Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

Содержание Введение…………………………………………… ………………………… 3 1 Как попадают соединения серы в атмосферу 1.1Виды соединений серы. 1.2Источники соединений серы. 1.3Виды соединений азота 1.4Источники соединений азота 1.5Атмосферный аммиак 2 Распространение кислотных веществ в атмосфере. 3 Химические п ревращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере. 3.1Химические превращения соединений серы. 3.2Химические превращения соединений азота. 4 Кислотная седиментация (кислотные осадки ). 4.1Вымывание кислотных веществ из атмосферы 4.2Сухие осадки 5 Влияние кислотных осадков на биосферу 5.1Косвенные воздействия 5.2Непосредственные воздействия 6 Способы защиты от кислотных дождей. Заключение Список литературы Введение. Интенсификация деятельности человека в последнее столетие привела к значительному на рушению сложившегося в природе равновесия , в результате чего возникло множество проблем , связанных с защитой окружающей среды. 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 антропоге н ного 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 испо л ьзуется минеральное топливо , предприятия черной и цветной металлургии , химической и нефтехимической промышленности , авиационный и автомобильный транспорт. Попадая в атмосферу , многие загрязнения подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с уча стием компонентов воздуха . Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или выпадают на поверхность Земли с аэрозолями . Попадая на поверхность биологических объектов , строительных конструкций и других предметов , загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ , металлов и неорганических материалов. Ущерб , наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и продуктам производственной деятельности человека , трудно о ценить , но гибель лесов , загрязнение водных бассейнов , распространение аллергических заболеваний , нарушение биологического равновесия в экосистемах не в последнюю очередь связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере. Как попадают соединения серы и азота в атмосферу. Виды соединений серы. К наиболее важным соединениям серы , находящимся в атмосфере , относятся двуокись серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (сероокись углерода ), сероуглерод , сероводород и диметилсульфид (табл . 2). После д ние четыре соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко превращаются в двуокись серы или в серную кислоту (сульфаты ). Под влиянием деятельно сти человека более всего изменяется содержание двуокиси се ры. В сильно загрязненных ра йонах уровень двуокиси серы может в 1000 и даже в десятки тысяч раз превысить естест венную границу значений на суше и в океане . Концентрация других соединений серы , обычно образующихся из естествен ных источников , более или менее одинакова вблизи поверх н ости земли . Среди соединений серы , находящихся в твердом и жидком состоянии , принимаются в расчет только серная кислота и сульфаты (сульфат и гидросульфат аммония ), а также морская соль. Источники соединений серы. Соединения серы , как мы уже упомянули , ча стично попадают в атмосферу естествен ным путем , а частично антропогенным . Поверхность суши , как и поверхность океанов и морей , играет роль естественно го источника . Обычно деятельность человека ограничивается сушей , поэтому мы можем учитывать загрязнение серой только на этой территории. Существуют три основных источника естественной эмиссии серы. 1. Процессы разрушения биосферы . С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода ) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических ве ществ . Благодаря этому содержащаяся в них сера образует газообразные соединения . Вместе с тем определенные анаэ робные бактерии извлекают из сульфатов , растворенных в ес тественных водах , кислород , в результате чего образуются сернистые газообразные соеди н ения. Из указанных веществ сначала в атмосфере был обнару жен сероводород , а затем с развитием измерительных прибо ров и способов отбора проб воздуха удалось выделить ряд ор ганических газообразных соединений серы . Наиболее важны ми источниками этих газов являются болота , зоны приливов и отливов у береговой линии морей , устья рек и некоторые почвы , содержащие большое количество органических ве ществ. Поверхность моря также может содержать значительные количества сероводорода . В его возникновении принимают у частие морские водо росли . Можно предположить , что выделение серы биологиче ским путем не превышает 30-40 млн т в год , что составляет около 1/3 всего выделяемого количества серы. 2. Вулканическая деятельность . При извержении вулкана в атмосферу наряду с бо льшим количеством двуокиси серы попадают сероводород , сульфаты и элементарная сера . Эти со единения поступают главным образом в нижний слой - тро посферу , а при отдельных , большой силы извержениях на блюдается увеличение концентрации соединений серы и в б о лее высоких слоях - в стратосфере . С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн т серосодержащих соединений . Для тропосферы это количество незначительно по сравнению с биологическими выделениями , для стратосферы же извержени я вулканов являются самым важным источником появления серы. 3. Поверхность океанов . После испарения капель воды , поступающих в атмосферу с поверхности океанов , остается морская соль , содержащая наряду с ионами натрия и хлора соединения серы — сульфаты. Вмес те с частицами морской соли ежегодно в атмосферу попадает 50-200 млн т серы , что гораздо больше , чем эмиссия серы биологическим путем . В то же время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и , таким образом , только ничтожная ч асть серы попадает в более верхние слои или распыляется над сушей . Следует так же учесть , что из сульфатов морского происхождения не мо жет образоваться серная кислота , поэтому с точки зрения об разования кислотных дождей они не имеют существенного значен и я . Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков. В результате деятельности человека в атмосферу попада ют значительные количества соединений серы , главным образом в виде ее двуокиси . Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь , сжигаемый в зданиях и на электростанциях , который дает 70% антропогенных выбро сов . Содержание серы (несколько процентов ) в угле достаточно велико (особенно в буром угле ). В процессе горения сера превращается в сернистый газ , а часть се р ы остается в золе в твердом состоянии . Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико в зависимости от места происхождения (0, 1-2%). