Воздействие кислотных дождей на экосистемы и людей
Последствия кислотных дождей показаны на рис. 25.
Рис. 25. Воздействие кислотных дождей на биосферу и человека
В гидросфере жизнь богаче и разнообразней в нейтральной и слабощелочной среде. Водоемы с очень кислыми водами необитаемы, как необитаемы и водоемы с pH>11. Отсюда ясен основной результат кислотных дождей – снижение продуктивности водоемов. Побочные эффекты связаны с ионами тяжелых металлов (Cd, Pb и др.).
Опасен гидрооксид алюминия. Взаимодействуя с кислотой, он образует растворимое соединение
Al(OH)3 +3H+ = Al3+ + 3H2O.
Концентрация алюминия 0,2 мкг/л смертельна для рыб. Для продуцентов алюминий вреден по другой причине. Фосфаты, соединяясь с алюминием
Al3+ + PO43– → AlPO4,
выпадают в осадок и становятся недоступными для фитопланктона и водорослей.
Гидрокарбонат-ион HCO3–, образующийся при диссоциации угольной кислоты, нейтрализует кислоты и основания, а потому карбонатные воды отличаются высокими буферными свойствами. Однако большинство пресных водоемов северных районов отличает слабокислая реакция (7>pH>4), а потому их чувствительность к кислотным дождям повышена. Степень опасности зависит и от горных пород, слагающих ложе водоемов. В Канаде, Скандинавии и на Северо-Западе России подстилающими породами являются граниты, как следствие, воды имеют слабокислую реакцию и чувствительны к кислотным дождям.
По данным Госкомэкологии в России многие реки и озера относится к загрязненным. При таком положении кислотные осадки мало меняют характеристики вод.
Почвенные организмы менее чувствительны к понижению pH, но и они угнетаются возрастающей кислотностью, особенно восприимчивы азотфиксирующие бактерии и грибы.
Для растений подкисление почв ведет к нарушению корневой системы, а прямое воздействие кислотных осадков на листья – к разрушению хлорофилла. Больше всего страдают хвойные и дубовые леса. В то же время повышение содержания азота может на первой стадии стимулировать растения, однако, по мере увеличения подкисления происходит угнетение растительности.
Наибольший урон кислотные дожди нанесли лесам Центральной Европы. Так в Германии поражено около 35% лесов.
Строительные материалы под воздействием кислотных осадков разрушаются быстрее, т.к. вещества, содержащие карбонат кальция (известняк, мрамор и др.), реагируют с кислотой:
CaC03 + H2SO4 = Ca2+ + SO42– +CO2 +H2O или CaC03 + 2H2NO3 = Ca2+ + 2NO3– +CO2 +H2O.
Под действием кислотных дождей выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. При pH=3‑4,5 ионы алюминия вымываются из кристаллической решетки плевого шпата – основы бетона и других строительных материалов:
3KAlSi3O8 + 12H2O + 2H+ = Al3Si3O10(OH)2 + 6H4 SiO4 + 2K+,
3KAlSi3O10(OH)2 + 18H2O + 2H+ = 3Al3Si3(H2O)3 + 6H4 SiO4 + 2K+.
Железо особенно подвержено действию кислотных дождей. Вначале на поверхности изделий возникает корка гигроскопичного сульфата железа, который окисляется и превращается в ржавчину
FeSO4 + H2O + O2 → Fe(OH)SO4.
Меры по защите окружающей среды от кислотных дождей
Чистота атмосферного воздуха является приоритетом природоохранной деятельности многих государств. Международными соглашениями установлены нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых не обнаруживается их влияние на экосистемы. Большое внимание уделяется переносу загрязнителей на большие расстояния. В 1979 г. принята Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха. Ее цели:
ограничение, постепенное сокращение, предотвращение загрязнения;
обмен информацией, научные исследования, мониторинг.
Прежде всего, в Конвенции определены понятия:
загрязнение атмосферы – введение человеком прямо или косвенно, вещества или энергии в воздушную среду, влекущие за собой вредные последствия такого характера, как угроза здоровью людей, нанесение вреда живым ресурсам, экосистемам и материальным ценностям, а также нанесение вреда ландшафтам и помеха другим видам законного использования окружающей среды.
трансграничное загрязнение воздуха – загрязнение воздуха, физический источник которого полностью или частично расположен на территории, находящейся под юрисдикцией другого государства на таком расстоянии, что невозможно определить долю отдельных источников или групп источников выбросов.
В период 1984-2003 гг. принят ряд протоколов для реализации Конвенции. Они касались проблемы в целом (мониторинг, оценка трансграничного атмосферного переноса и его снижение) и конкретных вопросов, связанных с контролем переноса окислов азота, стойких органических загрязнителей и тяжелых металлов, снижением подкисления, эвтрофирования водоемов и концентрации приземного озона.
Для улучшения ситуации предлагается:
«контроль на входе»;
«контроль на выходе»;
снижение кислотности водоемов и почв;
правовая защита атмосферы.
«Контроль на входе». Предусматривает снижение содержания серы в топливе. Так, страны ЕС переходят на новый стандарт – «безсерное» топливо, с низким содержанием серы.
«Контроль на выходе» – это различные газоочистители: электрические, вакуумные и воздушные фильтры, а также фильтры-скруберы.
В фильтрах-скруберах газ, содержащий оксиды серы, пропускают через водный раствор извести. В результате образуется нерастворимый сульфат кальция – CaSO4 (поглощается до 95% оксидов). Для очистки газа от оксидов азота – его пропускают через слой изоциановой кислоты – HNCO (удаляется до 99% оксидов). К недостаткам обоих методов, кроме их стоимости, относят проблемы утилизации нерастворимого осадка и ухудшение тяги из-за снижения температуры дымовых газов.
Снижение кислотности водоемов и почв. Основная мера – известкование водоемов и почв. Так, в Скандинавских странах распыляют доломит, который реагирует с кислотами, образуя безвредные соединения
CaMg(CO3)2 + 2H2SO4 = CaSO4 + MgSO4 + 2CO2 + 2H2O,
CaMg(CO3)2 + 4HNO3 = Ca(NO3)2 + Mg(NO3)2 + 2CO2 + 2H2O.
Защита инженерных соединений и памятников культуры. С этой целью используют покрытия из высокомолекулярных соединений или производных эфиров кремниевой кислоты, лакокрасочные покрытия и специальные легированные стали.
Правовая защита атмосферы связана, так или иначе, с реализацией Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха и ведется государствами путем принятия соответствующих законов, ограничивающих выбросы, а также путем двухсторонних и многосторонних соглашений.