Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………...2

1. Понятие кислотности…………………………………………………………..4

2. Механизм образования и выпадения кислотных осадков…………………...6

3. Влияние кислотных дождей на экосистемы и людей………………………10

Заключение……………………………………………………………………….14

Список  используемой литературы……………………………………………...16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

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.

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 окружающую среду.

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 окружающую среду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.

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-).

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.

 

 

 

 

 

 

2. 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.

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.

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 2H₂SO₄;

4NO₂ + 2Н₂O + О₂ 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.

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.

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.

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.

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 окружающую среду

Кислотные дожди оказывают многоплановое  влияние на окружающую среду.

В первую очередь отрицательному воздействию  подвергаются водные экосистемы, почва  и растительность.

Природные поверхностные воды обладают буферными способностями по отношению  к посторонним водородным и гидроксильным  ионам, т. е. способностью поддерживать постоянную величину рН вблизи нейтральной точки; за пределами интервала значений рН = 4-13 буферная способность полностью утрачивается.

Таким образом, гидрокарбонат-ион  принимает на себя более или менее  значительную часть добавляемых  водородных или гидроксильных ионов, благодаря чему рН раствора меняется незначительно. Особенно высокими буферными способностями обладает морская вода, рН которой составляет в общем от 7 до 8,5, что соответствует слабощелочной реакции. Снеговые воды, а также большинство пресных водоемов, особенно в северных областях земного шара, обладают слабыми буферными свойствами и имеют кислую реакцию: 7 > рН > 4.