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше , чем при сгорании угля. Источн иками образования двуокиси серы могут быть так же отдельные отрасли промышленности , главным образом металлургическая , а также предприятия по производству сер ной кислоты и переработке нефти . На транспорте загрязне ние соединениями серы относительно незнач и тельно , там в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота. Таким образом , ежегодно в результате деятельности чело века в атмосферу попадает 60-70 млн т серы в виде двуокиси серы . Сравнение естественных и антропогенных выбросов сое динений серы пок азывает , что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза боль ше , чем это происходит в природе . К тому же эти соедине ния концентрируются в районах с развитой промышленно стью , где антропогенные выбросы в несколько раз превыша ю т естественные , т . е . главным образом в Европе и Северной Америке. Примерно половина выбросов , связанных с деятельностью человека (30-40 млн т ), приходится на Европу . Виды соединений азота. В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микровеществ , но в к ислотной седиментации участвуют только два из них : окись и двуокись азота , которые в результате протекающих в атмосфере реакций образуют азо тистую кислоту. Окись азота под действием окислителей (например , озона ) или различных свободных радикалов преобразу ется в дву окись азота : (окись азота + радикал пероксида водорода --- двуокись азота + радикал гидроксила ); (окись азота + озон --- двуокись азота + молекулярный кислород ). Итак , можно предположить , что окисью азота можно пре небречь вследствие указанных окислительных процессов . Од нако это не совсем так , что объя сняется двумя причинами . Первая заключается в том , что выброс оксидов азота в значи тельной степени происходит в форме окиси азота , и требуется время , чтобы п олностью превратилась в . С другой стороны , в непосредственной близости от источников загряз нения количество окиси азота превышает количество двуоки си азота . Это соотношение увеличивается в сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям , непосредственно не подверженным загрязнению . Например , в безусловно чис том воздухе над поверхностью океана часть окиси азота со ставляет всего несколько процентов от двуокиси азота . Соот ношение этих газов , впрочем , может меняться вследствие фо тодиссоциации двуокиси азота : (двуокись азота + квант света --- окись азот а + атом кислорода ), Кислотную среду в атмосфере создает также азотная кис лота , образующаяся из оксидов азота . Если находящаяся в воздухе азотная кислота нейтрализуется , то образуется азот нокислая соль , которая обычно присутствует в атмосфере в виде аэроз олей . Это относится также к солям аммония , кото рые получаются в результате взаимодействий аммиака с ка кой-либо кислотой . Источники соединений азота. Эти источники могут быть как естественными , так и антропогенными . Рассмот рим наиболее важные естествен ные источники. Естественные и антропогенные источники соединений азота , содержащихся в атмосфере. Почвенная эмиссия оксидов азота. В про цессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота . Соглас но совр еменным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн т оксидов азота. Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и пе рехода в плазменное состояние молекулярные азот и кисло род в воздухе соединяются в ок сиды азота . В состоянии плаз мы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию . Об щее количество образовавшихся таким способом оксидов азо та составляет 8 млн т в год. Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным , так и искусственным . Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью по лучения производственных площадей ) и пожаров в саванне . При горении биомассы в воздух поступает 12 млн т оксидов азота в год. Прочие источники естественных выбр осов оксидов азота менее значительны и с трудом поддаются оценке . К ним относятся : окисление аммиака в атмосфере , разложение находящейся в стратосфере закиси азота , вследствие чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов в тропосферу и , наконец , фотолитические и биологические процессы в океанах . Эти естественные источники совместно вырабатывают в год 2-12 млн т оксидов азота. Среди антропогенных и сточников образования оксидов азота на первом месте стоит горение ископаемого топлива (уголь , нефть , газ и т . д .). Во время горения в результате воз никновения высокой температуры находящиеся в воздухе азот и кислород соединяются . Количество образовавшего с я оксида азота NO пропорционально температуре горения . Кро ме того , оксиды азота образуются в результате горения имею щихся в топливе азотсодержащих веществ . Сжигая топливо , человек ежегодно выбрасывает в воздух 12 млн т оксидов азота .. Значительным ис точ ником оксидов азота также является транспорт. В целом количества естественных и искусственных выбросов приблизительно одинаковы , однако последние , так же как и выбросы соединений серы , сосредоточены на огра ниченных территориях Земли. Необходимо упомянуть, однако , что количество выбросов оксидов азота из года в год растет в отличие от эмиссии двуокиси серы , поэтому соединения азота играют огромную роль в образовании кис лотных осадков. Атмосферный аммиак. Аммиак , имеющий в водном рас творе щелочную реакц ию , играет значительную роль в регу лировании кислотных дождей , так как он может нейтрализо вать атмосферные кислотные соединения с помощью следую щих реакций : (аммиак + серная кислота - гидросульфат аммония ); (аммиак + гидросульфат аммония = сульфат аммония ); (аммиак + азотная кислота - нитрат аммония ). Таким обр азом , эти химические реакции ведут к образо ванию сульфата и нитрата аммония. Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва . Находящиеся в почве органические вещества разру шаются определенными бактериями , и одним из конечных продуктов этого про цесса является аммиак . Установлено , что активность бактерий , приводящая в конечном счете к образо ванию аммиака , зависит в первую очередь от температуры и влажности почвы . В высоких географических широтах (Се верная Европа и Северная Америка ), особенно в з имние меся цы , выделение аммиака почвой может быть незначительным . В то же время на этих территориях наблюдается наибольший уровень эмиссии двуокиси серы и оксидов азота , в результате чего находящиеся в атмосфере кислоты не подвергаются ней трализации и , т аким образом , возрастает опасность выпаде ния кислотного дождя. В процессе распада мочи домашних животных высвобож дается большое количество аммиака . Этот источник аммиака настолько значителен , что , например , в Европе он превыша ет возможности выделения ам миака почвой . Естественно , этот процесс также зависит от температуры , и в холодные зимние месяцы скорость распада ниже . Существенными ис точниками аммиака могут служить также производство и внесение в землю искусственных удобрений . Меньшее коли чество амм и ака может попасть в атмосферу в результате сго рания угля или горючего транспортных средств. Распространение кислотных веществ в атмосфере. Загрязняющие вещества , выделяющиеся из источников , близких к поверхности Земли , естественно , не задерживают ся на одном месте , а распространяются в вертикальном и го ризонтальном направлениях , частично преобразовываясь при этом . Рассмотрим сначала вертикальное перемешивание , ко торое происходит посредством конвекционных (упорядочен ных вертикальных ) или турбулентных (неупорядоченных ) движений . В зависимости от структуры атмосферы и е e состо яния в данный момент перемешивание может достигнуть только определенной высоты . Эта высота в первую очередь зависит от распределения температуры по вертикали в атмос фере . Как изв е стно , начиная с поверхности Земли темпера тура воздуха по мере движения вверх обычно снижается , в среднем на 0, 6°С на каждые 100 м . На высоте 8-18 км от по верхности это понижение исчезает , более того , двигаясь вы ше , можно наблюдать потепление . Этот сло й , где происходит изменение температуры в обратном направлении , называется тропопаузой , а пространство между ней и поверхностью — тропосферой . Высота тропопаузы (8-18 км ) зависит от географической широты и для данного места остается по стоянной . Выше наход и тся стратосфера , где потепление в вертикальном направлении происходит в результате погло щения коротковолнового излучения и протекания фотохими ческих реакций . Разделяющая две сферы тропопауза играет важную роль , она действует как экранирующий слой между т ропосферой и стратосферой . Физическим условием движения потока вверх является снижение температуры воздуха в этом же направлении . Поэтому перемешивание в тропопаузе за медляется , и загрязняющие вещества уже могут проникнуть в стратосферу только с помощью д иффузии (молекулярное движение ). Последняя представляет собой очень медленный процесс и , таким образом , те загрязняющие вещества , кото рые находятся в тропосфере недолго , практически не могут попасть в стратосферу . С другой стороны , вещества , имеющие длит е льное время жизни , могут попасть в стратосферу , на пример , фреоны , время нахождения кото рых в тропосфере исчисляется несколькими десятками лет. Микроэлементы , которые находятся в тропосфере в тече ние короткого времени (например , соединения серы и азота ), могут попасть в более высокие слои воздуха другим путем , например , при сильном извержении вулкана или во время полетов в стратосферу. Таким образом , возвращаясь к тропопаузе , можно ска зать , что в результате увеличения температуры с высотой пе ремешивание на этом уровне прекращается . В то же время часто уже в нижних слоях тропосферы , вблизи от поверхно сти , наблюдается инверсия температуры , т . е . изменение ее в противоположном направлении , которое также приводит к прекращению вертикального перемещения . Ме с тонахождение инверсии иногда хорошо видно невооруженным глазом . На пример , в Будапеште , особенно в зимние месяцы , над загряз ненными местами иногда можно превосходно разглядеть гра ницу между серым загрязненным нижним и верхним чис тым слоями воздуха . На э той границе прекращается верти кальное перемешивание загрязняющих веществ . Этот близ кий к поверхности слой называют слоем перемешивания . Высота его зависит от времени года и метеорологических ус ловий . Тропопауза является верхней границей перемешива ния в том случае , если , например , инверсия находится ниже , чем источник загрязнения. Кислотные загрязняющие вещества , естественно , распро страняются не только в вертикальном , но и в горизонтальном направлении . Этот процесс происходит под воздействием так называ емой адвекции в направлении скорости ветра при упорядоченном движении воздуха или же в результате турбу лентного (неупорядоченного ) движения . На больших расстоя ниях (более 50 км ) решающим фактором является адвекция . Расстояние , которое может в среднем пр о йти одна молекула загрязняющего вещества , зависит помимо скорости ветра и от времени ее пребывания в атмосфере . Все находящиеся в атмосфере вещества , в том числе и ее основные компоненты , через определенное время вступают в химическую реакцию либо выпадаю т из атмосферы на поверхность в виде осадка . Это выделение веществ на поверхность представляет собой седиментацию . Время , в течение которого в среднем молекулы соединений проводят в атмосфере , называется временем пре бывания . Обычно чем короче время пребыв а ния заданного ве щества в атмосфере , тем выше его способность изменяться в пространстве и во времени . Например , концентрация закиси азота в тропосфере достаточно постоянна и не зависит от мес та и времени измерения , так как атмосферное (тропосферное ) врем я ее пребывания составляет около 25 лет . Концентрация же двуокиси азота может в несколько раз изменяться в зави симости от места и времени . Время ее пребывания составляет лишь 8-10 сут , а для серы оно еще короче — около 2 сут . Это , естественно , не означает, что каждая молекула двуокиси се ры точно через 2 сут исчезает из атмосферы , так как время жизни каждой молекулы статистически колеблется вокруг среднего значения. Что означают для двуокиси серы эти двое суток времени пребывания ? На какое расстояние в сред нем она может рас пространиться с помощью ветра ? Возьмем скорость ветра 10 м /с , которая довольно часто бывает на высоте 1 км от повер хности Земли . Легко можно подсчитать , что одна "средняя " молекула двуокиси серы на "крыльях ветра " может удалить ся приме р но на 2000 км от места выброса . Если же мы при мем во внимание среднее значение скорости ветра у поверх ности почвы (в Венгрии приблизительно 3 м /с ), то среднее пройденное молекулой расстояние составит около 500 км . Та ким образом , молекула двуокиси серы в среднем может по крыть расстояние 1000 км . Для двуокиси азота это расстоя ние из-за более продолжительного времени пребывания мо жет быть еще больше. Распространение загрязняющих веществ в таких масшта бах создало много международных проблем . Поскольку за грязнение воздуха не знает границ , выброс загрязняющих веществ в одном государстве может загрязнить воздух друго го . Например , существует тесная связь между образованием кислотных дождей в Скандинавских странах и эмиссией дву окисей серы и азота в Средне й и Западной Европе . Европей ская экономическая комиссия ООН (ЕЭК ) в рамках "Совмест ной программы наблюдения и оценки распространения за грязняющих воздух веществ на большие расстояния в Евро пе " (ЕМЕП ) подсчитала , в какой степени то или иное ев ропейское государство несет ответственность , например , за выпадение кислотных дождей в Скандинавских странах . Необходимо принять во внимание также количества загрязняющих веществ , которые удаляются из определенной страны и посту пают туда из других стран . Это можно вычислить исходя из круговорота веществ на данной территории . Если в какой-либо стране выброс загрязняющего вещества (например , дву окиси серы или окиси азота ) на ее территории превышает его выпадение в неизменной или преобразованной форме , то ба ланс это й страны отрицательный , т.е . она больше загрязняет , чем загрязняется сама . Венгрия , например , имеет отрица тельный баланс по сере , т . е . может считаться загрязняющей страной , в то время как баланс кислотных соединений азота находится в относительном равнов е сии. За передвижением масс воздуха между странами и рас пространением таким способом загрязняющих веществ мож но проследить . Используя различные метеорологические дан ные (например , направления ветра на различной высоте , ско рость ветра ), можно определить, где находящаяся над опреде ленной территорией масса воздуха будет располагаться через 0; 3; 6; ... 36ч . Естественно , воздействие каждого источника загрязнения проявляется тем больше , чем ближе он находится от места измерения . Расположенный близко менее з н ачительный ис точник может перекрыть влияние более отдаленного мощного источника загрязнения. Таким образом , мы схематично ознакомились с верти кальным перемешиванием (конвекция ) и горизонтальным распространением (адвекция ) загрязняющих веществ . Однако их только теоретически можно отделить друг от друга , в дей ствительности оба эти процесса идут параллельно . Для мате матического описания (моделирования ) распространения за грязняющих веществ необходимо также учитывать химиче ское взаимодействие , седиментаци ю микроэлементов , влия ние рельефа на формирование потока воздуха и т.д . Такие математические модели очень сложны . Однако с некоторыми упрощениями можно получить относительно хорошие результаты. Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмос фере. Попадающие в воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются физическим и химическим воздействиям в атмосфере . Эти процессы идут параллельно их распространению . Очень часто загрязняющие вещества , испытав частичное или полное химическое превращение , выпадают в осадок , изменив таким образом свое агрегатное состояние. Рассмотрим подробнее химические реакции и фазовые изменения , происходящие с атмосферными кислотными микроэлементами (веществами ). Химические превращения соединений серы : Сер а входит в состав в неполностью окисленной форме (степень окисления ее равна 4). Если соединения серы находятся в воздухе в течение достаточно длительного времени , то под действием содержащихся в воздухе окислителей они превращаются в серную кислоту или с у льфаты. Рассмотрим в первую очередь наиболее значительное с точки зрения кислотных дождей вещество двуокись серы . Реакции двуокиси серы могут протекать как в гомогенной среде , так и в гомогенной . Одной из гомогенных реакций является взаимодействие молекулы двуокиси серы с фотоном в видимой области спектра , относительно близкой к ультрафиолетовой области : . В резу льтате этого процесса возникают так называемые активированные молекулы , которые располагают избыточной энергией по сравнению с основным состоянием . Звездочка означает активированное состояние . Активированные молекулы двуокиси серы в отличие от «нормальных » молекул могут вступать в химическое взаимодействие с находящимся в воздухе в довольно больших количествах молекулярным кислородом : (активированная молекула двуокиси + молекулярный кислород свободный радикал ) (свобод ный радикал + молекулярный кислород трехокись серы + озон ) Образовавшаяся трехокись серы , взаимодействуя с атмосферной водой , очень быстро превращается в се рную кислоту , поэтому при обычных атмосферных условиях трехокись серы не содержится в воздухе в значительных количествах . В гомогенной среде двуокись серы может вступить во взаимодействие с атомарным кислородом , также с образованием трехокиси серы : (двуокись серы + атомарный кислород трехокись серы ) Эта реакция про текает в тех средах , где имеется относительно высокое содержание двуокиси азота , которая также под действием света выделяет атомарный кислород. В последние годы было установлено , что описанные выше механизмы превращения двуокиси серы в атмосфере не имеют п ревалирующего значения , так как реакции протекают главным образом при участии свободных радикалов . Свободные радикалы , возникающие при фотохимических процессах , содержат непарный электрон , благодаря чему они обладают повышенной реакционноспособностью . Одн а из таких реакций протекает следующим образом : (двуокись серы +радикал гидроксила свободный радикал ) (свободный радикал + радикал гидроксила серная кислота ) В результате реакции образуются молекулы серной кислоты , которые в воздухе или на поверхности аэрозольных частиц быстро конденсируются. Превращение двуокиси серы может осуществляться и в гетерогенной среде . Под гете рогенным превращением мы понимаем химическую реакцию , которая происходит не в газовой фазе , ав каплях или на поверхности частиц , находящихся в атмосфере . Кроме двуокиси серы в атмосфере можно обнаружить значительное количество других природных соединений серы , которые в конечном счете окисляются до серной кислоты . В их превращении важную роль играют образовавшиеся фотохимическим путем свободные радикалыи атомы . Конечные продукты играют определенную роль в анторпогенной кислотной седиментации. Химические п ревращения соединений азота : Наиболее распространенным соединением азота , входящим в состав выбросов , является окись азота , котрая при взаимодействии с кислор одом воздуха образует двуокись азота . Последняя в результате реакции с радикалом гидроксида превращается в азотную кислоту : (двуокись азота + радикал гидрокс ила азотная кислота ). Полученная таким образом азотная кислота может долгое время оставаться в газообразном состоянии , так как она плохо конденсируется . Друг ими словами , азотная кислота обладает большей летучестью , чем серная . Пары азотной кислоты могут быть поглощены капельками облаков , осадков или частицами аэрозоля. Кислотная седиментация (кислотные дожди ). Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является седиментация , которая может происходить двумя путями . Первый путь вымывание осадков или влажная седиментация . Второй путь выпадение осадков или сухая седиментация . Совокупность этих процессов является кислотной седиментацией. Вымывание кислотных веществ из атмосферы. Вымывание происходит во время образования облаков и осадков . Одним из условий образования облаков является перенасыщенность . Это означает , что воздух содержит боль ше 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 н е 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 соедине ния серы и азота. 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 ув еличиваться . 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 атмосф е ры 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 дистиллиро в анной 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. Сухие осадки. Хотя эта форма седиментации существенно отлича ется от влажной седиментации , конечный результат их действительно идентичен попадание кислотных атмосферных микроэлементов , соединений серы и азота на поверхность Земли . Известно достаточно много разнообразных кислотных микро элементов , однако содержание большинства из них настолько мало , что их роль в кислотной седиментаци можно не принимать во внимание. Эти кислотные вещества могут выпадать на поверхность двумя способами . Один из них турбулентна я 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 неравн о мерным 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 веществ а легко взаимодействуют с поверхностью. Влияние кислотных осадков на биосферу. Кислотные осадки оказывают вредное воз действие не только на отдельные предмет или живые сущест ва , но и на их совокупность . В природе и в окружающей сре де образовались сообщ ества растений и животных , между ко торыми , как и между живыми и неживыми организмами , су ществует постоянный обмен веществ . Эти сообщества , кото рые можно также называть экологической системой , обычно состоят из четырех групп : неживые объекты , живые орга н из мы , потребители и разрушители. Влияние кислотности в первую очередь сказывается на со стоянии пресных вод и лесов . Обычно воздействия на сообще ства бывают косвенными , т.е . опасность представляют не са ми кислотные осадки , а протекающие под их влиянием про цессы (например , высвобождение алюминия ). В определен ных объектах (почва , вода , ил и т.д .) в зависимости от кис лотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов , так как в результате изменения рН изменяется их раствори мость . Через питьевую воду и животную пищу , например , через рыбу в организм человека также могут попасть токсич ные металлы . 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 источ ника загрязнения. Косвенные воздействия. Воздействия на леса и пашни . Кислотные осадки воздействуют либо косвенным путем ; через почву и корнев ую систему , либо непосредствен но (главным образом на листву ). Подкисление почвы опреде ляется различными факторами . В отличие от вод почва обла дает способностью к выравниванию кислотности среды , т.е . до определенной степени она сопротивляется усилению к и с лотности . Попавшие в почву кислоты нейтрализуются , что ведет к сохранению существенного закисления . Однако наря ду с естественными процессами на почвы в лесах и на паш нях воздействуют антропогенные факторы. Химическая стабильность , способность к выравни ванию , склонность почв к закислению изменчивы и зависят от каче ства подпочвенных пород , генетического типа почвы , способа ее обработки (возделывания ), а также от наличия поблизости значительного источника загрязнений (рис . 