Проблема кислотных осадков

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.

Земля и растения, конечно, тоже страдают от кислотных  дождей: снижается продуктивность почв, сокращается поступление питательных  веществ, меняется состав почвенных  микроорганизмов.

Огромный вред наносят кислотные дожди лесам. Леса высыхают, развивается суховершинность на больших площадях. Кислота увеличивает подвижность в почвах алюминия, который токсичен для мелких корней, и это приводит к угнетению листвы и хвои, хрупкости ветвей. Особенно страдают хвойные деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и поэтому накапливает больше вредных веществ за один и тот же период. Хвойные деревья желтеют, у них изреживаются кроны, повреждаются мелкие корни. Но и у лиственных деревьев изменяется окраска листьев, преждевременно опадает листва, гибнет часть кроны, повреждается кора. Естественного возобновления хвойных и лиственных лесов не происходит.

Все больший  ущерб кислотные дожди наносят  сельскохозяйственным культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется обмен веществ в клетках, растения замедляют рост и развитие, уменьшается их сопротивляемость к болезням и паразитам, падает урожайность.

Специалисты американского  университета штата Северная Каролина изучили воздействие, оказываемое  кислотными дождями на растения в  период их максимальной восприимчивости  к факторам внешней среды. Под  влиянием кислотных дождей непосредственно  после опыления в початках кукурузы формировалось меньше зерен, чем  при орошении чистой водой. Причем чем  больше в дождевой воде содержалось  кислоты, тем меньше зерен образовывалось в початках. Вместе с тем выяснилось, что кислотные дожди, прошедшие  до опыления, не оказывали заметного  влияния на формирование зерен.

Проведены исследования степени восприимчивости к кислотным  дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Наиболее подвергнутыми  вредоносному воздействию оказались  листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопчатника. Наименее восприимчивыми -- озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер [3, с. 67].

Кислотные дожди  не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов  кальция (СаО и СО₂), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (СаSО₄).

Смена температур, потоки дождя и ветер разрушают  этот мягкий материал. Исторические памятники  Греции и Рима, простояв тысячелетия, в последние годы разрушаются  прямо на глазах. Такая же судьба грозит и Тадж-Махалу -- шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне -- Тауэру и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в Риме слой портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В Голландии статуи на соборе Св. Иоанна тают, как леденцы. Черными отложениями изъеден королевский дворец на площади Дам в Амстердаме.

Более 100 тыс. ценнейших  витражей, украшающих соборы в Шатре, Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других городах Европы могут быть полностью утрачены в ближайшие 15-- 20 лет.

Изучив новые  данные о кислотности осадков, выпадающих в различных регионах Западной Европы, и о воздействии их на здания и  сооружения, сотрудники Дублинского  университета (Ирландия) выявили, что  самое катастрофическое положение  сложилось в центре Манчестера (Великобритания), где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120 г на 1 м² камня (песчаника, мрамора или известняка).

Город пострадал  очень сильно, хотя общее количество осадков в наблюдаемый отрезок  времени там было крайне низким. Очевидно, слишком высока была степень  их кислотности.

За Манчестером  следует Липхун (графство Гэмпшир в Вели-кобритании) и Антверпен (Бельгия), где каждый камень под открытым небом потерял 100 г с 1 м². Даже такие известные загрязненностью атмосферы города, как Афины, Копенгаген и Амстердам, подверглись кислотному разрушению в значительно меньшей степени.

Страдают от кислотных дождей и люди, вынужденные  потреблять питьевую воду, загрязненную токсическими металлами -- ртутью, свинцом, кадмием.

Спасать природу  от закисления необходимо. Для этого придется резко снизить выбросы в атмосферу окислов серы и азота, но в первую очередь сернистого газа, так как именно серная кислота и ее соли на 70--80% обусловливают кислотность дождей, выпадающих на больших расстояниях от места промышленного выброса.

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России ведут 131 станция, отбирающие на химический анализ суммарные  пробы, и 108 пунктов, на которых в  оперативном по-рядке измеряют только величину рН. Пробы осадков на содержание от 11 до 20 компонентов анализируются в пяти кустовых лабораториях [1, с. 132].

Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществляется на 625 пунктах, обследующих площадь  в 15 млн. км². Пробы забирают на наличие ионов сульфата, нитрата аммония, тяжелых металлов, определяют значение рН [1, с. 132].

Природные осадки имеют разную кислотность, но в среднем  рН=5,6. Кислотные осадки с рН < 5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если величина рН падает ниже 5,1.

Ниже нами перечисляются  основные последствия выпадения  кислотных осадков.

- Повреждение  статуй, зданий и отделки автомобилей.

- Гибель рыб,  водных растений и микроорганизмов  в озерах и реках.

- Понижение способности  к воспроизводству лососей и  форели при рН < 5,5.

- Гибель и  понижение продуктивности многих  видов фитопланктона, когда рН<6 -- 8.

- Разрыв азотного  цикла в озерах, когда величина  рН колеблется от 5,4 до 5,7.

- Ослабление  или гибель деревьев, особенно  хвойных пород, произрастающих  на больших высотах, из-за вымывания  из почвы кальция, натрия и  других питательных веществ.

