Кислотные дожди в атмосфере: причины и последствия

Целостность озонового слоя

Начало ХХ века пополнило список изобретений человечества хлорфторуглеродами (ХФУ). Их особенностью были исключительная устойчивость, отсутствие запаха, негорючесть, отсутствие ядовитого влияния. ХФУ постепенно стали повсеместно внедряться в производство различных охладительных установок (от автомобилей до медицинских комплексов), огнетушителей, аэрозолей бытового назначения.

Только к концу второй половины ХХ века химиками Шервудом Роландом и Марио Молина было выдвинуто предположение, что эти чудо-вещества, иначе называемые фреонами, сильно влияют на озоновый слой. При этом ХФУ могут «витать» в воздухе на протяжении десятилетий. Постепенно поднимаясь от земли, они достигают стратосферы, где радиация ультрафиолета разрушает соединения фреона, высвобождая атомы хлора. В результате этого процесса озон превращается в кислород намного быстрее, чем в нормальных природных условиях.

Страшно то, что требуются всего единицы атомов хлора для видоизменения сотен тысяч молекул озона. Кроме того, хлорфторуглероды считаются газами, создающими парниковый эффект и участвующими в процессе глобального потепления. Справедливости ради стоит добавить, что вклад в разрушение озонового слоя вносит и сама природа. Так, вулканические газы содержат до ста соединений, включающих углероды. Природные фреоны способствуют активному истончению озонсодержащего слоя над полюсами нашей планеты.

Кислотные дожди – что это такое? Как они образуются?

Кислотные дожди – это серьезная экологическая проблема, причиной которой является загрязнение окружающей среды.

Их частое появление пугает не только ученых, но и простых людей, ведь подобные осадки могут оказать негативное влияние на здоровье человека. Характеризует кислотный дождь пониженный уровень pH.

Для обычных осадков этот показатель равен 5,6, и даже небольшое нарушение нормы чревато серьезными последствиями для живых организмов, попавших в зону поражения.

Отрицательные последствия выпадения кислотных дождей существуют и для человека. После ливня в атмосфере скапливаются токсические газы, и вдыхать их крайне не рекомендуется. Небольшая прогулка под кислотным дождем может стать причиной астмы, сердечных и легочных заболеваний.

История термина

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Робертом 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. В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение два термина — кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н+).

Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН-). Термин рН используют в качестве показателя кислотности воды. Термин рН значит в переводе с английского — показатель степени концентрации ионов водорода.

Химические реакции

Необходимо отметить, что даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую (pH около 6) реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота (NОх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций.

Соединения серы (сульфиды, самородная сера и другие) содержатся в углях и рудах (особенно много сульфидов в бурых углях), при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы (IV) — SO2- сернистый ангидрид, оксид серы (VI) — SO3 — серный ангидрид, сероводород — H2S(в малых количествах, при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре).

Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые). При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота (кислотные оксиды, ангидриды) — например, оксид азота (IV) NO2.Вступая в реакцию с водой атмосферы (часто под воздействием солнечного излучения, так называемые «фотохимические реакции»), они превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Последствия: кислотные дожди

Кислотные дожди и их последствия являются постоянным предметом наблюдения для ученых со всего мира. К сожалению, их прогнозы весьма неутешительны. Осадки с пониженным уровнем кислотности опасны и для флоры, и для фауны, и для человека. Кроме того, они могут привести и к более серьезным экологическим проблемам.

Попадая в грунт, кислые дожди уничтожают множество питательных веществ, которые необходимы для роста растений. При этом они также вытягивают на поверхность токсичные металлы. Среди них свинец, алюминий и пр. При достаточно концентрированном содержании кислот, осадки приводят к отмиранию деревьев, почва становится непригодной для выращивания урожая, и на ее восстановление требуются годы!

То же самое происходит и с водоемами. Состав кислотных дождей нарушает баланс природной среды, что приводит к гибели рыб, а также замедлению роста водорослей. Таким образом, целый водоем может надолго прекратить свое существование.

Это крайне неблагоприятно сказывается на здоровье животных и людей, а также наносит существенный вред постройкам.

Многие лакокрасочные и облицовочные материалы, металлические конструкции начинают просто растворяться при попадании на них капель! В итоге, внешний вид дома, памятника или автомобиля будет навсегда испорчен.

