Какие газы является источником кислотных дождей

Содержание

История термина [ править | править код ]

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским учёным Робертом Смитом в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Его внимание привлёк смог в Манчестере.Кислотные дожди являются одной из причин гибели лесов, урожаев и растительности, а также одной из причин разрушения зданий и памятников культуры, трубопроводов, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почвы и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как углекислый газ, вступают в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота, тогда как в идеале pH дождевой воды равняется 5,6—5,7. В реальной жизни показатель кислотности дождевой воды в одной местности может отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это прежде всего зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.

В 1883 году шведский учёный Сванте Август Аррениус ввел в обращение два термина — кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода. Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы. Водородный показатель является взятым с обратным знаком десятичным логарифмом активности ионов водорода в растворе и его используют в качестве показателя кислотности воды.

Химические реакции [ править | править код ]

Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода. Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими загрязняющими веществами, как оксиды серы (SO₂ и SO₃) и различными оксидами азота. Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в результате деятельности металлургических предприятий, тепловых электростанций.

Соединения серы, сульфиды, самородная сера и другие содержатся: в углях и в руде (особенно много сульфидов в бурых углях, при сжигании или обжиге которых образуются летучие соединения — оксид серы(IV) (сернистый ангидрид), оксид серы(VI) (серный ангидрид), сероводород — (образуется в малых количествах при недостаточном обжиге или неполном сгорании, при низкой температуре). Различные соединения азота содержатся в углях, и особенно в торфе (так как азот, как и сера, входит в состав биологических структур, из которых образовались эти полезные ископаемые).

При сжигании таких ископаемых образуются оксиды азота (например, оксид азота, вступая в реакцию с водой атмосферы, под воздействием солнечного излучения, или так называемых «фотохимических реакций»), которые превращаются в растворы кислот — серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.

Кислоты реагируют с карбонатом кальция (CaCO3), из которого построены многие известные достопримечательности, например, великая пирамида Гизы (Египет), в связи с чем они разрушаются.

Экологические и экономические последствия [ править | править код ]

Вторая стадия кислотность повышается до рН 5,5, погибают донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон — крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Третья стадия кислотность достигает рН 4,5, погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

Первая и вторая стадии обратимы при прекращении воздействия кислотных дождей на водоем.

По мере накопления органических веществ на дне водоёмов из них начинают выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует более высокой растворимости таких опасных металлов, как кадмий, ртуть и свинец из донных отложений и почв.

Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с высоким содержанием ртути, могут приобрести серьёзные заболевания.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также уничтожает растительность на суше. Учёные считают, что хотя до сегодняшнего дня механизм до конца ещё не изучен, «сложная смесь загрязняющих веществ, включающая кислотные осадки, озон и тяжёлые металлы, в совокупности приводит к деградации лесов» [2] .

Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного исследования [ какого? ] , составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов долларов и к концу века убытки достигнут 1,7 миллиардов долларов от потери лесов; 8,3 миллиардов долларов от потери урожаев (только в бассейне реки Огайо) и только в штате Миннесота 40 миллионов долларов на медицинские расходы.

Кислотные дожди, причины и последствия которых заключаются в формировании экологических проблем, представляют собой атмосферные осадки с низким уровнем pH. Данный показатель отображает концентрацию водорода в различных растворах. Если в норме pH дождевой влаги составляет 5,6, то после взаимодействия токсичных газов с молекулами воды эта величина падает до 1-4. В таких условиях микроорганизмы и клетки других организмов погибают. Поэтому кислотные ливни (КД) представляют угрозу для жизни людей, животных и растений.

Кислотные дожди. Что это такое?

Аномальные осадки с повышенным уровнем кислотности могут приобретать различную форму:

В большинстве случаев отличить выпадение кислоты от дождевой влаги невозможно без проведения лабораторных анализов. Но если возникнет чувство жжения, в воздухе будет присутствовать кислый запах или вода будет иметь другой оттенок, необходимо немедленно найти укрытие и не выходить на открытое пространство. В противном случае можно получить ожоги и травмы.

Спровоцировать развитие экологической проблемы способно большое загрязнение атмосферы вредными выбросами химического и промышленного производства. Осадки с кислой дождевой водой способны нанести химические ожоги при попадании на незащищенные слизистые оболочки и кожные покровы.

Разбавленная кислота вызывает гибель животных растений, насыщает воздух и почву токсинами, разрушает питательные соединения и природные минералы.

В зонах поражения аномальными осадками жизнь восстанавливается медленно. После выпадения дождевой влаги, содержащей неорганические кислоты, отравлена вода и грунт. Поэтому полная фильтрация зараженной токсинами местности невозможна.

