Глоссарий:

Атмосферные осадки, кислотный дождь, источники кислотных дождей, сухие осадки, потенциометрия.

Ход работы

I Для проведения работы предварительно сделайте отбор проб дождевой воды в разных районах города

II. Изучите общие положения методики

III. Изучите принцип метода потенциометрин н дайте его краткое описание.

IV. Опишите устройство и принцип действии рН метра

V. Опишите последовательность действий при определении кислотности дождевых выпадений.

VI Проведите измерения рН в пробе на приборе в соответствии с методикой н запишите полученный результат.

VII. Оцените степень кислотности выпавших осадков по отношению к геохимически чистой среде.

VIII. Сделайте предположения о возможных причинах изменения кислотности дождевых выпадений.

IX. Сделайте прогноз возможных экологических последствий длительного воздействия дождевых выпадений с данной кислотностью на почвенный и растительный покров.

Общие положения.

Кислотный дождь - результат присутствия в атмосфере оксидов серы и оксидов азота. Оксиды серы поступают в воздух при сжигании . ископаемых видов топлива, содержащих серу, первое место^; среда которой занимает каменный уголь (прежде всего тепловые электростанции и при выплавке металлов), на втором - нефть, на третьем (с большим разрывом) - природный газ.

Оксиды азота также образуются при сжигании ископаемых видов топлива, но их основным источником, видимо оказывается сам воздух, поскольку ископаемое топливо не содержит азот в больших количествах Выбросы оксидов азота в атмосферу обусловлены сжиганием всех трех видов топлива при высоких температурах.. Другим крупным источником оксидов азота являются автомобили.

Как правило, воздействие оксидов серы н азота ограничивается районами, непосредственно примыкающими к источниками их выбросов, обычно 30-50 км. Однако, так как дымовые газы тепловых электростанций (вместе с загрязнителями) часто выбрасываются в атмосферу посредством высоких труб, оксиды серы и азота из этих источников обычно распространяются на большие расстояния атмосферными воздушными течениями. Таким образом, эти загрязнения часто носят глобальный характер, не имея государственных границ. Великобритания н северная часть Европа «экспортируют» кислотные дожди в Швецию н Норвегию, Китай - в Японию, США - в Канаду, н наоборот.

Рис. 1. Образование серной кислоты в капельках дождя

Образование азотной кислоты в капельках дождя

+Н₂О

NO₂ → HNO₃

Двуокись серы и окись азота в атмосфере быстро вступают в химические реакции с образованием серной (H₂S0₄), сернистой (H₂S0₃) и азотной (HN0₃) кислот. Серная кислота составляет около 60% всех содержащихся в дождевой воде кислот, азотная около 35%. Хотя в зависимости от характера загрязнения серная и азотная кислоты могут вносить разные вклады в уровень кислотности дождевых выпадений.

Существуют два возможных пути образования серной кислоты в дождевых выпадения (рнс .1). Первый (преобладающий) состоит в растворении двуокиси серы в парах воды с образованием сернистой кислоты и дальнейшем ее окислении до серной кислоты Второй путь предполагает окисление двуокиси серы до трехокнсн, которая затем растворяется в капельках воды с образованием серной кислоты Окись азота окисляется до двуокиси, которая тоже растворяется в капельках воды с образованием азотной кислоты. Эти две кислоты, а также соли данных кислот обусловливают выпадение кислотных дождей. Чем выше содержание оксидов в воздухе, тем чаще выпадают кислотные дожди.

На растения и на почву из воздуха также выпадают сухие кислые частицы. Как правило, это сульфаты кальция и магния. Выпадение таких сухих осадков оказывается важным механизмом, посредством которого кислоты из воздуха попадают на землю (рнс.2)

Рис. 2. Образование сухих осадков.

Мерой кислотности воды служит число ионов водорода на 1 л воды. Молекулы воды (Н₂0) обычно диссоциируют на катионы Н⁺ и анноны ОН^-. В пробе чистой воды одна десятимнллионная (10-⁷) доля молекул воды диссоциирует на водородные н гндроксильные ноны, причем в чистой воде эти ноны присутствуют в равных количествах.