Глобальные экологические проблемы, которые могут быть вызваны кислотными осадками:

Изменение экосистемы водоемов, как следствие – гибель их животного и растительного мира. Такие источники нельзя будет использовать для питья, поскольку содержание в них тяжелых металлов будет во много раз превышать норму.
Значительные повреждения листвы и корней деревьев, которые лишат их защиты от морозов и многих заболеваний. Особенно актуальна проблема в случае с хвойными деревьями, которые «бодрствуют» даже в лютый холод.
Загрязнение токсическими веществами грунта. Все растения, находящиеся на зараженном участке почвы, обязательно ослабнут или погибнут вовсе. Все вредные элементы будут поступать вместе с полезными. К сожалению, вторых останется совсем немного.

Влияние кислотных дождей на человека

Изучая кислотные осадки, причины и последствия их выпадения, ученые заботятся не только о природе, но и о человеческих жизнях. Гибель скота, промысловых рыб, посевов – все это существенно отражается на уровне жизни и экономической ситуации в любой стране.

Если же ненадолго забыть о порче имущества или экономических проблемах и подумать непосредственно о здоровье, то картина также вырисовывается удручающая. Любое заболевание, связанное с дыхательной системой человека, обострится, если больной попадет в зону поражения во время или после кислотного дождя.

Также опасными являются рыбы и животные, которые могут быть употреблены в пищу, проживающие на данной территории. В них могут содержаться ядовитые соединения ртути, свинца, марганца, алюминия. В самом же кислотном дожде всегда присутствуют ионы тяжелых металлов.

Попадая в организм человека, они вызывают интоксикацию, серьезные заболевания почек и печени, закупоривание нервных каналов, образование тромбов.

Некоторые из последствий кислотных дождей могут проявить себя только через поколение, поэтому уберечь себя от токсических веществ необходимо еще и ради потомков.

Последствия кислотных дождей для животных

Кислотные дожди могут переноситься на большие расстояния в атмосфере не только между странами, но и с континента на континент. Кислота также может принимать форму снега, тумана и сухой пыли. Дождь иногда падает за много миль от источника загрязнения, но везде, где он падает, он может оказывать серьезное влияние на почву, деревья, здания и воду.

В Скандинавии есть мертвые озера, которые кристально чисты и не содержат живых существ или растений. Многие британские пресноводные рыбы находятся под угрозой, были сообщения о вылупившейся деформированной рыбе. Это приводит к тому, что птицы и животные, питающиеся рыбой, также страдают.

Последствия выпадения кислотных дождей для животных необратимы, они более чувствительны к таким переменам, чем человек и первыми от них страдают. Хотя если подумать насколько все в природе взаимосвязано, то человек, съевший рыбу из такого водоема может получить массу вредных веществ, и никто не знает, к чему это приведет.

Так что кислотный дождь не вреден для человека, если только непосредственно капает с неба, но во многих других случаях он наносит ущерб здоровью.

Последствия

Сама природа подразумевает существование кислотных дождей. Благодаря этому часть их не несёт опасности. Живые организмы приспособлены к вариации кислотно-щелочного состояния среды. Без антропогенного влияния экосистемы формируются самостоятельно в зависимости от многих факторов. Если кому-то невозможно существовать в данном месте, то он найдёт другое.

Человек хрупкие, выстроенные тысячами лет цепочки нарушает. Живые организмы адаптируются к новым условиям длительное время. Когда темпы ускоряются путём индустриализации, то им приходится либо погибать, либо искать новый уголок для обитания.

Негативные факторы кислотных дождей:

Понижение рН почвы и воды.
Перераспределение веществ на границе сред из-за разности их концентраций, резкое перетягивание устоявшегося баланса в другую сторону.
Химические ожоги живых организмов.
Нарушение природных пищевых цепочек.
Вымирание групп живых организмов из-за нарушения баланса.

Если подытожить человеческим языком, то закисление сред обитания негативно сказывается на их обитателях. При резком изменении рН водные организмы с лёгкостью поддаются мору. Крупные представители водной фауны могут выжить, но испытают сильнейший стресс, который обязательно отразится на их потомстве.

Наземные растения плохо адаптируются к резкому изменению кислотности почвы. Взрослые и старые представители флоры погибают. Маловероятно, что молодь перенесёт катастрофу, но при изменении ситуации в благоприятную сторону обязательно продолжит развиваться.

Влияние на человека

Говорить стоит о населении городов. Оно больше всего страдает от вредных выбросов ввиду сосредоточения крупных производств. Сельские жители подвержены воздействию неблагоприятных факторов только при близком проживании с зоной образования кислотных агентов.