После дождя, снега или града в воздухе скапливаются летучие ядовитые газы, которые категорически запрещено вдыхать. Помимо ожогов слизистой, они могут стать причиной развития гнойно-воспалительных процессов, респираторных заболеваний хронической формы и поражения инфекцией.

Последствия интоксикации негативно отражаются на функционировании нервной и сердечно-сосудистой систем.

Причины образования кислотных осадков

В химической структуре естественных осадков в норме помимо воды присутствует угольная кислота. Неорганическое соединений образуется в результате реакций водяных молекул с углекислым газом в атмосфере. Появление аномальных осадков происходит по аналогичной схеме, только вместо окиси углерода в воздухе присутствуют другие летучие соединения и производные металлов. В структуре кислотных дождей присутствуют растворы серной или азотной кислоты различной концентрации.

Выделяют следующие причины возникновения аномального выпадения осадков:

1. Воздух насыщается производными серы после вулканического извержения. Во время выброса пепла и летучих газов в атмосферу выделяется большое количество оксидов серы, сульфатов и сероводородных веществ.
2. В процессе органического разложения животных и растений в воздухе скапливаются серосодержащие и азотистые вещества.
3. К источникам естественного загрязнения воздуха также относят разряды молнии во время грозы. В пасмурную погоду в воздушной оболочке Земли ежегодно формируется до 8 млн т кислотных веществ.

Кислотные ливни естественного происхождения нередко становились причиной вымирания живых организмов более 250 млн лет назад, когда погибло до 95% от общего количества биосферы. В реалиях современного мира создает катастрофу не природа, а деятельность человека. Поэтому на долю антропогенных факторов приходится до 89-92% загрязнений экосферы:

• выбросы машиностроительных и металлургических заводов, энергостанций;
• сжигание горючих полезных ископаемых и органического топлива: угля, дров, природного газа;
• выделение метана при выращиваний злаковых культур;
• выхлопные газы автомобилей;
• удобрение почвы азотными соединениями, опрыскивание продуктов растительного происхождения пестицидами;
• добыча полезных ископаемых;
• утечка фреона из холодильников;
• использование содержащих хлороводород аэрозолей.

Как образуются кислотные осадки?

Несмотря на большое количество природных выбросов ядовитых соединений, человек – главный виновник экологических бедствий. Существенную роль в возникновении КД играет добывающая и перерабатывающая промышленность. В 65% случаев в структуре осадков обнаруживается присутствие производных серы. Механизм образования аномальной экологической проблемы заключается в растворении ядовитых газов в дождевой влаге.

В атмосферу выбрасываются тонны токсичных соединений и ядовитых газов. В воздухе скапливается диоксид серы, который в процессе фотохимического окисления преобразовывается в серный ангидрид. Данное химическое соединение вступает в реакцию с водяными парами. Продуктом их взаимодействия выступает серная кислота. Из оставшихся частиц серного диоксида формируются молекулы сернистой кислоты, которая после длительного взаимодействия с водой становится серной.

½ кислотных ливней относится к азотным. Дождевая влага формируется из летучих соединений азотсодержащих веществ, которые при растворении в водяном паре трансформируются в азотистую и азотную кислоту. Такие осадки выпадают и формируются по аналогичному принципу, что и серные осадки. После выпадения разбавленные кислоты попадают в грунт, где распадаются на нитраты и нитриты.

В редких случаях наблюдаются соляные дожди, которые формируются из летучих хлорсодержащих соединений. Хлор попадает в атмосферную среду вместе с метаном в процессе сжигания мусорных отходов или после выброса промышленных предприятий.

Состав кислотных осадков

Кислотный дождь формируется в результате взаимодействия серного и сернистого газа с молекулами воды в верхних слоях атмосферы. В состав дождевой воды может входить озон, который образуется в ходе грозы. Если в атмосфере вместо производных серы присутствуют азотистые соединения, то на землю выпадут осадки, насыщенные азотной кислотой. В редких случаях спровоцировать появление КД может высокая концентрация хлора и метана в воздушной среде.

В осадки могут попасть токсичные соединения, которые выбрасываются в атмосферу из труб промышленных предприятий или являются производными испарениями бытовых отходов.

Последствия кислотных осадков

После выпадения кислотных дождей их последствия могут привести к проблемам в экологическом и экономическом плане региона. Токсичные соединения способны храниться воде и почве в течение 5-15 лет.