23). Кроме того , способность по ч вы сопротивляться влиянию кислотности за висит от химических и физических свойств подстилающих слоев. Косвенные воздействия проявляются по-разному . Напри мер , осадки , содержащие соединения азота , некоторое время способствуют росту деревьев , так как снабжаю т почву пита тельными веществами . Однако в результате постоянного по требления азота лес им перенасыщается . Тогда увеличивается вымывание нитрата , что ведет к закислению почвы. Во время выпадения осадков вода , стекающая с листьев , содержит больше серы , кал ия , магния , кальция и меньше нитрата и аммиака , чем вода осадков , что приводит к увели чению кислотности почвы . В результате этого возрастают по тери необходимых для растений кальция , магния , калия , что ведет к повреждению деревьев. Поступающие в почву ион ы водорода могут замещаться находящимися в почве катионами , в результате чего проис ходят либо выщелачивание кальция , магния и калия , либо их седиментация в обезвоженной форме . Далее возрастает также мобильность токсичных тяжелых металлов (марганец , медь, кадмий и др .) в почвах с низкими значениями рН. Растворимость тяжелых металлов также сильно зависит от рН . Растворенные и вследствие этого легко поглощаемые растениями тяжелые металлы являются ядами для растений и могут привести к их гибели . Широко известн о , что алюми ний , растворенный в сильнокислой среде , ядовит для живу щих в почве организмов . Во многих почвах , например , в се верных умеренных и бореальных лесных зонах , наблюдается поглощение более высоких концентраций алюминия по сравнению с концентраци я ми щелочных катионов . Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это соотношение , од нако при выпадении значительных количеств кислотных осадков отношение алюминий /кальций в почвенных водах настолько возрастает , что ослабляется рост корней и создает с я опасность для существования деревьев. Происходящие в составе почвы изменения могут преобра зовать состав микроорганизмов в почве , воздействовать на их активность и тем самым повлиять на процессы разложения и минерализации , а также на связывание азота и внутреннее закисление. Так , например , гибель лесов в Средней и Запад ной Европе произошла главным образом под влиянием кос венных воздействий . Почти полностью погибли леса на площа ди в несколько сотен тысяч гектаров. В Венгрии , согласно исследованиям экол огов , погибло бо лее 10% дубов в северном горном массиве . Большей частью это происходит из-за извлечения тяжелых металлов в результате закисления лес ных почв . Алюминий и различные тяжелые металлы непос редственно воздействуют на живые существа , но могут т акже изменить структуру почвы и ее способность обеспечивать пи тательными веществами. Вероятной причиной омертвения дубов является разруше ние прикрепляющихся к корневой системе грибов Mikorrhiza . Эти грибы находятся в симбиозной связи с отдельными вы сшим и растениями (например , с дубом ); присоединяясь к разветвленной корневой системе , они в несколько раз увели чивают ее способность впитывать питательные вещества . Для грибов Mikorrhiza характерна очень большая чувствитель ность к кислотности . Тенденция к их сокращению и гибели в последние годы находится в непосредственной связи с выми ранием дубов . Аналогичная ситуация сложилась с очень ре дким , находящимся под охраной растением , — орхидеей . Со гласно исследованиям венгерских экологов , они в определен ных м е стах полностью исчезли или значительно поредели. Дальнейшую озабоченность вызывает то , что в результате гибели наиболее чувствительных к закислению существ (мик роорганизмы почвы , грибы , дубы ) в структуре материального и энергетического баланса живых сообщ еств могут произойти неблагоприятные изменения , и в конечном итоге сам человек также пострадает из-за происходящих при этом необратимых процессов. Обрабатываемые земли (пашни ) находятся в несколько ином положении по сравнению с естественными лесными сис те мами . Причиной повышения кислотности обрабатываемых земель в первую очередь является широкое применение мине ральных удобрений . Например , суперфосфаты содержат не сколько процентов свободной серной кислоты . Азотистые удобрения содержат значительные количе с тва нитратов и сое динений аммония. Способность почв к закислению в различных частях Земли . 1-высокая ; 2-выше средней ; 3-средняя ; 4-низкая. Рас тения , принимая ион аммония , отдают соответствую щее количество ионов водорода в почву , что также ведет к ее закислению . Согласно наблюдениям в Венгрии обрабатываемые земли испытывают стремитель ное закисление . Частично это объясняется тем , что при убор к е растений происходит перенос вещества производительного слоя , из-за чего снижается щелочная среда почвы . Главной же причиной является внесение минеральных удобрений . Для нейтрализации их воздействия на 1 га нужно внести 300-400 кг карбоната кальция в год , в то время как для ней трализации воздействия кислотных осадков достаточно около 10 кг карбоната кальция . Таким образом , на интенсивно удобренных территориях кислотные осадки играют только второстепенную роль в закислении почв . Согласно мнению отдельных с п ециалистов , из-за внесения удобрений в Венг рии может начаться закисление почвы в катастрофических размерах . Этого можно избежать только регулярным извест кованием почвы , а также путем исключения использования аммонийсодержащих минеральных удобрений. Закис ление пресных вод . /Собственно говоря , закисление прёсных вод - это потеря ими способности к нейтрализации . Закисление вызывают сильные кислоты , главным образом серная и азотная . На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты , но во в р емя эпизодических явлений (например , таяние снега ) сульфаты и нитраты дейст вуют совместно . На значительных территориях при повыше нии определенных значений кислотности осадков поверхност ные воды оказываются кислыми . Если почва теряет способ ность нейтра л изовать кислоты , то значение рН может сни зиться на 1, 5, а в крайних случаях — даже на 2 или на 3. Частично закисление происходит непосредственно под дейст вием осадков , но в большей мере - за счет веществ , смывае мых с территории водного бассейна. Измене ние рН воды од ного из шведских озер . Начиная 60- x годов , кислотность увеличилась почти в 100 раз , т.е . значение рН уменьшилось на 2 (по Ренбергу и Хедбергу ) Особенно интенсивно про исходит закисление озер в Скан динавских странах и в Канаде . Большинство скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе . Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот , чем озера , расположенные на терри ториях , б о гатых известняком . Это связано с тем , что из изве стняковых почв выделяется ион гидрокарбоната , который обеспечивает щелочную среду и , следовательно , способность к нейтрализации кислот . Такая же ситуация сложилась и у большинства озер в Венгрии . Например, рН воды в оз . Бала-тон больше 8. Поскольку в химии атмосферы для нейтраль ной среды принято значение рН = 5, 6, то воду этого озера следует отнести к щелочной. Процесс закисления поверхностных вод состоит из трех фаз. 1. Убыль ионов гидрокарбоната , т.е . ум еньшение способ ности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН. 2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната . Значение рН тогда падает ниже 5, 5. Наибо лее чувствительные виды живых организмов начинают поги бать уже при рН = 6, 5 ( рис . 25). 