорганизмы продуцируют сероводород в основном двумя путями:

1. восстановление сульфатов.

2. разложение органического  вещества.

 

Desulfovibrio а также родственные им бактерии, восстановители сульфатов, во множестве  населяют  болота,  топи  и  слабо  дренированные  почвы.  Данные микроорганизмы используют сульфаты как конечный акцептор электронов.  Также чрезвычайно большая и разнообразная группа  микроорганизмов,  включающая аэробы, термофилы, психрофилы, бактерии, актиномицеты  и грибы,  разлагает серосодержащие  органические   соединения   и   высвобождает   сероводород.

 

Поверхность моря и его  глубинные слои также  может  содержать  значительные количества  сероводорода.  В  настоящее  время  не  совсем  точно  известны источники  образования  диметилсульфида,  но  предполагается,  что   в   их возникновении  принимают  участие   морские   водоросли.   Выделения   серы биологическим путем не превышают 30 – 40 млн.  т.  в  год,  что  составляет приблизительно 1/3 от всего выделяемого количества серы.

 

II. Вулканическая деятельность. При извержении  вулкана  в   атмосферу  Земли наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород,  сульфаты и элементарная сера. Эти соединения поступают  главным  образом  в  нижний слой – тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях,  наблюдается увеличение концентрации соединений серы  и  в  более  высоких  слоях  –  в стратосфере.  С  извержением  вулканов  в  атмосферу  ежегодно  в  среднем попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений. Для тропосферы  данное количество серы незначительно по сравнению с биологическим выделением, для стратосферы же извержения вулканов  являются  самыми  важными  источниками появления серы.

 

III.  Поверхность  океанов.  После  испарения  капель  воды,  поступающих  в атмосферу с поверхности океанов, остаётся морская соль, содержащая  наряду с ионами натрия и хлора соединения серы – сульфаты.

 

Вместе с частичками морской  соли ежегодно в атмосферу Земли  попадает от 50 до 200 млн. т. серы, что гораздо больше,  чем  эмиссия  серы  в  атмосферу естественным путём.

 

В тоже время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в верхние слои и распыляется над сушей. Однако следует  учитывать тот факт, что из сульфатов морского происхождения не может  образовываться серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков.

 

Антропогенные источники  эмиссии серы в атмосферу:

 

В  результате  деятельности  человека  в  атмосферу  попадают  значительные количества соединений серы, главным образом в  виде  двуокиси  (SO2).Среди источников этих соединений на первом месте в мире стоит уголь, сжигаемый  на электростанциях и др. промышленных предприятиях.  Уголь  дает  70%  от  всех антропогенных  выбросов.  В  процессе  горения  часть  серы,  содержащаяся  в топливе, превращается в сернистый газ, а часть остается  в золе  в твердом состоянии.  Содержание  серы  также  достаточно  велико  (0.1  –  2%)  и   в неочищенной  нефти,  но  эти  показатели  варьируются   в   зависимости   от происхождения,  однако   при   сгорании   нефтепродуктов   сернистого   газ образуется значительно меньше, чем при  сгорании  угля.  В  мире  на  первом месте по выбросам сернистых  соединений  в  атмосферу  стоят  такие  отрасли промышленности как: металлургическая,  предприятия по  производству  серной кислоты  и  переработке  нефти.  Таким  образом,  в результате  деятельности человека в атмосферу Земли попадает ежегодно около 60 – 70 млн.  т.  серы  в виде  двуокиси  серы.

 

Сравнение  естественных  и  антропогенных  источников эмиссии серы и её различных соединений в атмосферу показывает, что  человек, в  результате  своей  деятельности,   загрязняет   атмосферу   Земли   этими соединениями в 2 раза больше, чем  это происходит  в  природе  естественным путем.

 

 Источники соединений  азота:

 

Естественные источники  эмиссии соединений азота в атмосферу:

 

I. Почвенная эмиссия оксидов  азота. В процессе деятельности  живущих в  почвеиденитрифицирующих  бактерий  из  нитратов  высвобождаются  оксиды   азота. Согласно данным на 1990 г. ежегодно во всем  мире  образуется  этим  путем около 8 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот).

