Кислотные дожди

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 [3].

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 [2]. В связи  с этим реферат является актуальным.

Цель работы - рассмотреть виды осаждения кислот, изучить образование смога лондонского типа и его влияние на здоровье человека.

 

Для реализации поставленной цели ставились следующие задачи:

1. Рассмотреть основные причины возникновения кислотных дождей.
2. Изучить виды осаждения кислот.
3. Проанализировать экологические последствия выпадения кислотных осадков.
4. Рассмотреть основные причины возникновения смога лондонского типа и его влияние на здоровье человека.

Экономический аспект

Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного  развития, может вызвать существенные экономические издержки. Убытки от потери лесов, урожая, а также медицинские расходы ежегодно составляют миллиарды долларов [2].

Экологический аспект

Проблема кислотных  дождей стала одной из  экологических  проблем глобального масштаба. Кислотные дожди приводят к уничтожению флоры и фауны, что вкупе с остальными экологическими проблемами может привести к серьёзной деградации биосферы и поставить под угрозу само существование человечества [1].

Социальный  аспект

Повышенная кислотность  вод способствует высокой растворимости  таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец, которые в свою очередь представляют опасность для здоровья человека и могут привести к серьезным заболеваниям. Смог также оказывает отрицательное воздействие на здоровье  человека, и в особенности он опасен для детей, пожилых людей и людей с пороками сердца и лёгких, больных бронхитом, астмой, эмфиземой [9].

Актуальность  выбранной темы

Среди наиболее острых экологических проблем особое значение приобрела проблема образования и осаждения кислотных дождей. Значимость этой проблемы для нынешнего и будущих поколений определяется темпами развития индустриального общества. Закисление окружающей среды является следствием антропогенной деятельности, в частности промышленными выбросами оксидов серы и азота в атмосферу. Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать и уже в некоторых регионах вызывает существенные экономические и социальные издержки. В дальнейшем ожидается рост закисления окружающей среды, а причиняемый кислотными осадками ущерб станет катастрофическим [2].  

Практическая  значимость

Кислотные дожди неминуемо  ведут к коррозии металлов, а также разрушению зданий и памятников природы. Смог является причиной внезапного нарушения нормальной деятельности людей и приводит к человеческим жертвам [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 КИСЛОТНЫЕ  ДОЖДИ

 

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 (NО_x) 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 [1].

 

1.1 Образование кислотных дождей

 

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 (NO_х). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины (таблица 1.1) [7].

 

Таблица 1.1 –  Содержание основных загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу (в %)

Источник загрязнения	Монооксид углерода	Диоксид серы	Оксиды азота	Углеводороды	Другие
Двигатель внутреннего  сгорания	91,5	3,8	46,0	63,0	8,5
Промышленность	2,8	34,8	15,4	21,0	50
Электростанции	1,5	46,0	23,6	5,0	25,0
Различные топки	4,2	15,6	15,0	11,0	16,5
Всего	100	100	100	100	100

 

 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 (рисунок 1.1) [7].

 

Рисунок 1.1 - Блок-схема модели возникновения кислотных дождей в атмосфере.

 

Последствия выпадения  кислотных дождей наблюдаются в  США, Германии, Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей Югославии и еще во многих странах земного шара [11].

1.2 Кислотная седиментация

 

Заключительным  этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация, которая может происходить двумя путями. Первый путь - вымывание осадков или влажное осаждение. Второй путь - выпадение

осадков или  сухое осаждение. Совокупность этих процессов является кислотной седиментацией [1].

 

1.2.1 Влажное осаждение кислот

 

Влажное осаждение –  это косвенный перенос частиц из атмосферы к поверхности земли с дождем, снегом или градом внутри или на поверхности частицы [6].

