Кислотные дожди и их влияние на экосистемы и человека

Министерство  образования и науки РФ

ГОУ ОмГУ им. Ф.М. Достоевского

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Название реферата:

«Кислотные дожди и их влияние на экосистемы и человека»

 

 

                       

 

 

 

 

 

Преподаватель: Синельникова Тамара Валерьевна Выполнил: Мерзляков Евгений Спартакович

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОМСК 2013

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение

1. Понятие кислотности
2. Механизм образования и выпадения кислотных осадков
3. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей

Заключение

Список используемой литературы

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Актуальность изучения данной темы непосредственно связана  с все более ухудшающейся экологической  ситуацией, как в нашей стране, так и непосредственно во всем мире.

Подчеркивая данное обстоятельство, необходимо отметить, что несколько  лет назад выражения «кислотные осадки» и «кислотные дожди» были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. За последние несколько лет эти выражения стали повседневными, вызывающими беспокойство словами во многих странах во всем мире [2, с. 3].

Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного  развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные издержки.

Окисление почв и вод  – это комплекс причин, исходных условий и следующих один за другим процессов в химической и биологической системах, которые мы обобщенно называем нашей окружающей средой [2, с. 3].

Часть процессов окисления  является природной, но данные изменения  кислотности в системах почвы и воды, ни по скорости, ни по общему охвату, не могут быть сравнены с окислением, ставшим результатом собственной деятельности человека в промышленной и энергетической областях, а также в определенной части современного использования земли.

Предмет исследования – процесс образования и выпадения кислотных осадков.

Объект исследования – кислотные осадки.

Исходя из всего вышеизложенного, целью данной работы является необходимость  охарактеризовать сущность понятия  «кислотный дождь», а также описать  влияние этого явления на экосистемы и людей.

Достижение данной цели предполагает решение ряда следующих  актуальных задач:

1. Определить понятие «кислотность».
2. Охарактеризовать механизм образования и выпадения кислотных осадков.
3. Выделить основные особенности влияния кислотных дождей на экосистему и людей.

В процессе написания  данной работы нами были использованы следующие методы:

1. Анализ источников  и используемой литературы.

2. Сравнительный метод.

Данная работа была написана с использованием учебной и монографической литературы.

 

1 Понятие  кислотности

 

Чтобы более полно охарактеризовать понятие «кислотный дождь», на наш  взгляд, необходимо определиться с  терминологией. На необходимо отметить, что, несмотря на «постиндустриальное» звучание, этому термину 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 [7, с. 70].

В силу этого, нам необходимо рассмотреть  само понятие «кислотность».

Термин «кислотность водного раствора» - это химический термин. Кислотность  водного раствора определяется присутствием в нем положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН– и характеризуется их концентрацией C(ОН–) [7, с. 70].

Как показывают расчеты, для водных растворов произведение молярных концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная, равная C(H+)·C(OH–) = 10–14, другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.

Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое состояние характерно для химически чистой воды.

Из сказанного следует, что для  кислых сред выполняется условие:

10–7 < C(H+) ≤ 100, а для щелочных сред: 10–14 ≤ C(H+) < 10–7.

В 1909 г. Сорензеном было предложено применять  вместо подлинных значений C(H+) и C(ОН–) их отрицательные логарифмы, чтобы  избавиться от отрицательных степеней в значениях C(H+) и C(ОН–). Отрицательный  десятичный логарифм концентрации водородных ионов называется водородным показателем и обозначается pH: pH = – lg C(H+).

Шкала кислотности идет от pH = 0 (крайне высокая кислотность) через pH = 7 (нейтральная  среда) до pH = 14 (крайне высокая щелочность). Показатель кислотности pH различных веществ, встречающихся в повседневной жизни [7, с. 70].

Изменение значения pH на единицу соответствует  изменению концентрации ионов водорода в 10 раз.

