Кислотные дожди¶

Дистиллированная вода после удаления из неё углекислого газа имеет нейтральный pH = 7. Жидкости с pH менее 7 являются кислыми, а жидкости с pH более 7 — щелочными. Незагрязнённые осадки имеют низкий pH, но обычно не меньше 5,7, потому что углекислый газ и вода в воздухе взаимодействуют с образованием слабой угольной кислоты (H₂CO₃). Кислые дожди могут включать и другие кислоты, кроме угольной.

История открытия¶

Разъедающее действие загрязненного кислого городского воздуха на известняк и мрамор было отмечено в 17 веке Джоном Эвелином, который зафиксировал плохое состояние коллекции мраморных фигур Арундела.

После промышленной революции выбросы диоксида серы и оксидов азота в атмосферу многократно увеличились. А в 1852 году Роберт Ангус Смит первым показал связь между кислотными дождями и загрязнением атмосферы в Манчестере (Англия).

В конце 1960-х годов ученые начали широкомасштабные наблюдения за этим явлением. Термин «кислотный дождь» был придуман в 1872 году Робертом Ангусом Смитом.

В 1970-х годах после того, как New York Times опубликовала отчеты из экспериментального леса Хаббард-Брук в Нью-Гэмпшире (США), в которых было показано негативное воздействие кислотных дождей на лесную экосистему, после чего данным явлением заинтересовалась общественность.

Проблема кислотных дождей не только обострилась с ростом численности населения и развитием промышленности, но и стала проявляться на всё больших территориях. Использование высоких дымовых труб для уменьшения локального загрязнения способствовало распространению кислотных дождей на большие расстояния.

Осаждение происходит как раз чаще на значительном расстоянии с подветренной стороны от источника выбросов, причем горные районы, как правило, получают наибольшее количество кислых компонентов осадков (из-за большего количества осадков).

Источники кислых компонентов¶

Важнейшим газом, который приводит к подкислению, является диоксид серы.

Однако выбросы оксидов азота, которые окисляются с образованием азотной кислоты, приобретают все большее значение из-за более строгого контроля за выбросами соединений серы.

В год в форме SO₂ поступает от сжигания ископаемого топлива и промышленности около 70 ГтS, от лесных пожаров — 2,8 ГтS и 7–8 ГтS от вулканов.

Основные природные явления, которые способствуют попаданию в атмосферу кислых газов — выбросы вулканов. Так, например, фумаролы из кратера Лагуна Калиенте вулкана Поас (рис. 1) создают чрезвычайно большое количество кислотных дождей и тумана с кислотностью до pH 2, очищая территорию от любой растительности и часто вызывая раздражение глаз и легких жителей близлежащих населенных пунктов.

Основная причина кислотных дождей — соединения серы и азота из антропогенных источников: при производстве электроэнергии, животноводстве, выбросах промышленных предприятий и автомобилей. Производство электроэнергии со сжиганием угля является одним из основных источников газового загрязнения, вызывающего кислотные дожди.

Влияние кислотных дождей на компоненты окружающей среды¶

Поверхностные воды и водные животные¶

Отрицательное воздействие кислотных дождей проявляется в закислении пресноводных водоемов. Снижение pH воды вызывает сокращение запасов промысловой рыбы, деградацию многих видов организмов и всей водной экосистемы, а иногда и полную биологическую гибель водоема.

Как более низкий pH могут нанести ущерб рыбам и другим водным животным. При pH ниже 5 большинство икринок не вылупляются, а более низкий pH может убить взрослую рыбу.

По мере того, как озера и реки становятся более кислыми, сокращается биоразнообразие.

Например, кислотные дожди уничтожили насекомых и некоторые виды рыб, включая ручейную форель в некоторых озерах и ручьях в географически уязвимых районах, таких как горы Адирондак в Соединенных Штатах.

Почвы¶

Кислотные дожди могут сильно влиять на биологию и химический состав почв. Некоторые микроорганизмы очень чувствительные к изменению кислотности среды и при изменении pH могут погибнуть.

Химический состав почвы может резко измениться, когда основные катионы, такие как кальций и магний, вымываются кислотными дождями, тем самым затрагивая чувствительные к их содержанию виды, например, сахарный клен (Acer saccharum).

Леса и другая растительность¶

Отрицательное влияние кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии, так и в косвенном — через снижение pH почв. Выпадение кислотных дождей приводит к ухудшению состояния и гибели целых лесных массивов, а также к снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур.

Высокогорные леса особенно уязвимы, поскольку они часто окружены кислыми облаками и туманом.

Другие растения также могут быть повреждены кислотными дождями, но воздействие на продовольственные культуры сводится к минимуму за счет внесения извести и удобрений для восполнения потерянных питательных веществ.

Закисление океана¶

Кислотные дожди в глобальном масштабе оказывают не сильное влияние на океан, однако на мелководье действие кислотных дождей проявляется более явно. Кислотные дожди могут вызвать снижение pH океана, известное как закисление океана, что затрудняет создание различных видов экзоскелетов, необходимых для выживания некоторым организмам. А ввиду того, что все прибрежные виды связаны друг с другом в пищевой сети океана, гибель одних организмов от кислотных дождей может привести к гибели других организмов и всей экосистемы в целом. Известняковый скелет кораллов особенно чувствителен к снижению pH, поскольку карбонат кальция , основной компонент скелета известняка, растворяется в кислых растворах (с низким pH)

Помимо подкисления, избыточное поступление азота из атмосферы способствует ускоренному росту фитопланктона и других морских растений, что, в свою очередь, может вызывать более частое вредоносное цветение водорослей и эвтрофикацию в некоторых частях океана.

Воздействие на здоровье человека¶

Кислотный дождь напрямую не влияет на здоровье человека. Кислота в дождевой воде слишком разбавлена, чтобы оказывать прямое вредное воздействие. Твердые частицы, вызывающие кислотные дожди (диоксид серы и оксиды азота), действительно оказывают неблагоприятное воздействие. Повышенное количество мелких твердых частиц в воздухе вызывает проблемы с сердцем и легкими, включая астму и бронхит.

Способы снижения выбросов кислых компонентов¶

Многие угольные электростанции используют десульфуризацию дымовых газов (FGD) для удаления серосодержащих газов из дымовых газов. Для типичной угольной электростанции FGD удаляет 95 % или более SO₂ из дымовых газов.

Контроль выбросов транспортных средств снижает выбросы оксидов азота от транспортных средств.

Международные договоры¶

Были согласованы международные договоры о переносе атмосферных загрязнителей на большие расстояния, например Хельсинкский протокол 1985 года о сокращении выбросов серы в соответствии с Конвенцией о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Канада и США подписали Соглашение о качестве воздуха в 1991 году. Большинство европейских стран и Канада также подписали соглашения.

Благодаря международным соглашениям выбросы серы значительно сократились (рис. 2).

Литература¶