На заре индустриализации характерными оказались разнообразные респираторные заболевания нижних дыхательных путей, кожные болезни. Активные частицы буквально витали во время смога – индустриального тумана, вызванного крупными производственными предприятиями. Полное отсутствие защиты от поражающих факторов и их малоизученность подвергали опасности каждого жителя крупного города.

Сегодня вредное влияние снижено за счёт ужесточения требований к вредным выбросам. Заводы обязуют устанавливать фильтры, производственный цикл делать как можно более замкнутым, повторно использовать отходы. Транспортные средства оборудованы катализаторами, нейтрализующими оксиды азота и серы. Несмотря на такие меры, кислота способна оказать достаточное влияние, внести свою лепту в рост онкологических заболеваний и гибель плодовых растений.

Последствия кислотных дождей

Кислотные дожди оказывают сильное отрицательное влияние на окружающую среду. В результате выпадения кислотных осадков деградирует почва, меняются свойства вод, повреждаются строения. Также страдает биосфера: кислотные осадки наносят вред многим живым организмам.

Воздействие на здоровье человека и животных

Кислотные дожди опасны для слизистых оболочек, а также для покровов тела животных и человека. Попавшая на кожу кислота вызывает раздражение, а в отдельных случаях приводит к аллергическим реакциям

Особенно важно во время кислотных дождей защищать органы зрения, чтобы не допустить химического ожога роговицы

Вдыхание водяного пара с растворенной кислотой приводит к респираторным проблемам и бронхитам, провоцирует приступы астмы.

Особенно остро на негативные последствия кислотных дождей реагируют живые существа, чувствительные к изменениям в среде обитания. Некоторые микроорганизмы не переносит токсического действия осадков и погибают. От окисления водоемов страдают водные обитатели.

Степень вреда, наносимого здоровью людей и животных, напрямую зависит от концентрации кислоты в осадках.

Также о том, чем опасны кислотные дожди смотрите в этом видео:

Воздействие на растения

Растения не имеют защиты против воздействия кислот и не могут укрыться от осадков. В результате на надземных органах появляются ожоги, отмечается потеря листвы, страдает корневая система. Возможна полная гибель растения.

К отрицательным последствиям выпадения кислотных дождей относятся:

долгое последующее восстановление растительности;
нарушение баланса экосистемы. Страдают микроорганизмы, насекомые и беспозвоночные, травоядные животные;
изменяются физико-химические свойства грунта. Растениям становится труднее доставать питательные элементы из почвы;
токсичные тяжелые металлы, находящиеся в связанном состоянии, переводят в почву.

Кислотные дожди оказывают на растения и одномоментное действие в виде химических ожогов, и долговременный эффект.

Окисление водных ресурсов

Кислотные дожди представляют опасность для гидросферы в целом. Наиболее заметный вред наносится маленьким водоемам, где кислота, попадающая с осадками, способна ощутимо повлиять на величину pH.

Эффект, который оказывают кислотные дожди, на водные ресурсы планеты:

понижается количество растворенного в воде кислорода;
активно размножаются водоросли;
гибнут планктон и некоторые виды микроорганизмов;
страдают рыбы и другие водные обитатели.

В результате частого выпадения кислотных осадков наблюдается заболачивание водоема, а также изменяется видовой состав животных и растений, населяющих его.

Воздействие на почву

Почвенное плодородие чувствительно к воздействию факторов окружающей среды. Деградация земель происходит быстро, а восстановление может занять десятилетия.

Кислоты из осадков ухудшают качество почв:

происходит их окисление, и почвенный раствор приобретает кислую реакцию;
разрушается структура почвы;
высвобождаются токсичные тяжелые металлы;
погибает почвенная микрофлора.

Результатом загрязнения кислотами становится утрата плодородия и повреждение растительного покрова. Почвы, лишенные растительности, чаще прочих подвергаются водной и ветровой эрозии.

Разрушение материалов

Агрессивная кислая среда способна взаимодействовать с другими материалами. Выпадение токсичных осадков приводит к повреждению некоторых видов горных пород, а также строений, созданных человеком.

Сильнее всего от последствий кислотных дождей страдают известняки и песчаники. Едкими осадками повреждаются как природные образования, так и рукотворные объекты исторического наследия, сделанные из этих материалов и установленные под открытым небом.

Экономические последствия

Наибольший вред кислотные дожди наносят сельскому хозяйству. Снижается урожайность агрокультур, а потерявшие плодородие сельхозугодья требуют дорогостоящих мелиоративных мероприятий.

В результате воздействия кислотных дождей повреждаются строения и конструкции из металла. Разрушаются памятники архитектуры, построенные из мягких горных пород, а также гипсовые и мраморные уличные скульптуры. Правительства государств вынуждены выделять средства на защиту ценных объектов исторического и культурного наследий.