При попадании в грунт яды начинают разрушать питательные вещества, необходимые для развития растений, и высвобождают на поверхность соли свинца, алюминия или ртути. Почва становится непригодной для выращивания растений. Высокая концентрация кислот в дождевой воде может привести к гибели взрослых растений и зародышевых семян. Некоторое количество ядовитых соединений остается в воздухе.

Кислотные ливни приводят к появлению следующих глобальных проблем экологического плана:

1. Изменение структуры воды, повышение ее жесткости, насыщение кислотами и токсинами. Такой эффект вызывает гибель животных и растений, потому что жидкость становится непригодной для питья. Содержание в воде тяжелых металлов после выпадения КД превышает норму в 4-8 раз.
2. Повреждения листвы и корневой системы приводят к вымиранию растений и травоядных животных. Отсутствие дии вынуждает хищников охотиться в другой местности, это приводит к нарушению пищевой цепи.
3. Наблюдается сильное загрязнение почвенного слоя и воздушной оболочки. Токсины вместе с пылью могут переноситься с ветром на большие расстояния, продолжая отравлять окружающую среду.

Влияние кислотных осадков на человека

Кислотные осадки негативно отражаются на жизнедеятельности и здоровье человека. Химические вещества вымывают из стекол и некоторых строительных материалов поликарбонаты, провоцируют развитие ржавчины и коррозию металлов, что ускоряет процесс разрушения построек. Под воздействием кислых дождевых вод погибает скот, страдают рыбные хозяйства и сельскохозяйственные угодья.

Кислотные ливни становится причиной развития заболеваний респираторной системы:

• бронхита;
• воспаления легких;
• трахеита;
• получения химических ожогов;
• бронхиальной астмы.

Становится опасно принимать в пищу выловленную рыбу и мясные изделия. Наиболее токсичные соединения (ртуть, свинец, сера, мышьяк и селен) не разрушаются под воздействием термической обработки. Поэтому в продуктах животного происхождения могут сохраниться неорганические кислоты и ядовитые соли, способные вызвать пищевую интоксикацию. Отравление приводит к тяжелым нарушениям в работе печени, поджелудочной железы и почек, негативно отражается на функциональной активности нервной и кровеносной системы.

Воздействие кислотных осадков на экологию

Негативное влияние КД а окружающую среду остро проявляется на озерах и крупных реках. Для развития флоры и фауны требуется нейтральная среда. Смещение водородного показателя в кислую или щелочную сторону вызывает гибель организмов и экосистем. Закисление водоемов приводит к масштабным потерям растений и животных, утрате рыбных ресурсов, миграции некоторых видов и нарушению пищевой цепи.

Вред кислотных дождей для почвенного слоя обусловлен вымыванием питательных соединений. Земля насыщается ионами токсичных и тяжелых металлов. Следует задумываться над вопросом, какой вред растениям наносят КД: разрешение корневой системы, расщепление лиственного покрова и нарушение автотрофного питания посредством фотосинтеза.

Из-за гибели флоры в атмосферу прекращает попадать необходимое количество кислорода, накапливается углекислый газ, что приводит к возникновению новых экологических катастроф.

Экономические последствия

Негативные последствия кислотного дождя отражаются не только в экологическом, но и в экономическом плане. Жидкие химические вещества вредят лесам и растениям, выращиваемым на сельскохозяйственных угодьях, которые после окончания экологической катастрофы требуют больших денежных затрат на восстановление. Потери урожая могут спровоцировать вспышки голода в бедных и аграрных регионах, гибель растений и животных в лесах нарушает экологический фон. Для посадки новых деревьев и выращивания животных государства также тратят крупные суммы.

Кислоты наносят химические ожоги на тела людей, из-за чего возрастает потребность в бесплатной медицинской помощи и лекарственных препаратах. Для компенсации последствий от экологической проблемы необходимо потратить около 40 млрд долларов.

Как уберечься от кислотных осадков и предотвратить их появление?

Меры для предупреждения агрессивного воздействия кислотных дождей разрабатывают в США, Китае и на территории Российской Федерации, что обусловлено наличием у данных стран большого количества углеперерабатывающих предприятий и металлургических заводов.

Бороться с экологической проблемой в локальном масштабе практически невозможно. Для купирования катастрофы необходимо принять комплексные меры, которые возможны только при сотрудничестве нескольких государств. Специалисты продолжают разработку воздушных фильтров и очистительных систем, стараясь разобраться с экопроблемами в короткие сроки, но процент негативных последствий от выпадения разбавленных кислот увеличивается с каждым годом.