Таким образом, вымывание происходит во время образования облаков и осадков. Одним из условий образования облаков является перенасыщенность. Это означает, что воздух содержит больше водяного пара, чем он может принять при заданной температуре, сохраняя равновесие. При понижении температуры способность воздуха накапливать воду в виде пара уменьшается. Тогда начинается конденсация водяного пара, которая происходит до тех пор, пока не прекратится перенасыщенность. Однако при обычных атмосферных условиях водяной пар способен конденсироваться только при относительной влажности 400-500%. Относительная влажность в атмосфере лишь в редких случаях может превысить 100,5%. При такой перенасыщенности капельки облаков могут возникать только на частицах аэрозоля, так называемых конденсационных ядрах. Этими ядрами часто являются хорошо растворимые в воде соединения серы и азота [5].

После начала образования капель элементы облака продолжают поглощать аэрозольные частицы и молекулы газа. Поэтому воду облака или его кристаллы можно рассматривать как раствор атмосферных элементов.

Элементы облака не могут безгранично увеличиваться. Возникающая под действием гравитации седиментация, которая растет с увеличением размера капель, рано или поздно приводит к выпадению капель облаков с высоты нескольких сотен или тысяч метров. Во время выпадения эти капли промывают слой атмосферы между облаками и поверхностью земли. В это время поглощаются новые молекулы газа и новые аэрозольные частицы захватываются падающей каплей. Таким образом, достигающая поверхности земли вода вопреки всеобщему мнению никоим образом не является дистиллированной водой. Более того, во многих случаях растворенные в воде осадков вещества могут служить важным и иногда даже единственным источником восстановления запасов этих веществ в различных сферах [5].

 

1.2.2 Сухое осаждение кислот

 

Сухое осаждение – это прямой перенос кислот из атмосферы в  виде молекул SO₂   или SO₂  , адсорбированных на мельчайших частицах пыли, с последующей адсорбцией природными поверхностями (растительностью, водой, почвой) [6]. 

Хотя эта  форма седиментации существенно  отличается от влажной седиментации, конечный результат их действительно идентичен: попадание кислотных атмосферных микроэлементов, соединений серы и азота на поверхность Земли.

Известно достаточно много  разнообразных кислотных микроэлементов, однако содержание большинства из них настолько мало, что их роль в кислотной седиментации можно не принимать во внимание [5].

Эти кислотные вещества могут  выпадать на поверхность двумя способами. Один из них -  турбулентная диффузия, под действием которой в осадок выпадают вещества, находящиеся в газообразном состоянии. Турбулентное диффузионное движение в первую очередь возникает из-за того, что движение струящегося воздуха над почвой и другой поверхностью является неравномерным вследствие трения. Обычно в вертикальном от поверхности направлении ощущается увеличение скорости ветра и горизонтальное движение воздуха вызывает турбулентность.

Таким путем компоненты воздуха  достигают Земли, и наиболее активные кислотные вещества легко взаимодействуют с поверхностью [5].

 

1.3 Влияние кислотных осадков на природу и человека

 

Кислотные осадки  оказывают вредное воздействие не только на отдельные предметы или живые существа, но и на их совокупность (рисунок 1.2). В природе и в окружающей среде образовались сообщества растений и животных, между которыми, как и между живыми и неживыми организмами, существует постоянный обмен веществ. Эти сообщества, которые можно также называть экологической системой, обычно состоят из четырех групп: неживые объекты, живые организмы, потребители и разрушители [11].

Влияние кислотности в  первую очередь сказывается на состоянии пресных вод и лесов. Обычно воздействия на сообщества бывают косвенными, т.е. опасность представляют не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы (например, высвобождение алюминия). В определенных объектах (почва, вода, ил и т.д.) в зависимости от кислотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов, так как в результате изменения рН изменяется их растворимость. Если под действием кислотности изменяются строение почвы, ее биология и химия, то это может привести к гибели растений (например, отдельных деревьев). Обычно эти косвенные воздействия не являются местными и могут влиять на расстоянии нескольких сотен километров от источника загрязнения [3].