3. При рН = 4, 5 кислотность раствора стабилизируется . В этих условиях кислотность раствора регулируется реакцией гидролиза соединений алюминия . В такой среде способны жить только немногие виды насекомых , растительный и жи вотный планктон , а такж е белые водоросли. Многие виды животных и растений начинают гибнуть уже при зачениях рН < 6. При рН < 5 не обеспечиваются условия для нормальной жизни (по данным SNV ). Гибель живых существ помимо действия сильноядовитого иона алюминия может быть вызвана и другими причинами . Под воздействием иона водорода , например , выделяются кад мий , цинк , свинец , марганец , а также другие ядовитые тя желые металлы . Количество растительных питательных ве ществ , например , фосфора , начинает уменьшаться , так как в растворе и о н алюминия образует с ионом ортофосфата нераст воримый фосфат алюминия : , который осаждается в форме донного осадка . Гибель водных живых сообществ может приво дить к за-кислению и выделению тяжелых металлов , а также к нару шению экологического равновесия . Уменьшение рН воды идет параллельно с сокращением популяций или гибелью рыб, Чувствительность водных организмов к снижению рН в пре сных водах. земноводных , фито - и зоопланктона , а также множества прочих живых организмов . Можно заметить характерные различия (во флоре и фауне ) озер , вода которых имеет близ кий состав питательных веществ и ионов , но различную кис лотность . До определенных пределов млекопитающие , в том числе и человек , защищены от вредного влияния кислотно сти , однако в организмах водных животных накапливаются ядовитые тяжелые металлы , которые могут попасть в пище в ую цепочку . Наибольших масштабов достигло закисление озер и рек в Швеции , Норвегии , США , Канаде , но этот про цесс уже начал распространяться в Дании , Бельгии , Голлан дии , ФРГ , ГДР , Шотландии и Югославии. Изучение 5000 озер южной Норвегии показало , что в 17 50 из них исчезли популяции рыб , а 900 другим озерам уг рожает серьезная опасность . Гибель рыбы из-за постоянного выпадения кислотных осадков продолжается . В южной и средней Швеции отмечены потери рыбы в 2500 озерах , то же самое предполагается еще в 6500 озерах , где обнаружены признаки закисления . Почти в 18 000 озерах рН воды меньше 5, 5, что неблагоприятно влияет на популя цию рыб . В Канаде и северной части США существуют ана логичные проблемы . В Онтарио приблизительно 50 тыс . озер , имеющих гранитное ло ж е , подвержены относительно сильно му действию соединений серы . В Квебеке чувствительные к загрязнениям территории распространены еще больше . На ос новании скандинавского опыта ожидается , что в будущем эти озера начнут закисляться . В северной части США уже подме чено сокращение популяции лосося приблизительно в 100 озерах . Проблем , связанных с закислением поверхностных вод , в Венгрии , к счастью , не возникает , поскольку в этих водах имеется большое содержание карбонатов и гидрокарбо натов , которые обеспечива ю т способность нейтрализовать кислоты . Проведенные в различных водах исследования по нагрузке и расчеты на моделях показывают , что воды вен герских рек и озер в большинстве своем способны выдержи вать на протяжении долгого времени даже возросшие нагруз ки. Исключением являются только некоторые водохранили ща , вода которых химически нейтральна , а следовательно , способность их к выравниванию кислотности относитель но мала Непосредственные (прямые ) воздействия . Гибель растений. Непосредственная гибель растений в наибольшей степени ощущается вблизи от выбросов загрязнений , в радиусе некольких десятков километров от их источника . Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы . Это соединение адсорбируется на поверхности растения , в ос новном на его листьях , и оказывает на него вредное влияние . Двуокись серы , проникая в организм растения , принимает участие в различных окислительных процессах . Эти процессы протекают с участием свободных радикалов , образованных из двуокиси серы в результате химических р еакций . Они окисляют нена сыщенные жирные кислоты мембран , тем самым изменяя их проницаемость , что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание , фотосинтез и др .). Непосредственные воздействия на растения могут прини мать различные формы : 1 ) генетические изменения ; 2) видо вые изменения ; 3)нанесение прямого вреда растительности . Естественно , в зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого (обратимого ) ущерба до полной гибели р астения. В первую очередь погибают наиболее чувствительные ви ды , например , отдельные лишайники , которые могут сохра ниться только в самой чистой среде , поэтому их считают "ин дикаторами " чистого воздуха . Обычно в сильнозагрязненных местах образуется "лиша йная пустыня ". В современном городе она су ществует уже при средней концентрации двуокиси серы 100 мкг /м ". Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует , а на окраинах его можно встретить очень редко . Впрочем , существуют также виды лишайника , хоро ш о переносящие нагрузки двуокиси серы , поэтому отдельные со противляющиеся виды иногда занимают место погибших ви дов лишайника. Однако кислотные атмосферные соединения , естественно , могут также оказывать прямое вредное воздействие и на рас тения более высо кого класса . Непосредственный вред , прино симый двуокисью серы , зависит от многих факторов — мест ного климата , вида деревьев , состояния почвы , способов обра ботки леса , рН влажных осадков и др . Опасный уровень ат мосферной двуокиси серы оказался гораздо н иже , чем счита лось раньше , так как определенные физиологические и био химические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели . Однако эта опасная граница становится еще ниже при воздействии двуокиси азота , озона , кислотного дождя и т.д. Рол ь двуокиси серы в гибели лесов , таким образом , мож но считать доказанной . Также доказано вредное влияние влажных кислотных осадков на рост деревьев . Однако эти осадки в первую очередь влияют косвенно — через почву и корневую систему . В наибольшей степени н епосредственная гибель растений наблюдается в районах с сильнозагрязнен ным воздухом , например , в Средней Европе . Масштабы гибе ли растений и повышенные концентрации двуокиси серы в Европе распространены примерно одинаково . Сухие осадки , содержащие двуоки с ь серы , уже атаковали леса Чехослова кии , Польши и ГДР . Возможно , самый значительный ущерб причинен ФРГ , где треть всех лесов наполовину погибла . Од нако считается , что на упомянутых территориях гибель леса связана не столько с двуокисью серы , сколько с о к сидами азота , которые образуются из выхлопов автомобилей . Оксиды азота под воздействием солнечных лучей выделяют озон . Озон с оксидами азота , а также частично с углеводородами , поступающими в атмосферу не только с выхлопными газами , но и из других источни к ов , образует весьма агрессивное ве щество PAN (пероксиацетилнитрат ). Трудно решить , кто же несет непосредственную ответст венность за гибель леса — двуокись серы или оксиды азота . Кажется достаточно вероятным , что вредное воздействие ока зывают совместно в се агрессивные кислотные вещества , за грязняющие воздух . Многие также придерживаются мнения , что при совместном воздействии вредных веществ влияние каждого из них еще больше усиливается (синергизм ). Прямое разрушение растительности кислотными атмос ферными веществами происходит и в Венгрии , хотя и в меньших масштабах , чем в Средней Европе . Действие дву окиси серы в Венгрии имеет широкий диапазон , начиная с трудно контролируемого снижения урожайности и кончая ги белью растительности. Здесь , как и в других ра йонах мира , более всего чув ствительны к прямому загрязнению хвойные деревья , так как хвоя подвержена воздействию загрязняющих веществ на протяжении нескольких лет в отличие от деревьев , сбрасыва ющих листву . Самые чувствительные породы — это ель , лист ве н ница и пихта . Однако многие деревья , сбрасывающие лис тву , также с трудом переносят прямые воздействия вредных веществ (например , бук , граб ). Необходимо подчеркнуть , что упомянутая здесь непосред ственная гибель растений и косвенные воздействия на них не м огут быть отделены друг от друга , так как обычно эти про цессы происходят одновременно , и в зависимости от обстоя тельств доминирует какой-либо из них . В любом случае , есте ственно , вредные воздействия дополняют и усиливают друг друга. Следует упомянуть , что наряду с так называемыми небио тическими воздействиями гибели леса содействуют и биотиче ские факторы . К ним относятся , например , некоторые грибы и насекомые (гриб Ceratocystis , лист Ожорка ). Иногда вред ное влияние приписывают только биотическим факто рам , иногда , наоборот , только небиотическим . Наиболее вероят ным кажется мнение , согласно которому небиотические фак торы , т.