Кислотные атмосферные осадки

Тема: Кислотные атмосферные осадки

8 «Б» СОШ № 9

Попытка прогнозирования  роли азотной  кислоты в окислении озер

 

Понятие «Кислотные дожди»

 

Источники загрязненных выбросов в атмосферу.

 

Кислотные дожди и водоемы

 

Наземные  экосистемы

 

Все больше азотной кислоты в осадках

 

Содержание:

 

Способствуют  ли нитраты окислению озер?

 

Различные реакции почв в перспективах

 

Нитраты  окажут окисляющее действие

 

Проблема  кислотных дождей в  странах

 

Несколько лет  назад выражения “кислотные осадки”  и “кислотные

дожди” были известны лишь ученым, посвященным

в областях экологии и химии атмосферы. Кислотные  осадки являются

проблемой, которая  в случае ее бесконтрольного

развития, может  вызвать в результате существенные экономические и

социальные издержки. Часть процессов окисления является

природной  и  часть деятельности человека.

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

окрестностях  и воздух с серной кислотой или  бисульфатом в городе.

 

 

Понятие «Кислотные дожди»

 

 

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.

 

 

Понятие «Кислотные дожди»

 

Содержание

В начале 40-х годов  нашего века шведский почвовед Ханс Эгнер  взял на себя

инициативу проведения - 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. 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.

 

 

                       Источники загрязненных выбросов в атмосферу.

Источники	Диоксиды серы (% от общего количества)	Оксиды  азота(% от общего количества)
Источники выработки  тепла и электроэнергии	55	37
промышленность	44	13
транспорт	1	50

 

 Изучение баланса серы для Европы в восточной части Северной Америки показало, что в этих регионах (которые являются наиболее загрязненными) антропогенный выброс составляет полностью доминирующую часть циркулирующей через атмосферу серы. Поэтому неудивительно, что на составе воздуха и осадков в этих регионах сильно сказывается деятельность человека. В Европе тепловые электростанции, работающие на угле, торфе, мазуте и газе, а также автотранспорт и сельхозтехника, использующие бензин и солярку, поставляют 85% всей атмосферной серы. В связи с этим многие страны стали вводить у себя контроль за выбросом диоксида серы электростанциями.

 

Источники загрязненных выбросов в атмосферу.

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.

 

Источники загрязненных выбросов в атмосферу.

В 60-е годы огромное внимание привлекли исследования изменений, которые наблюдались в химии  осадков , которые были вызваны кислотными дождями. Было установлено, что основную роль в составе кислотных дождей принадлежит двуокислу серы и  окислу азота, которые оказывали  загрязняющее действие на больших расстояниях. Благодаря интенсивному переносу воздушных  масс. Кислые осадки вызывают изменения, которые происходят на всей поверхности  и производят мобилизацию ионов  всех металлов, особенно Ca, Vg, Al, Mn, Fe, Zn. В природных условиях диоксид серы попадает в атмосферу несколькими путями: морской пеной, брызгами, волнами, в процессе гниения водорослей и жизнедеятельности планктона, в результате извержения вулканов. Однако, в настоящее время половина выбросов двуокиси серы является результатом хозяйственной деятельности человека. На сегодня общий антропогенный выброс серы в атмосферу составляет 75-100 млн. тонн в год.

 

Источники загрязненных выбросов в атмосферу.

В атмосфере благодаря  кислороду и озону индустриальные выбросы  превращаются в серную и  азотную кислоту, а углекислый газ, как исконный, так и внесенный  в процессе хозяйственной деятельностью  человека, превращается  в угольную кислоту. Стоит только SO₂ попасть в воздух, как он сперва превращается в SO₃  а вслед за этим в дело вступает вода, и рождается серная кислота. В сухом воздухе диоксид серы, выброшенный например, из трубы электростанции, может пропутешествовать многие сотни километров от источника и почти целиком избежать превращения в кислоту. А вот попав в облако, в результате соприкосновения с водными парами, диоксид серы окисляется в течение короткого времени (всего за несколько часов). Причем капельки влаги в самих облаках раз в десять кислее, чем дождь, выпадающий на поверхность земли. Другим воздушным загрязнителем являются оксиды азота (NO₂ и NO),которые выбрасываются в атмосферу в результате работы электростанций, автомобильных двигателей. В атмосфере они превращаются в азотную кислоту. В близи большого индустриального города в воздухе находятся также и частицы железа, марганца, которые часто служат катализаторами химических реакций.

 

Превращение серы в природе.

Вдали от промышленных центров решающий вклад  в кислотность дождя и снега  вносит углекислый газ (80%), на серную и  азотную кислоты  приходится лишь 10%. По-иному обстоит дело в небе над индустриальными регионами. Здесь 60% кислотности дает серная кислота, 30% - азотная, 5% - соляная и только 2% - углекислый газ, оставшиеся 3% кислотности  порождают другие примеси.

Об ущербе, наносимом  окислением

озерам и рекам, сообщается с разных

концов света. Больше всего пострадали

Швеция, Норвегия, США и Канада но и

из ФРГ, Бельгии, Голландии, Дании,

Шотландии, ГДР  и Югославии поступают

сведения о  –том, что поверхностные воды

начинают окисляться в тех районах, где

почвы бедны известью.

 

Кислотные дожди  и водоёмы.