 

II. Грозовые разряды. Во время  электрических  разрядов  в  атмосфере, из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние,  молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т.

 

III. Горение биомассы. Данный  вид источника может  иметь   как  искусственное, так и естественное происхождение. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате процесса выжигания леса  (с  целью  получения  производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает  12 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот) в течение года.

 

IV. Прочие источники. Прочие  источники естественных выбросов  оксидов  азота менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся:  окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в  стратосфере  закиси  азота, вследствие чего происходит попадание смеси образовавшихся оксидов NO и NO2 в  тропосферу  и,  наконец,  фотолитические  и биологические процессы  в океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течение года от 2-ух до 12 млн.т. оксидов азота (в пересчете на азот).

 

Антропогенные источники  эмиссии соединений азота в атмосферу:

 

Среди антропогенных источников образования оксидов  азота  на  первом  месте стоит горение ископаемого топлива (уголь,  нефть,  газ  и  т.д.).  Во  время горения  в  результате  возникновения  высокой  температуры  находящиеся   в воздухе  азот  и  кислород   соединяются.   В   данном   случае   количество образовавшегося оксида азота NO пропорционально температуре  горения.  Кроме того, оксиды азота образуются  в  результате  горения  имеющихся  в  топливе азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое  топливо,  человечество  ежегодно выбрасывает в воздушный бассейн Земли около12 млн.т. оксидов азота.  Немного меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает от  сжигания  горючего (бензина, дизельное топливо и т.д.) в двигателях  внутреннего  сгорания.

 

Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1  млн.т.  азота ежегодно. Таким образом, по крайней мере, 37% из почти 56  млн.т.  ежегодных выбросов оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот  процент,  однако, будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы. [6]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Последствия кислотных дождей:

Кислотные дожди оказывают многоплановое  влияние на окружающую среду (рис. 2).

 
Рис.2 Воздействия кислотных дождей на окружающую среду.

 

Проблемы, которые возникают  в связи с выпадением кислотных  дождей:

• Деревья теряют часть листьев, становясь беззащитными перед морозами и болезнями;
• Корни деревьев так же могут замедлить своё развитие, что скажется на нехватке питательных веществ;
• Из-за химических реакций почвы потеряют некоторые микроэлементы и станут менее питательными;
• Увеличение уровня кислотности воды и почв может стать проблемой для водных животных и растений;
• Кислотные дожди могут растворить скрепляющий раствор в кладках зданий, повредить конструкции из природного камня.
• Кислотные дожди могут вызвать различные заболевания у человека. [7]

Как кислотные дожди повреждают растения:

Очень часто растения гибнут в непосредственной близости от источников выбросов загрязняющих веществ. Соединение двуокиси серы адсорбируется на поверхности  растения, при этом проникает вовнутрь растения и там уже участвует в окислительно - восстановительных реакциях. Из-за этого изменяется проницаемость мембран, что в свою очередь затрудняет процессы фотосинтеза и дыхания. От воздействия кислотных дождей в первую очередь гибнут лишайники, поскольку они могут существовать только при чистой окружающей среде. [8]

Кроме того, кислотные дожди не часто повреждают растения напрямую. Вместо этого наиболее вероятно увядание растений из-за повреждения их листвы, закисления почвы и уничтожения питательных веществ в ней, выдерживании корней в контакте с ядовитыми соединениями, которые, попав туда однажды, очень медленно оттуда вымываются. Очень часто повреждение или смерть растений являются результатом синергетического эффекта воздействия последствий кислотных дождей в совокупности с другими причинами.

Учёные знают, что подкисленная вода растворяет питательные вещества и минеральные элементы и вымывает их из почвы до того, как растения сумеют воспользоваться этими веществами для питания и продолжения роста. В это же время кислотные дожди переносят в почву ядовитые для растений компоненты, такие как алюминий. Учёные верят, что такое одновременное сочетание вымывания микроэлементов и увеличения токсичности почвы являются причиной нанесения ущерба растениям. Эти субстанции со временем вымываются из почв и с водой попадают в реки и озёра. Чем более насыщенны дожди кислотой, тем больше вымывается из почвы питательных веществ.[7]