Чистая дождевая вода имеет слабокислый показатель водорода, так как в ней присутствуют катионы щелочных элементов (Na+, K+) и анионы, такие как HCO , CO , Cl– и др. В дождевой воде практически нет щелочноземельных элементов (Ca+2, Mg+2), поэтому она мягкая (требуется большое количество этой воды, чтобы смыть мыло или шампунь).

Таким образом, в заключение данного параграфа, мы непосредственно можем сделать следующий вывод, о том, что согласно учению о кислотности, широко распространенный термин «кислотные дожди» обозначает осадки с pH меньше 5,7.

Виной таким изменениям — оксиды серы и азота, в промышленных масштабах выбрасываемые в атмосферу автомобилями, электростанциями, металлургическими заводами. В воздушной среде на частицах сульфатов и нитратов конденсируются молекулы воды, образуются облачные капельки, которые при определенных погодных условиях становятся частью дождевых капель или снежинок. Если концентрация сульфатов и нитратов в атмосфере велика, то дождь или снег получается значительно закисленным [1, с. 198].

 

II. Механизм образования и выпадения кислотных осадков

 

По ряду показателей, в первую очередь по массе и  распространенности вредных эффектов, атмосферным загрязнителем номер один считают диоксид серы [1, с. 129]

Диоксид серы, попавший в  атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, ведущих к образованию  кислот. Частично диоксид серы в  результате фотохимического окисления превращается в триоксид серы (серный ангидрид) SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя аэрозоли серной кислоты: 2SО2 + О2 = 2SО3, SО3 + Н2О=Н2SО4. Основная часть выбрасываемого диоксида серы во влажном воздухе образует кислотный полигидрат SО2 o nН2О, который часто называют сернистой кислотой и изображают условной формулой Н2SО3: SО2 + Н2О=Н2SО3. Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04.

Аэрозоли серной и  сернистой кислот приводят к конденсации водяного пара атмосферы и становятся причиной кислотных осадков (дожди, туманы, снег). При сжигании топлива образуются твердые микрочастицы сульфатов металлов (в основном при сжигании угля), легко растворимые в воде, которые осаждаются на почву и растения, делая кислотными росы. Аэрозоли серной и сернистой кислот составляют около 2/3 кислотных осадков, остальное приходится на долю аэрозолей азотной и азотистой кислот, образующихся при взаимодействии диоксида азота с водяным паром атмосферы: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2.

Существуют еще два  вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы [1, с. 129].

Находящийся в атмосфере  хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; фотохимическое разложение фреонов, приводящее к образованию радикалов хлора) при соединении с метаном (источники поступления метана в атмосферу: антропогенный – рисовые поля, а также результат таяния гидрата метана в вечной мерзлоте вследствие потепления климата) образует хлоро-водород, хорошо растворяющийся в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты:

СL. + СН4 =СH.3 + НС1, СH3. + С12= СН3С1 + СL.

 

Поступление в атмосферу  больших количеств SO₂ и окислов азота приводит к заметному снижению рН атмосферных осадков. Это происходит из-за вторичных реакций в атмосфере, приводящих к образованию сильных кислот – серной и азотной. В этих реакциях участвуют кислород и пары воды, а также частицы техногенной пыли в качестве катализаторов:

 

2SO₂ + О₂ + 2Н₂О ¾® 2H₂SO₄;

4NO₂ + 2Н₂O + О₂ ¾®4HNO₃.

 

В атмосфере оказывается и ряд промежуточных продуктов указанных реакций. Растворение кислот в атмосферной влаге приводит к выпадению «кислотных дождей».

Показатель рН осадков в ряде случаев снижается на 2 – 2,5 единицы, то есть, вместо, нормальных 5,6 – 5,7 до 3,2 – 3,7 [1, с. 130].

Следует напомнить, что рН – это отрицательный логарифм концентрации водородных ионов, и, следовательно, вода с рН = 3,7 в сто раз «кислее» воды с рН = 5,7. В промышленных районах и в зонах атмосферного заноса окислов серы и азота рН дождевой воды колеблется от 3 до 5 [1, с. 130].

