Глава 9 антропогенное воздействие на атмосферу
Атмосфера - это воздух, которым мы дышим. Загрязнение воздуха особенно резко проявляется в местах, где размещаются металлургические, химические и другие заводы, а также в городах, где источниками загрязнения являются автотранспорт, ТЭЦ, промышленные предприятия и др. Особенно страдают города, над которыми циркуляция воздуха слабая, нет ветра. Здесь образуется тяжелая ядовитая смесь с туманом, сернистым и угарным газом, мельчайшими твердыми частицами, выброшенными из труб в результате неполного сгорания топлива. Англичане называют это явление смогом. Как правило, местные загрязнения атмосферы особенно остро переживаются населением. Во время смога резко возрастает число смертей среди людей, страдающих болезнями сердца и органов дыхания.
Наряду с местным загрязнением антропогенное воздействие на атмосферу может иметь крупные региональные и даже глобальные последствия. Рассмотрим некоторые из них: кислотные осадки, парниковый эффект, нарушение озонового экрана.
9.1. Кислотные осадки
Кислотными называют любые атмосферные осадки - дожди, туманы, снег, - кислотность которых выше нормальной. Кислотные свойства среды определяются ионами водорода (Н+). Чем больше концентрация водородных ионов в растворе, тем выше его кислотность. Для выражения концентрации ионов водорода используют единицы водородного показателя, или pH. Шкала pH: от 0 (крайне высокая кислотность) через 7 (нейтральная среда) до 14 (крайне сильная щелочность) (рис. 9.1).
Химический анализ кислотных осадков показывает присутствие серной (H2SO4) и азотной (HNO3) кислот. Наличие серы и азота означает, что проблема связана с выбросами в воздух именно этих элементов. Сжигание топлива при работе угольных ТЭЦ, промышленных предприятий, автомобильного транспорта сопровождается образованием диоксида серы и оксидов азота; реагируя с парами воды, они образуют серную и азотную кислоты. В результате в отдельных регионах выпадают осадки, кислотность которых в 10 - 1000 раз превышает нормальную.
Значение pH среды чрезвычайно важно с экологической точки зрения, так как от него зависит деятельность практически всех ферментов, гормонов в организме, регулирующих обмен веществ, рост и развитие. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. В пресноводных озерах, ручьях и прудах pH воды обычно составляет 6 - 7, и организмы адаптированы именно к этому уровню. Когда среда подкислена, яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают. Ущерб не ограничивается гибелью водных организмов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Прежде всего сокращается популяция птиц, питающихся рыбой или насекомыми, личинки которых развиваются в воде.
Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, кислоты нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов. Леса поражаются насекомыми-вредителями и болезнями. Во время засух через поврежденные листья испаряется больше влаги.
Воздействуя на почву, кислотные осадки значительно увеличивают выщелачивание биогенов. При низких pH уменьшается активность редуцентов и азотфиксаторов, что еще сильнее обостряет дефицит питательных веществ: почвы теряют плодородие. Дополнительный ущерб возникает в связи с тем, что кислотные осадки, просачиваясь сквозь почву, способны выщелачивать алюминий и тяжелые металлы. Обычно присутствие этих элементов в почве не создает проблем, так как они связаны в нерастворимые соединения и, следовательно, не поглощаются организмами. Однако в кислой среде их соединения растворяются, становятся доступными и оказывают сильное токсическое воздействие как на растения, так и на животных.
В разных районах последствия выпадения одинакового количества кислотных осадков могут быть различными. Одни ландшафты остаются практически без изменений, тогда как другие подкисляются настолько, что становятся необитаемыми.
Ключ к ответу связан с понятием буферной емкости почвы. Защитить экосистему от изменений pH может буфер. Так называется вещество, способное поглощать ионы водорода при данном значении pH. Когда в систему, содержащую буфер, добавляют кислоту, дополнительные ионы водорода им поглощаются и pH остается практически неизменным. В качестве буфера многие природные системы содержат карбонат кальция (СаСО3). Реакция ионов водорода с карбонат-ионами дает воду и углекислый газ. При одинаковом количестве кислотных осадков в первую очередь подкисляются и гибнут экосистемы с низкой буферной емкостью. Почвы, сформированные на известняках, обладают большой буферной емкостью и меньше страдают от кислотных осадков. В сельском хозяйстве издавна используется известкование почв как агротехнический прием, направленный на нейтрализацию кислых почв.