-Дождевую воду нельзя назвать чистой водой, так как она находится в контакте с двуокисью углерода - естественным компонентом атмосферы, н растворяет ее. При этом образуется слабая угольная кислота. Концентрация водородных ионов относительно молекул воды в незагрязненной дождевой воде, содержащей двуокись углерода, составят примерно одну миллионную долю (10^-6), или 1 нон водорода на 1 млн. молекул воды Таким образом, концентрация водородных ионов в дождевой воде при растворении в ней двуокиси углерода, присутствующей в атмосфере, увеличивается в 10 раз. Именно такое число водородных ионов должно, быть характерно для чистой дождевой воды в природных условиях

Для дождей, выпадающих во многих регионах земного шара, характерно значительно большее увеличение концентрации водородных нонов. Так, дождь в Новой Англии имеет концентрацию Н-нонов 10^-4, восточные регионы США дождевые выпадения имеют кислотность от 4 до 4.5 единиц рН. И хотя значение рН^-4 для дождевой воды весьма редкое явление, в настоящее время в некоторых районах часто наблюдаются значение рН ниже 4.

Кислотные дожди оказывают целый ряд негативных воздействий на окружающую среду. При регулярном выпадении осадков с низкими значениями рН происходит подкислении воды в водоёмах и, как следствие, гибель в них рыбы, сокращение численности различных живых организмов.

Наиболее чувствительны к подкисляющему воздействию атмосферных осадков водоемы, подстилающими породами в которых служат граниты и гнейсы, отличающиеся слабой растворимостью в воде. Поэтому вода в таких водоемах слабо минерализована, очень мягкая и легко поддается подкислению. Осадочные породы, известняки, наоборот, способствуют минерализации воды, которая обеспечивает буферность водоема к подкислению. Аналогичное воздействие оказывают также тяжелые карбонатные почвы с высоким содержанием кальция.

В кислой среде происходит растворение некоторых минералов. Например, ртуть превращается в метилртуть, очень ядовитое соединение, способное накапливаться в пищевых цепях.

Подкисление воды в водохранилищах приводит к тому, что если такая вода используется для питьевых целей, то, при транспортировке по трубам, в ней могут растворяться многие тяжелые металлы, например, свинец.

Кислотные дожди повреждают строительные материалы, вызывают коррозию металлов в строительных конструкциях. В настоящее время это способствует разрушению многих архитектурных памятников.

Подкисляющее действие кислотных осадков на почву, наиболее выражено на легких почвах, с низким содержанием гумуса. Наоборот, почвы тяжелые, высокогумусные, карбонатные обладают высокой буферностью в отношении подкисления.

Одним из наиболее ярко выраженных воздействий кислотных дождей на экосистемы является деградация лесов. В это понятие включают снижение продуктивности леса, замедление роста деревьев, повреждения деревьев (раннее опадение хвои и листьев, растрескивание коры и т.п.) и даже их гибель. Такие явления, например, наблюдались в Германии и США.

Древесные породы имеют различную чувствительность к кислотным дождям. Можно вьзделнть следующие 5 групп древесных пород;

1. очень чувствительные - ель, сосна, пихта;

2. чувствительные - липа, малина;

3. среднечувствнтельные - сирень, ель колючая;

4. малочувствительные - бузина, тис черный, ягодники;

5. очень устойчивые - бересклет.

Некоторые природные факторы способствуют усилению действия кислотных дождей на растения. Так, деградации лесов в значительной степени способствуют засухи. Очень часто повреждаемые леса находятся на возвышенности. В этом случае они часто оказываются погруженными в туманы, которые, как правило, имеют еще большую кислотность, чем дожди. На менее буферных почвах, более чувствительных к изменению кислотности (легких, низкогумусных), деградация лесов проявляется прежде всего. Вероятной причиной этого является появление в таких почвах под действием кислот подвижного алюминия, который способствует повреждению тонких корневых волосков и проникновению через них в растения бактерий. Усиливает деградацию лесов также наличие в атмосферном воздухе оксидов серы и озона.

Основными мерами, предупреждающими и исправляющими негативные последствия кислотных дождей являются:

• очистка дымовых газов от оксидов серы;

• совершенствование автомобильных двигателей;

• обработка озер известняком

Кислотность дождевых выпадений, как правило, определяется с использованием метода потенциометрии.