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности  в Скандинавии, и Северной Америке  в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире, и приобрела  особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 г. В Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций [6, с. 53].

До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в  центре внимания национальных правительств и международных природоохранных  организаций. В среднем кислотность осадков, выпадающих в основном в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке на площади почти 10 млн. км², составляет 5-4,5, а туманы здесь нередко имеют рН, равный 3-2,5. В последние годы кислотные дожди стали наблюдаться в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. Например, в Восточном Трансваале (ЮАР), где вырабатывается 4/5 электроэнергии страны, на 1 км² выпадает около 60 т серы в год в виде кислотных осадков [5, с. 49].

В тропических районах, где промышленность практически неразвита, кислотные осадки вызваны поступлением в атмосферу оксидов азота за счет сжигания биомассы. В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота (до 750 кг/км² в год) на значительных по площади ареалах (несколько тыс. км2) наблюдаются в густонаселенных и промышленных регионах страны – в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других районах; на локальных ареалах (площадью до 1 тыс. км²) – в ближнем следе металлургических предприятий, крупных ГРЭС, а также больших городов и промышленных центров (Москва, Санкт-Петербург, Омск, Норильск, Красноярск, Иркутск и др.), насыщенных энергетическими установками и автотранспортом. Минимальные значения рН осадков в этих местах достигают 3,1-3,4 [5, с. 49].

Специфическая особенность кислотных дождей – их трансграничный характер, обусловленный переносом кислотообразующих выбросов воздушными течениями на большие расстояния – сотни и даже тысячи километров. Этому в немалой степени способствует принятая некогда «политика высоких труб» как эффективное средство против загрязнения приземного воздуха.

Почти все страны одновременно являются «экспортерами» своих и «импортерами»  чужих выбросов. Наибольший вклад  в трансграничное подкисление природной  среды России соединениями серы вносят Украина, Польша, Германия.

В свою очередь, из России больше всего  окисленной серы направляется в страны Скандинавии. Соотношения здесь  такие: с Украиной – 1:17, с Польшей  – 1:32, с Норвегией – 7:1 [5, с. 50].

Экспортируется «мокрая» часть  выбросов (аэрозоли), сухая часть загрязнений выпадает в непосредственной близости от источника выброса или на незначительном удалении от него. Обмен кислотообразующими и другими загрязняющими атмосферу выбросами характерен для всех стран Западной Европы и Северной Америки. Великобритания, Германия, Франция больше направляют окисленной серы к соседям, чем получают от них. Норвегия, Швеция, Финляндия больше получают окисленной серы от своих соседей, чем выпускают через собственные границы (до 70% кислотных дождей в этих странах – результат «экспорта» из Великобритании и Германии). Трансграничный перенос кислотных осадков – одна из причин конфликтных взаимоотношений США и Канады.

 

3. Влияние  кислотных дождей на экосистемы  и людей

 

Выпадение кислотных осадков на современном этапе биосферы представляет собой достаточно насущную проблему и оказывает достаточно негативное воздействие на биосферу.

Причем негативное влияние кислотных  дождей наблюдается в экосистемах  многих стран.

Особенно негативное воздействие  от выпадения «кислотных дождей» ощутила на себе Скандинавия.

В 70-х годах в реках и озерах скандинавских стран стала исчезать рыба, снег в горах окрасился в  серый цвет, листва с деревьев раньше времени устлала землю. Очень  скоро те же явления заметили в  США, Канаде, Западной Европе. В Германии пострадало 30%, а местами 50% лесов [3, с. 67]. И все это происходит вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что причина всех этих бед — кислотные дожди.

Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферными возможностями, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что буферные способности природы не беспредельны.

В водоемы, пострадавшие от кислотных дождей, новую жизнь  могут вдохнуть небольшие количества фосфатных удобрений; они помогают планктону усваивать нитраты, что ведет к снижению кислотности воды. Использование фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает меньшее воздействие на химию воды.