е . факторы окружающей среды , ослабляют растения , которые в меньшей степени могут сопротивляться биотиче скими воздействиям , и , так и м образом , эти воздействия про являются совместно. Прямые воздействия на человека. Естественно , атмосфер ные кислотные микроэлементы не щадят и человека . Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях , но и о том вреде , который приносят кислотные вещества (двуокись серы , двуокись азота , кислотные аэрозольные частицы ) при дыхании. Уже давно установлено , что существует тесная зависи мость между уровнем смертности и степенью загрязнения района . При концентрации около 1 мг /м 3 возрастает число смертельных случа ев , в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц , страдающих заболеваниями дыхательных путей . Статистиче ские данные показали , что такое се рьезное заболевание , как ложный круп , требующее моментального вмешательства вра ча и распространенное среди детей , возникает по этой же причине . То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке , которая еже годно и с числяется несколькими десятками тысяч. Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья челове ка также аэрозольные частицы кислотного характера , содер жащие сульфаты или серную кислоту . Степень их опасности зависит от размеров . Так , пыль и более крупные аэр озольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях , а мелкие (менее 1 мкм ) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут проникать в самые дальние участки легких. Физиологические исследования показали , что степень вредного воздействия прямо проп орциональна концентрации загрязняющих веществ . Однако существует пороговое значе ние , ниже которого даже у самых чувствительных людей не обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы . Напри мер , для двуокиси серы среднесуточная пороговая концентра ция для здоровых людей составляет приблизительно 400 мкг /м 3 . В настоящее время норма для состава воз духа на незащищенных территориях почти соответствует это му значению. На защищенных территориях нормативы , естественно , строже . В то же время ожидается , что в неда леком будущем установят еще более низкие нормативные значения . Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже , если раз личные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг друга , т.е . проявится уже упомянутый сине-ргизм . Также ус т ановлена зависимость между за грязнением двуокисью серы и различными заболеваниями дыхательных путей (грипп , ангина , бронхит и т.д .). На от дельных загрязненных территориях число заболева ний было в несколько раз больше , чем на контрольных тер риториях. По мимо первичного прямого воздействия , на человека косвенно влияет и закисление окружающей среды . В предыдущих главах мы видели , что косвенные воздействия в первую очередь оказывают ядовитые металлы (алюминий , тяжелые металлы ). Эти металлы легко могут попас т ь в пище вую цепочку , в конце которой стоит человек . Проведенные в Венгрии обследования показали , что содержание цинка в свинине и говядине , а также в мясных продуктах довольно часто превышает допустимый уровень (10%). Кадмий также встречается в говядине в концентрациях , превышающих до пустимые . Медь и ртуть в безопасных концентрациях обнару жены главным образом в мясе птицы. Кислотный дождь может также причинять вред метал лам , различным зданиям и памятникам . В первую оче редь подвержены опасности памятники , построенные из пес чаника и известняка , а также расположенные под открытым небом скульптуры . В Италии , Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении сотен и тысяч лет памятники старины и различ ные предметы за последние десятилетия сильно разрушил и сь в результате действия выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ. Способы защиты от кислотных дождей. Кислотные дожди могут оказывать как прямое , так и косвенное воздействие на живую и неживую природу . Из этого следует , что меры по частичному воспол нению ущерба или предотвращению дальнейшего разрушения окружающей среды могут быть раз личными. Наиболее эффективным способом защиты следует считать значительное сокращение выбросов двуокиси серы и окиси азота . Этого можно достичь несколькими методами , в т ом числе путем сокращения использования энергии и создания электростанций , не использующих минеральное топливо . Другие возможности уменьшения выброса загрязнений в ат мосферу — удаление серы из топлива с помощью фильтров , регулирование процессов горения и другие технологические решения. Снижение содержания серы в различных видах топлива . Лучше всего было бы использовать топливо с низким содер жанием серы . Однако таких видов топлива очень мало . По приближенным оценкам из известных в настоящее время ми ровых запасов нефти только 20% имеют содержание серы ме нее 0, 5%. Среднее содержание серы в используе мой нефти увеличивается , так как нефть с низким со держанием серы добывается ускоренными темпами. Так же обстоит дело и с углями . Угли с низким содержа нием се ры находятся практически только в Канаде и Австралии , но это только небольшая часть имеющихся залежей уг ля . Содержание серы в углях колеблется от 0, 5 до 1, 0%. Таким образом , энергоносители с низким содержанием се ры у нас имеются в ограниченном количест ве . Если мы не хотим , чтобы содержавшаяся в нефти и угле сера попала в окружающую среду , необходимо принимать меры для ее уда ления. Во время переработки (дистилляции ) нефти остаток (ма зут ) содержит большое количество серы . Удаление серы из мазута — проце сс очень сложный , а в результате удается ос вободиться всего от 1/3 или 2/3 серы . К тому же процесс очистки мазута от серы требует от производителя больших капиталь ных вложений. Сера в угле находится частично в неорганической , а час тично в органической ф орме . Во время очистки , когда удаля ют несгораемые части , удаляется также часть пирита . Однако таким способом даже при самых благоприятных условиях можно освободиться только от 50% общего содержания серы в угле . С помощью химических реакций могут быть уда л ены как органические , так и неорганические серосодержащие сое динения . Но в связи с тем , что процесс идет при высоких температурах и давлениях , этот способ оказался гораздо до роже предыдущего. Очистка угля и нефти от серы , таким образом , представ ляет соб ой достаточно сложный и малораспространенный про цесс , причем затраты на него весьма высоки . Кроме того , да же после очистки энергоносителей в них остается приблизи тельно половина первичного содержания серы . Поэтому очи стка от серы является не самым луч ш им решением проблемы кислотных дождей . Применение высоких труб . Это один из наиболее спорных способов . Сущность его заключается в следующем . Перемеши вание загрязняющих веществ в значительной степени зави сит от высоты дымовых труб . Если мы используем низ кие трубы (здесь в первую очередь необходимо вспомнить трубы электростанции ), то выбрасываемые соединения серы и азота перемешиваются в меньшей степени и быстрее выпадают в осадок , чем при наличии высоких труб . Поэтому в ближай шем окружении (от нескольки х километров до нескольких десятков километров ) концентрация оксидов серы и азота бу дет высокой и , естественно , эти соединения будут причинять больше вреда . Если труба высокая , то непосредственные воз действия уменьшаются , но возрастает эффективность пере м е шивания , что означает большую опасность для отдаленных районов (кислотные дожди ) и для всей атмосферы в целом (изменение серы в газах , образующихся во время горения топлива химического состава атмосферы , изменение кли мата ). Таким образом , строительство высоких труб , несмотря на распространенное мнение , не решает проблемы загрязне ния воздуха , зато в значительной степени увеличивает "экс порт " кислотных веществ и опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных местах . Следовательно , увеличение высоты т р убы сопровождается тем , что непосредственные воз действия загрязнений (гибель растений , коррозия зданий и т.