Кислотные осадки. Причины образования. Воздействие на биосферу

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

КИСЛОТНЫЕ ОСАДКИ. ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ. ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БИОСФЕРУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

       Человек  всегда использовал окружающую  среду в основном  как  источник

ресурсов, однако в течение очень длительного  времени  его  деятельность  не

оказывала заметного влияния на биосферу.  Лишь  в  конце  прошлого  столетия

изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на  себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали  и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую  цивилизацию.  Стремясь к  улучшению  условий  своей  жизни,  человек  постоянно  наращивает   темпы материального  производства,  не  задумываясь  о  последствиях.  При   таком подходе большая часть взятых от природы  ресурсов  возвращается  ей  в  виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это  создает  угрозу и существованию биосферы, и самого человека.

      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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ

 

     Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь  со  снегом,  -  рН  которых  меньше,  чем среднее значение рН дождевой воды (средний рН для  дождевой  воды  равняется 5.6). Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы  (SO2)

и окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в  кислотообразующие

частицы. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы,  превращая  ее  в

растворы кислот,  которые  и  понижают  рН  дождевой  воды.  Впервые  термин

«кислотный дождь» был введен в 1872 году английским  исследователем  Ангусом

Смитом. 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 жизни в водоемах,  лесов,  урожаев,  и  растительности.  Кроме

того кислотные дожди разрушают здания и  памятники  культуры,  трубопроводы,

приводят  в  негодность  автомобили,  понижают  плодородие  почв   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

двуокись углерода (СО2), вступают в  реакцию  с  дождевой  водой.  При  этом

образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). Тогда как в  идеале

рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни показатель  кислотности

(рН)  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.

      Кислотный  дождь образуется в результате  реакции между водой  и  такими

загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными  оксидами  азота

(NOх). 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.

      Последствия  выпадения кислотных дождей наблюдаются  в  США,  Германии,

Чехии,  Словакии,  Нидерландах,  Швейцарии,  Австралии,  республиках  бывшей

Югославии и еще во многих странах земного шара.

      Кислотный  дождь  оказывает  отрицательное  воздействие  на  водоемы  -

озера, реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что  в

них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут  в  воде  со

значениями рН между 7  и  9.2.  С  увеличением  кислотности  (показатели  рН

удаляются влево от точки отсчета  7)  водяные  растения  начинают  погибать,

лишая  других  животных  водоема  пищи.  При  кислотности  рН   6   погибают

пресноводные креветки. Когда кислотность  повышается  до  рН  5.5,  погибают

донные  бактерии,  которые  разлагают  органические  вещества  и  листья,  и

органический мусор начинает скапливаться на дне.  Затем  гибнет  планктон  -

крошечное  животное,  которое  составляет  основу  пищевой  цепи  водоема  и

питается веществами, образующимися при  разложении  бактериями  органических

веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба,  большинство

лягушек и насекомых.

      Кислотный  дождь наносит вред не только  водной флоре и фауне. Он  также

уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до  сегодняшнего

дня механизм до конца еще не изучен,  сложная  смесь  загрязняющих  веществ,

включающая  кислотные  осадки,  озон,  и  тяжелые  металлы   в  совокупности

приводят к деградации лесов.

 

     Вулканическая деятельность.  При  извержении  вулкана  в  атмосферу

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  это  количество

незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы  же

извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.

      В результате  деятельности человека в атмосферу  попадают  значительные

количества соединений серы,  главным  образом  в  виде  ее  двуокиси.  Среди

источников этих соединений на первом месте стоит уголь, сжигаемый в  зданиях

и на электростанциях, который дает 70%  антропогенных  выбросов.  Содержание

серы (несколько процентов)  в  угле  достаточно  велико  (особенно  в  буром

угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ,  а  часть  серы

остается в золе в твердом состоянии.

      Содержание  серы  в  неочищенной  нефти  также  достаточно  велико   в

зависимости  от  места  происхождения  (0,  1-2%).  При  сгорании   нефтяных

продуктов сернистого газа образуется значительно меньше,  чем  при  сгорании

угля.

      Источниками  образования  двуокиси  серы  могут  быть  также  отдельные

отрасли  промышленности,   главным   образом   металлургическая,   а   также

предприятия  по  производству  серной  кислоты  и  переработке   нефти.   На

транспорте загрязнение соединениями серы относительно незначительно,  там  в

первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

      Таким образом, ежегодно в результате деятельности  человека в атмосферу

попадает 60-70 млн т. серы в виде двуокиси серы.  Сравнение  естественных  и

антропогенных выбросов соединений серы показывает,  что  человек  загрязняет

атмосферу газообразными  соединениями  серы  в  3-4  раза  больше,  чем  это

происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в  районах  с

развитой  промышленностью,  где  антропогенные  выбросы  в   несколько   раз

превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке.

      Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека  (30-40

млн т), приходится на Европу.

      В состав  атмосферы  входит  ряд  азотсодержащих  микровеществ,  но  в

кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись  азота,

которые в результате протекающих  в  атмосфере  реакций  образуют  азотистую

кислоту.

      Кислотную  среду  в   атмосфере   создает   также   азотная   кислота,

образующаяся из оксидов азота. Если находящаяся в  воздухе  азотная  кислота

нейтрализуется,   то   образуется   азотнокислая   соль,   которая    обычно

присутствует в атмосфере в виде  аэрозолей.  Это  относится  также  к  солям

аммония, которые получаются в результате  взаимодействий  аммиака  с  какой-

либо кислотой.

      Почвенная эмиссия оксидов азота. В  процессе  деятельности  живущих  в

почве денитрифицирующих бактерий из нитратов  высвобождаются  оксиды  азота.

Согласно современным данным  ежегодно  во  всем  мире  образуется  8  млн  т

оксидов азота.

      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.  В  состоянии  плазмы

атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую  реакцию.  Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн т  в год.

    Горение  биомассы. Этот источник может быть  как  естественным,  так  и

искусственным.  Наибольшее  количество   биомассы   сгорает   в   результате

выжигания леса (с целью получения производственных  площадей)  и  пожаров  в

саванне.  При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов  азота  в год.   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  обратное  попадание   образовавшихся   оксидов  в

тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические  процессы  в  океанах.

Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн  т  оксидов азота.

   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.  Количество  образовавшегося  оксида

азота NO пропорционально  температуре  горения.  Кроме  того,  оксиды  азота

образуются в результате горения имеющихся в топливе азотсодержащих  веществ.

Сжигая топливо, человек ежегодно выбрасывает  в  воздух  12  млн  т  оксидов

азота.. Значительным источником оксидов азота также является транспорт.

     В   целом   количества   естественных   и    искусственных    выбросов

приблизительно одинаковы, однако последние, так же как и выбросы  соединений