Чтобы уберечь организм от действия кислот, необходимо брать с собой зонт или дождевик в пасмурную погоду. Нужно остерегаться попадания воды с растворенными в ней химическими веществами на открытые участки кожного покрова. При этом важно помнить, что отличить невооруженным глазом нормальные осадки от кислоты невозможно. Поэтому рекомендуется постоянно придерживаться мер предосторожности и следить за новостями.

Если СМИ предупреждают о возможном появлении кислотных ливней, не нужно выходить на улицу без необходимости. При выпадении снега, града и дождевых капель требуется плотно запереть окна и двери, чтобы избежать проникновения летучих и жидких токсичных соединений.

Вывоз, переработка и утилизация отходов с 1 по 5 класс опасности

Работаем со всеми регионами России. Действующая лицензия. Полный комплект закрывающих документов. Индивидуальный подход к клиенту и гибкая ценовая политика.

С помощью данной формы вы можете оставить заявку на оказание услуг, запросить коммерческое предложение или получить бесплатную консультацию наших специалистов.

Кислотные дожди – это смесь материалов, как мокрых, так и сухих, которые попадают на землю из атмосферы. Они содержат повышенный уровень азотной и серной кислот. Проще говоря, это означает, что дождь становится кислым из-за наличия в воздухе загрязняющих веществ. Воздух меняет свой состав из-за выбросов в атмосферу машин и производственных процессов. Основной компонент кислотных дождей – азот. Также в состав кислотных дождей входит сера.

В результате сгорания ископаемого топлива и промышленности, которая в основном излучает оксиды азота (NOx) и диоксид серы (SO2) возникают непоправимые изменения в атмосфере. Кислотность определяется на основе уровня рН в каплях воды. Нормальная дождевая вода имеет слабокислую среду с диапазоном рН 5.3-6.0. Углекислый газ и вода, присутствующие в воздухе вместе вступают в реакцию с образованием угольной кислоты, которая является слабо кислотой. Когда уровень рН дождевой воды падает ниже этого диапазона, образуются вышеупомянутые осадки.

Когда эти газы вступают в реакцию с молекулами воды и кислорода, помимо других химических веществ, обнаруженных в атмосфере, образуются серная и азотная кислоты. Их еще называют химические соединения средней кислотности. Они, как правило, приводят к выветриванию материи, коррозии металла, и шелушении краски на поверхности зданий.

Извержения вулканов также содержат определенные химические вещества, которые могут вызвать кислотный дождь. Кроме того, сжигание ископаемых видов топлива, работы заводов и автотранспортных средств в результате деятельности человека также приводят к повышению кислотности образований в атмосфере.

В настоящее время, большое количество кислотных осадков наблюдается в Юго-Восточной Канаде, Северо-восточных штатах Америки и большинстве стран Европы. Очень сильно от них страдают в России, Швеции, Норвегии и Германии, по крайней мере так гласит непристрастная статистика. Кроме того, в последнее время наблюдаются выпадения кислотных осадков в Южной Азии, Южной Африке, Шри-Ланке и Южной Индии.

Формы осадков

Кислотные осадки существуют в двух формах

Каждая из них по-разному влияет на поверхность земли. И каждая из них состоит из разнообразных химических элементов. Считается, что сухие формы осадков вредят больше, так как они распространяются на огромные расстояния, часто пересекая не только границы городов, но и государств.

Влажные осадки

Когда погода влажная, кислоты выпадают на землю в виде дождя, мокрого снега, или тумана. Климат подстраивается, обусловленный необходимостью реагировать. Кислоты удаляются из атмосферы и депонируют на земной поверхности. Когда кислота достигает земли, она оказывает негативное влияние на большое количество видов животных, растений и водных организмов. Вода попадает в реки и каналы, которые смешиваются с морской водой, тем самым влияя и на морскую среду обитания.

Сухие осадки

Это смесь кислых газов и частиц. Около половины кислотности в атмосфере падает обратно на землю за счет сухого осаждения. Если ветер дует в местах, где погода сухая, кислотные загрязнители превращаются в пыль или дым, и выпадают на землю в виде сухих частиц. Эти вещества оказывают негативное влияние на автомобили, дома, деревья и здания. Почти 50% кислых загрязняющих веществ из атмосферы попадают обратно за счет сухих осадков. Эти кислые загрязняющие вещества могут быть смыты с поверхности земли ливнями. Тогда уровень кислотности водных ресурсов повышается еще больше.

Если влажные осадки рано или поздно испаряются назад в атмосферу, то, в лесах сухие осадки закупоривают поры листьев деревьев.