п .) уменьшаются , однако косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов ) увеличиваются . Строитель ство высоких труб в известной степен и безнравственно , по скольку страна , где происходят сильные выбросы загрязне ний , переадресовывает часть кислотных осадков вместе с их неблагоприятными последствиями в другие страны. Технологические изменения. Известно , что в процессе го рения топлива азо т и кислород воздуха образуют окись азота NO , которая в значительной степени способствует повыше нию кислотности осадков . Выше было указано , что в целом в мире горение топлива дает две трети всех антропогенных вы бросов. Количество оксида азота NO , который образуется при го рении , зависит от температуры горения . Выявлено , что чем меньше температура горения , тем меньше возникает оксида азота , к тому же количество NO зависит от времени нахож дения топлива в зоне горения и от избытка воздуха . Та ким образом , с оответствующим изменением технологии можно сократить количество выбрасываемого загрязняющего вещества. Количество выбрасываемых соединений серы можно зна чительно уменьшать , используя установку , показанную на рисунке . Схема технологии сжигания топлива с большой скоростью в специальной печи . С помощью этого процесса уменьшается содержание серы в газах , образующихся во время горения топлива. В зону горения (с перфорированной подстилкой ) н а правляют поток несгораемого вещества , связывающего серу . Всасываемый снизу с большой скоростью воздух измельчает и перемешивает вещество , находящееся в объеме горения . С помощью этого процесса можно не только уменьшить выброс двуокиси серы , но и снизить количество образующегося ок сида азота NO , так как при этом снижается температура горения. Сокращения выброса двуокиси серы можно также достичь очисткой конечных газов от серы . Наиболее распространен ный метод — мокрый процесс , когда конечные газы барботир уют через раствор известняка , в результате чего образуются сульфит или сульфат кальция . Таким способом удаляется большая часть серы . Этот способ еще не получил широкого распространения. Известкование. Для уменьшения закисления в озера и в почву добавляют щ елочные вещества (например , карбонат кальция ). Эта операция называется известкованием . Его до статочно часто применяют в Скандинавских странах , где из весть распыляют на почву или на водосборную территорию с вертолетов . Известь , попадая в воду , быстро рас т воряется , а образующаяся в результате гидролиза щелочь сразу же нейт рализует кислоты . Можно подсчитать , что в 1 м 3 воды необ ходимо внести около 5 г извести для изменения значения рН с 4, 5 до 6, 5. Известкование применяют для обработки кислых почв с цель ю их нейтрализации . Наряду с преимуществами известкование имеет ряд недостатков : в проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейт рализация проходит недостаточно эффективно ; происходит грубое нарушение химического и биологиче ского равновесия вод и поч в ; не удается устранить все вредные последствия закис ления. С помощью известкования нельзя удалять тяжелые ме таллы . Эти металлы во время уменьшения кислотности пере ходят в труднорастворимые соединения и осаждаются , однако при добавлении новой дозы кисло т снова растворяются , пред ставляя таким образом постоянную потенциальную опасность для озер. Кроме описанных выше известно еще множество способов защиты от загрязнений . Например , погибшие популяции животных и растений заменяют новыми , которые лучше пе рен осят закисление . Памятники культуры с целью предотв ращения дальнейшего их разрушения обрабатывают специ альной глазурью. Рассмотренные здесь способы имеют одно общее свойство — их использование до сих пор не привело к суще ственному уменьшению выбросов ок сидов серы и азота . Не достигнуты заметные успехи и в предотвращении вредных воздействий , вызываемых кислотными дождями . Заключение. Нам уже известно , что дальнейшее закисление окружаю щей среды зависит от того , как будет обстоять дело с антропоген ными выбросами оксидов серы и азота в атмосферу . Ра зумеется , предсказать это очень сложно . Однако мы можем сделать определенное заключение на основе анализа интен сивности выбросов в прошлом . Оцененный таким способом выброс двуокиси серы в будущем тысяче л етии значи тельно больше нынешнего уровня . Согласно этому ожидается рост закисления окружающей среды , а причиняемый кислот ными осадками ущерб станет катастрофическим . Это вызывает боль шое беспокойство , если принять во внимание , что и насто ящие уровни в ы броса уже приводят к ужасающим по следствиям. Неблагоприятно положение и с выбросами оксидов азота , поскольку антропогенные выбросы соединений азота по срав нению с соединениями серы увеличиваются еще более высо кими темпами. В определенных странах увеличе ние эмиссии двуокиси серы , кажется , удалось остановить . Что касается оксидов азота , то и в Европе и во всем мире продолжают увеличиваться выбросы NOx , особен но в связи с возрастающим числом автомобилей . В некоторых странах проблема эмиссии оксидов серы и азота является в какой-то мере политической , так как в ре зультате их распространения загрязняющие вещества попа дают за пределы государственной границы , и одно государст во может обвинить другое в ущербе , причиненном кислотны ми осадками , соответственно потребовав его возмещения . Ка нада , например , действует таким образом по отношению к США , а Швеция — по отношению к промышленно развитым государствам Европы . Специалисты Европы и Северной Аме рики серьезно обеспокоены дальнейшими последствиями вы падения к ислотных осадков . Многочисленные международные организации по охране окружающей среды занимаются проблемами крупномасштабного распространения веществ , загрязняющих воздух. Меж дународный исследовательский институт прикладного систем ного анализа ( IIASA ) пр оводит изучение моделей с целью ус тановления возможной кислотности почв , вод и т.п . через де сятки лет . Результаты говорят о том , что почвы и леса в Европе могут быть спасены от дальнейшего закисления только путем значительного сокращения выбросов. Эти вы бросы должно само стоятельно регулировать каждое государство . Для уменьшения эмиссии загрязняю щих веществ в атмосферу существует ряд способов : сильное сокращение использования энергии ; ввод новых технологий , установка фильтрующего обору дования ; использов ание слабозагрязняющих либо совсем незагряз няющих источников энергии. Подобное решение звучит довольно нереально . Ни одно государство не согласится уменьшить масштабы потребления энергии и тем самым ухудшить уровень жизни . Ввод новых технологий и установк а фильтрующего обору дования также представляют собой экономическую проблему. Плачевное состояние окружающей среды поставило современных ученых-экологов перед острой проблемой загрязнения нашей планеты . Необходимо найти новые методы решения этого вопроса . В настоящий момент ученые всего мира ищут выход из положения . Но не стоит забывать о том , что будущее планеты зависит в первую очередь от нас с вами. Использованная литература : Ю.А . Израэль «Экология и контроль состояния природной среды» Л.Хо рват «Кислотный дождь» , Москва , Стройиздат , 1990г. Л.Беттен «Погода в нашей жизни» , Издательство «Мир» , Москва , 1985г. Агаджанян Н.А . «Человек и биосфера» , Москва , из-во Знание , 1996г. Дрожак Й . «Земля , люди , катастрофы.» , Киев , Высшая школа , 1990г.