Н.В. Гусакова, А.И. Забалуева, В.В. Румянцева
Экология: конспект лекций
Под редакцией А.Н. Королева. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2006. - 176с.
Лекция 8. Глобальные экологические проблемы. Естественное и антропогенное загрязнение окружающей среды
8.1. Химическое загрязнение
8.1.3. Кислотные осадки
Кислотными называются атмосферные осадки (дождь, снег,
роса) с pH < 5,5.
Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию
(рН = 6), так как находится в контакте с СО2 и растворяет её,
образуя слабую угольную кислоту Н2СО3. Однако во многих
регионах мира наблюдаются дожди с рН < 4. Кислотные осадки наносят значительный
экологический, экономический и эстетический ущерб. В результате выпадения
кислотных осадков нарушается равновесие в экосистемах, ухудшается продуктивность
сельскохозяйственных растений и плодородие почв, ржавеют металлические конструкции,
разрушаются здания, сооружения, памятники культуры и т.д.
Основной
причиной выпадения кислотных дождей считается интенсификация промышленной
деятельности человека. Во второй половине ХХ в. с увеличением объемов
промышленного производства увеличилось количество выбросов в атмосферу оксидов
углерода, азота и сернистого газа. Растворяясь в воде, эти кислотные оксиды
образуют соответствующие кислоты, которые переносятся облаками на значительные
(до 500 км) расстояния и выпадают на землю в виде кислотных осадков.
Итак:
- большое количество атмосферных загрязнителей, выделяющихся
за счет сгорания топлива, промышленного производства, от автотранспорта,
широкого применения химикатов определяет большие потоки первичных кислых примесей,
которые могут вносить существенный вклад в кислотность атмосферы;
-
среднее время существования загрязнителей зависит от многих факторов, в частности
от стабильности атмосферы, частоты выпадения осадков, присутствия индивидуальных
компонентов атмосферы и т.д.;
-
большинство загрязнителей остается в пределах нижней части тропосферы и относительно
равномерно распределено внутри перемешивающегося слоя;
-
увеличение потоков кислотности к поверхности земли возникает за счет атмосферных
осадков с повышенной кислотностью («мокрое осаждение») и за счет адсорбции и
выпадения в осадок газов и аэрозолей («сухое осаждение»).
При
этом SO2 и N Ox считаются
главными предшественниками кислотных дождей, после превращающимися в серную и
азотную кислоту. Процесс превращения диоксида серы в сульфат в атмосфере
протекает различными путями и приводит к образованию различных продуктов
окисления: SO3, H2SO4, (NH4)2SO4, NH4HSO4 и т.д.
Свой вклад в кислотные дожди вносит перенос сильных
кислот и солей к поверхности земли посредством сухого или мокрого осаждения.
Сухое
осаждение – это прямой перенос с последующей адсорбцией газов и частиц
природными поверхностями (растительностью, водой, почвой).
Мокрое
осаждение – косвенный перенос некоторых частиц из атмосферы и поверхности
земли с дождем, снегом или градом внутри или на поверхности частиц осадков.
Спектр
влияния кислотных дождей очень широк. Действие кислых дождей на почвы
неоднозначное. В северных, таежных зонах они увеличивают вредную кислотность
почв, способствуют повышению содержания в почвах растворимых соединений токсичных
элементов – свинца, алюминия. Алюминий в почвенных минералах обычно связан в
недоступной форме.
Наконец, показательным примером может служить влияние
кислотных дождей на архитектурные сооружения и памятники. Обычные материалы для
каменной кладки – это известняк, мрамор, песчаники, базальт, гранит. Кроме
того, используются и искусственные материалы такие, как кирпич, бетон, различные
известковые растворы. Эти материалы в основном состоят из карбонатов и
силикатов, все обладают высокой чувствительностью к воздействию кислых
осаждений и к присутствию атмосферного SO2.
Выводы:
1. Кислотный дождь изменяет величину рН рек и озер и
может вызвать их биологическую смерть.
2. При поглощении почвами кислотный дождь выщелачивает
основные природные материалы (калий, кальций, магний) и, унося их в
подпочвенный слой, лишает деревья и растения питательных веществ.
