Что такое кислотные дожди
Кислотные дожди — это осадки с высокими уровнями азотной и серной кислот, с показателем кислотности pH от 4,2 до 4,4. Нейтральным считается pH 7. Чем ниже pH вещества, тем оно более кислое. Этот показатель у обычного дождя составляет примерно 5,6. Кислотные осадки могут выпадать в виде снега, мокрого снег, тумана и частиц.
Впервые термин «кислотный дождь» использовал шотландский химик Роберт Ангус Смит, в 1852 году он показал связь между этим явлением и загрязнением окружающей среды в Манчестере.
В 1872 году ученый в своей монографии «Воздух и дождь: начало химической климатологии» дал определение кислотным дождям и впервые исследовал их последствия. Но серьезной проблемой такие осадки признали лишь в конце 1960-х и начале 1970-х годов. Тогда с последствиями этой проблемы столкнулись на значительных территориях Западной Европы и восточной части Северной Америки, в меньший степени — в Азии и некоторых частях Африки, Южной Америки и Австралии.
Причины и механизм образования кислотных дождей
Кислотные дожди образуются в результате деятельности человека, а также по естественным причинам.
При сжигании ископаемого топлива происходит выброс диоксида серы и оксида азота. Эти загрязнители воздуха реагируют с водой, кислородом и другими веществами с образованием переносимой по воздуху серной и азотной кислот. Ветрами эти кислотные соединения распространяются в атмосфере, смешиваются с водой и другими веществами и выпадают с осадками. Энергетическая промышленность, особенно угольные электростанции, и выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания в ответе за значительное количество выбросов диоксида серы и оксида азота.
Среди природных причин кислотных дождей — вулканическая деятельность. В результате нее образуются угольная кислота, органические кислоты и серная кислота, азотная и соляная кислоты. Все эти соединения способствуют повышению кислотности осадков. Еще одной причиной может стать разложение растений. Преобразование атмосферного молекулярного азота под воздействием молний и органического азота в результате лесных пожаров также вносят свой вклад в повышение кислотности осадков.
Последствия кислотных дождей
Обычно однократный кислотный дождь оказывает незначительное воздействие на окружающую среду. Но если pH осадков постоянно ниже 4,5, то это негативно влияет на все уровни экосистемы.
Кислотные дожди:
- Способствуют истощению почвы и вредят урожайности сельхозкультур. Накопление кислот в земле вытесняет полезные вещества из верхних слоев почвы.
- Способствуют коррозии поверхностей, которые находятся в контакте с воздухом.
- Приводят к уменьшению площади лесов из-за сокращения почвенных микробных сообществ на фоне активного подкисления почвы.
- Загрязняют окружающую среду и снижают продуктивность растений
- Приводят к быстрому разрушению зданий и памятников из известняка и мрамора. Газообразный диоксид серы реагирует с известняком в присутствии воды, и образуется гипс. Со временем он отслаивается или растворяется в воде.
- Негативно влияют на озерные, устьевые и прибрежные морские системы. Избыток азота приводит к интенсивному росту растений и водорослей. При их гибели и разложении в водоемах становится все меньше растворенного кислорода, который необходим для многих живущих там организмов.
Страны, где можно попасть под кислотные дожди
Слишком кислые осадки отмечаются в районах, где много промышленных предприятий и автобанов, а также высокая плотность населения. Кислотные дожди идут на значительной части Европы от Польши на север до Скандинавии, на востоке США и юго-востоке Канады.
Европа и Северная Америка
В Западной Европе и восточной части Северной Америки ученые еще в конце 1960-х годов зафиксировали изменение химического состава рек и озер в отдаленных районах.
Там отмечалось ухудшение состояния популяций рыб, раков и моллюсков. В холодном климате водоемы загрязняются также в результате накопления серной и азотной кислот в снежном покрове. Когда снег тает, эти соединения быстро вымываются и приводят к образованию кислой талой воды, которая, в свою очередь, негативно влияет на почву и живые организмы.
Кислотность дождевой воды в Канаде, Дании и Германии периодически составляет от 4,2 до 4,5, а в США — 4,8. Показатель кислотности осадков в Польше находится в диапазоне от 3,64 до 7,36, а средние значения — от 4,52 до 6,58. В Австрии, Республике Беларусь, Хорватии, Финляндии, Ирландии, Норвегии, Италии, Швейцарии и Великобритании pH — между 4,19 и 5,82 со средним значением 4,8.
Китай
Районы Китая также страдают от этого явления. В нескольких десятках городов КНР значения pH дождевой воды находятся в диапазоне от 3,8 до 4,5, а среднее значение составляет около 5,6.