     Воздействие кислотных дождей на наземные экосистемы не так четко проявляется. Одной из основных причин этого является то, что почвы по сравнению с водными экосистемами больше забуфферены. Кроме того, многие растения произрастают в обычном режиме на почвах с рН 3,8-5,5 и приспособлены к химическому составу почвенных растворов. Большая часть дождей, выпадающих на лесные массивы являются в основном перехваченными листвой, которые на своей поверхности производят химические изменения их состава. Известно, что любая почва содержит алюминий, который в ней в нерастворимой форме. Соединяясь же с кислотным осадкам алюминий высвобождается из сложных почвенных соединений и вымывается водными потоками.

 

Наземные экосистемы.

Леса также подвергаются воздействию кислотных дождей. В  середине 70-х годов стали замечать, что заросли норвежской ели начали желтеть и осыпаться. Впоследствии, бедствие разгулялось по всей Европе. В Голландии и Великобритании к 1986 г. около трети деревьев оказались  “полностью или умеренно обнаженными” . В ФРГ то же самое случилось  с 20%, в Чехословакии и Швейцарии  примерно с 16% деревьев. Исследователи  определили, что кислые дожди вымывают из почв питательные вещества, высвобождают алюминий, который попадает в корни  деревьев. Из почвы вымываются кальций  и магний. Диоксид серы прямо повреждает зелень – блокирует устьица на листьях и иголках, мешая фотосинтезу. Для некоторых деревьев ядом служит озон, порождаемый выхлопом автомобилей; особенно он вреден, когда соединяется  с диоксидом серы. Уродливо быстро начинают расти ветви, зато корни  усыхают. И вообще многие процессы жизнедеятельности  леса нарушаются.

 

Наземные экосистемы.

В одном американском исследовании указывалось, что доля серной кислоты  в общем количестве кислоты в  осадках за десятилетний период ( с  середины 60-х годов) уменьшилась  с 83 до 66%. Одновременно доля азотной  кислоты увеличилась с 15 до 30%. Таким  образом, повышенная кислотность осадков  может в значительной степени  быть объяснена увеличением количества азотной кислоты. Для возможности  оценки последствий окисления в  почве и воде необходимо также  принимать в расчеты сухое  осаждение. К сожалению, сведения о  его размерах являются немногочисленными  и ненадежными. К тому же, при прохождении  осадков через слой растительности со многими веществами происходят различные  изменения. Как раз для сульфатов  и нитратов может произойти резкое изменение распределения при  прохождении осадков через кроны  деревьев. Как видно, количество сульфатов, достигающих земли в сосновом и еловом лесу, на 50% больше, чем в  открытом поле. В районах с высоким  сухим осаждением данное количество может быть в 2-3 раза больше. Одновременно при прохождении воды через кроны  деревьев отфильтровываются ионы нитратов. Это означает, что “вклад” нитратов в кислотность воды, поступающей  в почву в хвойном лесу, составляет только 5-10% доли сульфатов. При этом кислотность сильно возрастает в  хвойном лесу, где рН может быть на единицу ниже в каплях под деревьями  по сравнению с рН вне крон деревьев. Изменение меньше для лиственных лесов, где рН во многих случая возрастает.

 

Всё больше азотной  кислоты в осадках.

Таким образом, ”переработка”  ионов сульфатов и нитратов происходит в природе по-разному. Это приводит к тому, что влияние нитратов на кислотность почвы и воды, как  правило, меньше того, которое указывается  величинами, определяющими количество мокрых осаждений.

 

Всё больше азотной  кислоты в осадках.

    Поступающие в воду нитратные ионы воспринимаются растительностью в озерах. В результате щелочность повышается и, таким образом, рН понижается во время весенний половодий, а летом снова повышается. Одновременно уменьшается содержание нитратов. С учетом данного процесса оказывается, что результирующее поступление водородных ионов при воздействии азотной кислоты является очень низким в большинстве озерных систем. Если рассматривать положение в течение всего года, то выбросы окислов азота сравнительно мало сказываются на окислении озер. Вопрос заключается в том, играют ли они большую роль в так называемых кислотных толчках, которые преимущественно имеют место весной и осенью. Эти кратковременные, но сильные изменения в водной среде часто являются критическими, например для рыбы. Обычно нитраты составляют большую часть общего потока анионов весной и осенью, когда нитраты не могут эффективно поглащаться растительностью. Поэтому это совпадает с “периодами кислотных толчков”, нитраты могут при этом в течение коротких периодов составлять более чем 30% общего количества поступающей кислоты.

 

 

Способствуют  ли нитраты окислению озёр?

• Доля нитратов в окислении озер составляет на сегодня в основном менее 10% (исходя из годового расчета). Воздействие нитратов часто является более определяющим при так называемых кислотных толчках.
• При существующей тенденции в отношении осаждений в течение десятилетнего периода нитраты будут играть все более важную роль как “движущая сила”, обеспечивающая поступление водородных ионов в поверхностные воды. Произойдет некоторое усиление кислотных толчков. Однако осаждение сульфатов по-прежнему будет играть главную роль в окислении.

 

 

Попытка прогнозирования   роли азотной кислоты в  окислении озер .

  Если осаждение нитратов удвоится, а осаждение сульфатов при этом останется неизменным или уменьшится, то роль нитратов в окислении поверхностных и грунтовых вод сильно возрастет. Это зависит, во-первых, от того, что растения не будут в состоянии воспринять поступивший азот и, во-вторых, от того, что сульфаты сильнее связываются в почве при повышении ее кислотности.