Меры борьбы с кислотными осадками

Разработкой мер, направленных на предупреждение вреда от кислотных дождей, занимаются в Соединенных Штатах, в России, в Китае. Причина – в этих странах находится большое количество предприятий, добывающих каменный уголь. Много и металлургических предприятий.

Фото: twimg.com

Борьба с экологическими проблемами в локальных масштабах невозможна. Нужен комплексный подход по сокращению вредных выбросов, кислотообразующих веществ в атмосферу, воду и почвы, который возможен лишь при межгосударственном сотрудничестве. Применение альтернативных источников энергии без использования угля, нефти и газа также приводит к сокращению кислотных осадков. Поможет также использование низкосернистого угля или его очистка от серы. Такие работы ведутся.

Конструкторы разрабатывают высокопроизводительные воздушные фильтры и очистные системы. Однако в короткие сроки решить такие проблемы нельзя. Негативные последствия от загрязнения атмосферы с последующим выпадением кислотных дождей продолжают возрастать ежегодно, за образование кислотных дождей ответственны многие крупные промышленные предприятия.

Поскольку проблема не решена, и ее решение – дело будущего, желательно принятия мер личной безопасности. Если появляется информация о возможном выпадении кислотных осадков, желательно не выходить из помещений. В случае, когда такое невозможно, следует обязательно пользоваться зонтом. Можно обезопасить себя и используя такую одежду, как длинный плащ и непромокаемая обувь.

Без соответствующего анализа невозможно определить, присутствует ли в дожде, снеге, тумане кислота. Поэтому, если получено предупреждение об угрозе осадков с кислотой, следует особо тщательно закрывать двери и окна жилых домов и производственных помещений. В таких случаях всегда присутствую летучие соединения, способные оказывать вредное воздействие и тогда, когда человек не находится под дождем или снегом.

Причины появления

Причиной гидрометеоров с низким уровнем pH является повышенная концентрация в атмосфере оксидов серы и азота. Соединения попадают в атмосферу природным или искусственно созданным человеком путем. Естественными источниками являются:

вулканы в процессе извержения: в газообразной форме в атмосферу выбрасываются такие вещества как сернистый водород, диоксид серы, сера и сульфаты разных видов;
гниение останков животных и остатков растений ведет к образованию серы, которая распространяется как газ;
грозовые разряды и молнии приводят к воздействию азотных соединений.

Основная причина — деятельность человека. В чем же она заключается? Фактором, вызывающим осадки, является загрязнение атмосферы. Самые известные загрязнители — автомобильный транспорт и тепловые электростанции. Существенную роль в возникновении в атмосфере оксидов играет выброс промышленных предприятий, ядерные испытания. Гидрометеоры с кислотой образуются в большом количестве в местах, где производятся запуски космических ракет.

Космодром Восточный. Запуск ракеты-носителя «Союз-2.1б» с 19 спутниками

Главные причины кроются в огромных выбросах в атмосферу вредных веществ. Основным здесь можно назвать химические производства, хранилища нефти и бензина, растворители, применяющиеся предприятиями и в быту с каждым годом все более активно. Проблема кислотных осадков очень остро стоит в районах сосредоточения переработки металлов. Производства приводят к появлению в атмосфере оксидов серы, которые наносят непоправимый ущерб флоре и фауне.

Из всего перечисленного наибольшую опасность представляет явление, которое связано с загрязнением атмосферы токсичными отходами двигателей внутреннего сгорания. Газы поднимаются в воздух и порождают окисление. Одной из причин являются соединения азота, выделяющиеся при производстве материалов для возведения, строительства зданий, строительства дорог. Они также зачастую приводят к осадкам с низким pH.

Интересные факты:

На Венере причиной смогов является концентрация в атмосфере серной кислоты.
На Марсе известняк и мрамор скал также разъедают ядовитые кислотные осадки в виде тумана.

Растения и животные в непроточных водоемах

Бледные водоемы более подвержены закислению, поскольку представляют собой замкнутые экосистемы. Кроме того, накопление кислот в воде отрицательно сказывается на жизни в ней.

Еще одно последствие подкисления — выпадение нитратов в виде дождя, которое вызывает эвтрофикацию водоемов. Избыток питательных веществ снижает доступный кислород и отрицательно сказывается на выживании водных животных.

Другой косвенный отрицательный эффект — это унос ионов тяжелых металлов из земной среды в водоемы. Эти ионы попадают в почву под действием ионов гидроксония при повышении кислотности.