Индия
В Индии частота выпадения кислых осадков растет в последние 40 лет. Промышленность этой страны ответственна за огромные выбросы диоксида серы. Ожидается, что выбросы этого соединения и диоксида азота в Индии будут расти по крайней мере до 2030 года. Кроме того, местные аграрии из-за чрезмерного использования удобрений и пестицидов добавляют в атмосферу аммиак и химически активные азотные соединения, что еще больше увеличивает кислотность осадков.
В целом, по данным экспертов, сегодня выбросы диоксида серы в западных частях мира снижаются, ситуация с кислотными дождями там улучшается. При этом на востоке, в регионах Южной и Центральной Азии, обстановка усугубляется из-за роста промышленного сектора и увеличения плотности населения.
Кислотные дожди в России
Диоксид серы и оксид азота могут переноситься ветрами на большие расстояния, в том числе через границы, что делает кислотные дожди проблемой для всех стран, а не только тех, кто ответственен за масштабные выбросы. Еще в 1984 году советские ученые сообщили, что станции мониторинга вдоль западных границ СССР фиксируют выпадение кислотных дождей из Центральной и Западной Европы. Тогда отмечалось, что вода в озерах на северо-западе России, особенно в Карелии и на Кольском полуострове, имеет повышенную кислотность. Согласно докладу, от кислых осадков пострадало 4% советской территории, примыкающей к западной границе.
Развитие энергетики и промышленности в России также приводит росту выбросов диоксида серы. Например, согласно спутниковым данным, полученным в ходе наблюдения за скоплениями этого соединения, в 2017 году среди его антропогенных источников выделялся Норильск. Там есть несколько рудников на крупных месторождениях никеля, меди, платины и палладия. Плавление руды приводит к серьезным выбросам диоксида серы. Ученые отмечали, что влияние Норильска по объемам выделения этого соединения можно сравнить с пассивной дегазацией некоторых наиболее активных извергающихся вулканов. Исследователи зафиксировали масштабную деградацию лесов вокруг Норильска, связанную с регулярным воздействием высоких концентраций газа.
Сегодня значительная часть соединений серы и азота в большинстве регионов РФ приносится с территорий приграничных стран. Исключения составляют Челябинская, Мурманская и Свердловская области. Там за выбросы в основном ответственны местные предприятия.
За кислотностью осадков в нашей стране наблюдают свыше 100 станций. Также действует система контроля загрязнения снежного покрова. Ученые в том числе отслеживают показатель pH, содержание в осадках тяжелых металлов и других загрязнителей.
Как можно предотвратить кислотные дожди
Отличить кислотный дождь от обычного с нормальным уровнем pH невозможно без специальных исследований. Но хорошая новость в том, что с причинами возникновения таких осадков можно бороться, и многие страны это успешно делают.
В 1970-х годах началась разработка Меморандума о намерениях между США и Канадой по сокращению загрязнения воздуха и кислотных выбросов. На конференции ООН по окружающей среде в Стокгольме в 1972 году страны положили начало международному сотрудничеству для решения этих проблем. Женевская конвенция о трансграничном загрязнении воздуха, принятая в 1979 году, легла в основу комплекса мер для сокращения загрязнения воздуха и кислотных дождей в Европе. По сути этот документ стал первым юридически обязательным международным соглашением по этой теме.
Благодаря принятым мерам частота выпадения кислотных осадков в Европе и на востоке Северной Америки сократилась. Если в 1970−80 годы pH дождя в последнем регионе мог опуститься до 2,1, то сейчас благодаря контролю максимальная кислотность дождей фиксируется в среднем в 3,7.
В 2007 году в Китае начали строго контролировать промышленные выбросы, к 2019 году это привело к снижению на 75% объема выделяемого диоксида серы. При этом в Индии контроль не ужесточали, и выбросы продолжали расти.
Сегодня многие страны акцентируют внимание на источниках выброса соединений, которые делают осадки кислыми. Что можно предпринять на предприятиях и в быту, чтобы минимизировать выбросы:
- Очищать дымовые и выхлопные трубы,
- Расширять использование альтернативных источников энергии,
- Использовать уголь с низким содержанием серы,
- Оснащать производства скрубберами — устройствами для очистки твердых или газообразных сред от примесей,
- Применять десульфуризацию, или очистку дымовых газов, которая позволяет удалить до 95% диоксида серы из выбросов,
- Использовать на выхлопных трубах каталитические нейтрализаторы, которые позволяют снизить выбросы оксида азота при сжигании автомобильного топлива.