История

Кислотные дожди и интересные факты о них известны довольно давно. Впервые о кислотных дождях упоминали еще в 1800-х годах, во времена промышленной революции. Шотландский химик Роберт Ангус Смит, был первым, который заявил об этом явлении в 1852 году. Он посвятил свою жизнь исследованию связи между кислотными дождями и атмосферными загрязнениями в Манчестере, Англия. Его работа обратила на себя внимание общественности только в 1960-е годы. Этот термин был придуман в 1972 году, когда «Нью-Йорк Таймс» опубликовали отчеты о воздействии изменения климата на рост лесов.

Кислотные осадки являются источником, как природных, так и техногенных катастроф. Но тут возникает и обратный эффект. Именно эти катастрофы, чаще всего, являются источниками образования кислотных дождей. Основная причина тут — сжигание ископаемого топлива, которое сопровождается выбросами в атмосферу диоксида серы (SO2) и оксидов азота (NOx).

Природные источники

Природные источники проблемных осадков:

1. Основной природный возбудитель кислотных дождей — вулканические выбросы. Вулканы выбрасывают кислотообразующие газы, которые создают аномальную кислотность. На ее фоне выпадает рекордное количество осадков. Земля страдает от таких явлений, как туман и снег. Страдает растительный покров и здоровье жителей в окрестностях вулканических образований.
2. Гниющая растительность, лесные пожары и биологические процессы в окружающей среде и порождают кислотные дожди, образуя газы.
3. Диметил сульфид — это типичный пример основных биологических источников серосодержащих элементов в атмосферы. Именно его выбросы реагируют с молекулами воды с помощью электрической активности. Азотная кислота становится кислотными дождями.

Техногенные источники

Человеческая деятельность, приводящая к выбросам химических газов, таких как сера и азот, является основной причиной кислотных дождей. Именно мы, люди, виновны в том, что атмосфера уничтожает планету. Эта деятельность связана с источниками загрязнения воздуха. Именно последствия техногенной деятельности приводят к выбросам серы и азота с заводов, энергетических объектов и автомобилей. В частности, использование угля для производства электроэнергии является крупнейшим источником выбросов газообразных веществ, что приводит к выпадению кислотных дождей.

Автомобили и заводы также выпускают большое количество газообразных выбросов в воздух. Самое страшное, что этот процесс повторяется ежедневно, особенно в промышленно развитых районах города с большим количеством движения автомобиля. Эти газы реагируют в атмосфере с водой, кислородом и другими химическими веществами с образованием различных кислых соединений, например, серной кислоты, нитрата аммония и азотной кислоты. В результате этих экспериментов выпадает чрезвычайно высокое количество кислотных дождей.

Существующие ветры разносят эти кислотных смеси на больших площадях через границы. Они падают обратно на землю в виде кислотных дождей или других форм осадков. Достигнув земли, они распространяются по поверхности, впитываясь в почву и попадают в озера, реки и, наконец, смешиваются с морской водой.

Газы — диоксид серы (SO2) и оксидов азота (NOx) являются в основном производным, происходящим от электроэнергии за счет сжигания угля и именно они являются причиной кислотных дождей.

Последствия выпадения кислотных дождей

Кислотный дождь оказывает существенное воздействие на окружающую среду и здоровье населения. Воздействие на водную среду очень велико. Кислотные дожди либо выпадают прямо на водные тела, либо по лесам, полям и дорогам текут в ручьи, реки и озера. В течение определенного периода времени, кислоты накапливаются в воде и снижают уровень pH. Водные растения и животные нуждаются в определенном уровне рН. Чтобы выжить он должен оставаться на отметке около 4,8. Если уровень pH падает ниже, то условия становятся враждебными для выживания водных организмов.

Кислотные дожди имеют тенденцию изменять рН и концентрацию алюминия. Это в значительной степени влияет на уровень концентрации рН в поверхностном слое воды, тем самым влияя на рыбу, а также на другие водные формы жизни. При уровне pH ниже 5, большинство икринок не вылупляются.

Ниже уровень также может убить взрослых рыб. Осадки с водосборных бассейнов, которые сбрасываются в реки и озера, сокращают биоразнообразие в реках и озерах. Вода становится более кислой. Многие виды, включая рыб, растения и различных насекомых в озерах, реках и ручьях, заболели, а некоторые даже полностью были ликвидированы из-за избытка кислотных дождей, попадающих в водные ресурсы.

Политики, ученые, экологи и исследователи бьют в колокола, пытаясь донести до людей вред кислотных дождей. В отличие от мокрых осадков, сухие сложнее измерить. При осаждении кислоты вредные организмы не поверхности земли смываются в озера и ручьи, это может вызвать неконтролируемые изменения климата.