- Повреждение  корней деревьев и гибель многих  видов рыб из-за высвобождения  из почв и донных осадков  ионов алюминия, свинца, ртути и  кадмия.

- Ослабление  деревьев и усиление их подверженности  болезням, насекомым, засухам, грибам  и мхам, которые процветают в  кислой среде.

- Замедление  роста культурных растений, таких,  как помидоры, соя, фасоль, табак,  шпинат, морковь, капуста-брокколи  и хлопок.

- Рост популяции  81агола, простейшего, вызывающего  серьезную кишечную инфекцию, которая  поражает скалолазов и альпинистов,  пьющих воду из, казалось бы, чистых  горных ручьев.

- Возникновение  и обострение многих болезней  дыхательной системы человека, преждевременная  гибель людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство  почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут  взаимодействовать с некоторым  количеством кислот, нейтрализуя  их. Однако регулярное многолетнее  воздействие кислот истощает большинство  из этих сдерживающих закисление веществ. Затем как бы внезапно начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, какие-либо меры по предотвращению серьезного ущерба предпринимать уже поздно. Опоздание составляет 10 -- 20 лет.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой  в Северной и Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке Канады, в некоторых  районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом  из-за сухих осадков). Выпадают кислотные  осадки и в ряде тропических районов, где промышленность практически  не развита, главным образом из-за выделения оксидов азота при  сжигании биомассы. Большая часть  кислотообразующих веществ, произведенных  в одной стране, переносится преобладающими приземными ветрами на территорию другой. Более трех четвертей кислотных  осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии  приносится в эти страны ветром из промышленных районов Западной и  Восточной Европы.

Свыше половины кислотных осадков в густонаселенных  районах юго-восточной Канады и  востока Соединенных Штатов обусловлены  выбросами крайне сконцентрированных предприятий угольной и нефтяной энергетики и промышленных предприятий  в семи штатах Центра и верхнего Среднего Запада - Огайо, Индианы, Пенсильвании, Иллинойса, Миссури, Западной Виргинии и Теннеси. Степень кислотности осадков над большей частью Вос-тока Северной Америки составляет 4,0-4,2.

Это в 30-40 раз  больше, чем кислотность нормальных осадков, которые выпадали в этих местах несколько десятилетий назад. Штатами, которые выбрасывают наиболь-шее количество кислотообразующих веществ, являются Калифорния, Индиана, Огайо и Техас.

Около 75% кислотных  осадков, выпадающих в Канаде, приносится ветрами из Соединенных Штатов, и  только 15% кислотных осадков, выпадающих в северо-восточных штатах, обусловлено  выбросами на территории самой Канады [1, с. 133].

Такой большой  положительный баланс переноса кислотных  осадков между Соединенными Штатами  и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами.

Канадские ученые и чиновники и многие ученые США  критиковали правительство США  за недостаточно оперативные действия по уменьшению вредных выбросов промышленных предприятий и электростанций по крайней мере на 50%. По оценкам Министерства окружающей среды провинции Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 тыс. канадских озер с их индустрией спортивного рыболовства (1,1 млрд. долларов в год) и туризма (10 млрд. долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что кислотные осадки вредят лесному хозяйству и связанным с ним отраслям, которые дают работу каж-дому десятому жителю страны и приносят 14 млрд. долларов в год [1, с. 133].

По оценке Национальной академии наук, ущерб от кислотных  осадков в Соединенных Штатах уже составляет, по крайней мере, 6 млрд. в год и будет резко  возрастать, если не предпринять немедленных  действий. Стоимость сокращения объема этих загрязнителей составит от 1,2 млрд. до 20 млрд. долларов в зависимости  от степени очистки и технологии, которая будет использована.

В некоторых  областях почвы содержат известняк  и другие щелочные вещества, которые  могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в других районах  практически не способны к нейтрализации  кислот. Кроме того, повторное воздействие  на любые почвы кислотных осадков  может в принципе истощить содержащиеся в них вещества, нейтрализующие кислоты. Кислотный речной сток может погубить многие формы жизни в озерах и  реках. Так же как и почвы, некоторые  озера и реки особенно чувствительны  к воздействию кислоты из-за низкого  содержания щелочей (особенно иона бикарбоната), которые могли бы способствовать нейтрализации поступающих в  них кислот.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Таким образом, подводя итог всему вышесказанному, необходимо сделать ряд следующих выводов.

  Несмотря на «постиндустриальное» звучание, термину «кислотные дожди» 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.

Современная химия  измеряет кислотность растворов  в единицах рН. Значение отдельной такой единицы, равное 7, считается нейтральным, более высокие соответствуют щелочной среде, более низкие -- кислой. Изменение значения рН на один пункт соответствует изменению кислотности в десять раз.

Расхожее выражение «кислотные дожди» обозначает осадки с показателем рН меньше, чем 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.

Косвенным свидетельством кислотности осадков может быть измерение рН в озерах и водоемах -- их аномальная кислотность уже устойчиво сказывается на флоре и фауне. Доказано, что в сотнях озер Скандинавии по этой причине пропала рыба. Кроме того, «кислая вода» способствует лучшей растворимости в ней таких опасных металлов, как алюминий, кадмий, ртуть, свинец, из почв и донных отложений, а это ведет к болезням людей, пьющих эту воду.