3. Под влиянием кислотных дождей возрастает
геохимическая подвижность алюминия, приводящая одновременно со снижением рН к
возрастанию его концентрации и изменению его форм.
4. Кислотные дожди способствуют разрушению каменной
кладки, а также сооружений и памятников.
Однако кислотные дожди в ряде случаев могут быть и полезны.
В частности, они обогащают почвы азотом и серой, которых на очень больших
территориях явно недостаточно для получения высоких урожаев. Если же такие
дожди выпадают в районах распространения карбонатных, а тем более щелочных
почв, они снижают щелочность, увеличивая подвижность элементов питания, их доступность
растениям. Поэтому полезность или вредность каких-либо выпадений необходимо
рассматривать конкретно и дифференцированно по типам почв.
Леса являются также источниками органических кислот,
альдегидов и других органических соединений.
Хотя леса представляют мощный источник газов, особенно
важную роль в генерации атмосферных следовых газов играют микроорганизмы. Метан
– газ, который накапливается вследствие протекания реакций в анаэробных системах.
Влажные почвы маршей и рисовников служат средой обитания микроорганизмов так
же, как и пищеварительный тракт жвачных животных, например крупного рогатого
скота.
Почвы земли богаты соединениями азота, дающими начало
всему спектру активных химических процессов с участием азота, в результате
которых накапливаются многие азотосодержащие следовые газы. Можно взять
мочевину (NH2CONH2),
присутствующую в моче животных, как типичное азотное соединение почв,
накапливаемое биологическим путем. В результате гидролиза NH2CONH2 разлагается до аммиака (NH3) и CO2 согласно уравнению
NH2CONH2 (водн) + H2O
(ж) → 2NH3
(г) + CO2 (г)
Если почва, где произошел этот гидролиз, имела
щелочную реакцию, то выделяется газообразный NH3, тогда как в условиях кислой среды он прореагирует с
образованием иона аммония:
NH3
(г) + H ↑ (водн) →
NH +4 (водн)
Хорошо известно существование органических
галогенпроизводных в атмосфере. Несмотря на очевидную зависимость от
антропогенного источника, представленного жидкостями, применяемыми для
химчистки, в огнетушителях и распыляемыми аэрозолями, существует также
множество биологических источников. Метилхлорид (CH3Cl),
наиболее распространенный в атмосфере галогенуглеводород, происходит в первую
очередь из плохо изученных морских источников; некоторый вклад вносят также
микробиологические процессы на суше и сгорающая биомасса. Бром- и йодсодержащие
органические соединения также выделяются океанами, а распределение морского
йода по поверхности суши служит значительным источником этого необходимого
следового элемента для млекопитающих (базедова болезнь, возникающая в
результате дефицита йода, особенно распространена в областях, удаленных от
океана).
Пестициды являются единственным загрязнителем,
который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Пестициды поражают
различные компоненты природных экосистем: уменьшают биологическую
продуктивность фитоценозов, видовое разнообразие животного мира, снижают
численность полезных насекомых и птиц, а в конечном итоге, представляют опасность
и для самого человека. В почве они вызывают депрессию процесса естественной нитрификации.
Уничтожение пестицидами (в форме гербицидов) травяного покрова многократно увеличивает
эрозию почвы. Пестициды существенно подавляют деятельность насекомых – опылителей растений,
других организмов, не являющихся мишенями их действия. До 80 % пестицидов
адсорбируется почвенным гумусом и практически не подвергается биологическому
разложению. В результате происходит их постоянная миграция в грунтовые воды и
испарение с поверхности почв при их увлажнении и нагреве.
Многие
виды пестицидов, накапливаясь в почвах, растениях и животных, вызывают заметные
изменения в естественных биохимических процессах. Воздействие пестицидов на
человека изучено недостаточно. Однако известно, что дефолианты (пестициды, применяемые
для уничтожения лиственности) могут вызывать повреждения печени, влиять на
наследственность.
Почва является
основным приемником и аккумулятором пестицидов, которые накапливаются в ней в
результате адсорбции их молекул почвенными коллоидами. Усиленно изучаются
судьба пестицидов в почвах и возможности их обезвреживания химическими и
биологическими способами.
|