Как уберечься от кислотных дождей и предотвратить их появление

На сегодняшний день в группе риска по выпадению кислотных дождей находятся США, Россия и Китай. Именно на территории этих стран находится больше всего углеперерабатывающих заводов и металлургических предприятий. Тем не менее, опасность нависает также над Японией и Канадой, куда кислотные дожди может просто пригнать ветром. Согласно некоторым исследованиям, если не будут предприняты профилактические меры, то этот список дополнится еще не одним десятком стран в самое ближайшее время.

Бороться с проблемой кислотных дождей локально практически бесполезно. Для изменения ситуации в лучшую сторону необходимы комплексные меры, которые возможны только при взаимодействии нескольких государств. Ученые продолжают трудиться над новыми очистительными системами, пытаясь минимизировать выброс вредных веществ в атмосферу, тем не менее, процент кислотных осадков пока только возрастает.

Чтобы уберечь себя от негативных последствий кислотных дождей, обязательно пользуйтесь зонтом и дождевиком во влажную погоду. Страшнее всего попадание капель на открытые участки кожи

При этом следует понимать, что невооруженным глазом отличить кислотный дождь от обычного невозможно, поэтому соблюдать меры предосторожности необходимо постоянно

Если же вы услышали о том, что в вашем регионе выпадут кислотные осадки, то постарайтесь не выходить на улицу в указанное время. Также еще несколько часов после дождя, снега или града оставайтесь дома, плотно закрыв окна и двери, чтобы токсические вещества, находящиеся в воздухе, не проникли в помещение.

Под термином «кислотный дождь» подразумевают любые осадки, в том числе туман и снег, град и дождь, если они имеют кислую реакцию, снижают рН осадков. Это происходит из-за растворения в воде оксидов азота и серы, которые переходят в кислоты. На других планетах (Венере, Марсе) кислотные дожди идут постоянно.

Первым про кислотные дожди начал говорить Роберт Смит, но его теорию в 1872 году о вреде таких осадков отвергли. Дождевая вода сама по себе не нейтральной реакции, она слабокислая с рН 5,6-5,7. Это происходит из-за того, что углекислый газ, который всегда присутствует в атмосфере, вступает в реакцию с водой и образует не сильную угольную кислоту. Если же в воздухе повышено содержание оксидов серы и азота, то кислотность осадков сильно понижается и получаются кислотные дожди.

Оксиды попадают в атмосферу с выбросами промышленных предприятий и транспорта. Больше всего этому способствуют теплоэлектростанции и металлургические комбинаты. Сера содержится в топливе, особенно в буром угле, при сжигании которого она образует с кислородом оксиды и сероводород. Азот также присутствует в угле, особенно много его в торфе, при горении он переходит в оксиды азота. Из оксидов этих элементов при взаимодействии с водой атмосферы получается азотная или азотистая кислота, серная и сернистая. Они в виде дождя или снега выпадают на землю. Это происходит во всех уголках планета.

Кислотные дожди очень губительны. Они приводят к таким негативным последствиям:

Уничтожают леса и другую растительность.
Приводят к потере урожая сельскохозяйственных культур.
Меняют кислотность воды в водоемах, что делает ее непригодной для существования рыбы и других гидробионтов.
Из-за кислой воды в реках из донного ила в воде активнее растворяются соединения тяжелых металлов, что делает воду непригодной для целей водоснабжения населения.
Снижают плодородность и способствуют попаданию токсических веществ в почву.
Разрушают различные постройки, здания, памятники.
Вызывают коррозию металлических предметов, в том числе трубопроводов и машин.

Выделяют три стадии влияния кислотных дождей на воду. На первой стадии страдают водные растения и снижается концентрация кислорода в воде, она «зацветает», покрывается сине-зелеными водорослями. На второй стадии гибнут бактерии, обитающие в донном иле и отвечающие за разложение органических остатков. Органика скапливается на дне, гибнет планктон. Эти две стадии не так страшны, поскольку их последствия обратимы: как только кислотные осадки прекращаются и рН восстанавливается, эти проблемы исчезают. Третья стадия – самая губительная. Если вода достигает рН 4,5, то погибает вся рыба, насекомые, земноводные. Спасти водоем будет невозможно.

Самый кислотный дождь был зафиксирован в Книге рекордов Гиннесса. Он прошел в США в 1982 году, его рН составила 2,8. Бороться с кислотными дождями можно только одним путем: уменьшать количество оксидов азота и серы, которые выбрасываются в атмосферу.