6.6 Кислотные дожди

Другим видом загрязнения атмосферы, не признающим государственных границ, являются оксиды серы и азота. Во многих странах (вначале в Скандинавии, а затем в США, Канаде, Северной Европе, Японии и др.) ученые обнаружили, что дождевая вода, казалось бы, самая чистая в природе, содержит большое количество кислот.

Оксиды серы и азота в атмосфере - основная причина кислотных дождей. Оксиды серы поступают в воздух при сжигании ископаемых видов топлива, содержащих серу, первое место среди которых занимает каменный уголь (до 90 %), на втором месте - нефть, значительно уступает им газ. Оксиды азота NO_x также образуются при сжигании топлива, а дополнительным крупным их источником является автомобильный транспорт.

В 1983 г. тепловые электростанции при сжигании угля и нефти выбросили в атмосферу 16,8 млн т серы, или 87 % всех оксидов серы, выброшенных в том же году. При сжигании угля и нефти образуются два кислородных соединения серы: двуокись и трехокись серы (SО₂ и SО₃). В атмосфере SО₂ окисляется до SО₃:

Образовавшаяся трехокись реагирует с водяным паром, образуя серную кислоту.

Серная кислота присутствует в воздухе в виде легкого тумана, состоящего из крошечных капель.

При сжигании топлива выбрасываются в атмосферу также оксиды кальция и железа, которые вступают в реакцию с серной кислотой, образуя твердые частички сульфатов кальция и железа:

СаО + H₂SО₄ = CaSО₄ + Н₂О

Fe₂О₃ + 3H₂SО₄ -> Fe₂(SО₄)₃ + 3H₂О

Количество содержащихся в городском воздухе твердых частиц сульфатов и капелек серной кислоты может достигать 20 %. Ветер разносит эти загрязнения за сотни километров от места их выброса, образуются туманы и смоги. Оксиды азота окисляются в воздухе до диоксидов, которые тоже растворяются в капельках воды, образуя азотную кислоту:

2NO + О₂ = 2NO₂

4NО₂ + 2Н₂О + О₂ = 4HNО₃

Эти две кислоты (H₂SО₄ и HNО₃), а также их соли и обусловливают выпадение кислотных дождей. На растения, почву и воду выпадают также сухие частицы в виде солей.

Естественная дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН~6), так как находится в контакте с СО₂ (естественный компонент атмосферы) и растворяет ее, образуя слабую угольную кислоту:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃

Однако дожди, выпадающие в Новой Англии, например, имеют иногда рН=4 - весьма необычное явление для дождевой воды. В других регионах мира часто наблюдаются дожди с pH ниже 4.

Европа также страдает от кислотных дождей. Широко распространенное сжигание угля как основного топлива, особенно в Великобритании и Центральной Европе, оказывает разрушительное воздействие на природные экосистемы.

Спектр влияния кислотных дождей очень широк. Прежде всего, они сказываются на популяциях рыб в озерах, особенно высокогорных, где вода стала кислой. По данным 1975 г., в США 50 озер имели pH воды меньше 5, в 90 % этих озер рыба полностью отсутствовала. Правда, трудно предположить, что такая вода может сильно влиять на взрослых рыб. Скорее всего, низкий pH препятствует размножению рыб, убивая икру.

Вероятно также снижение развития фитопланктона, а следовательно, и кормовой базы для рыб. Снижение численности рыб влечет за собой исчезновение животных, которые питаются рыбой: белоголового орлана, гагар, чаек, норки, выдры и др. Численность земноводных (лягушек, жаб, тритонов), возможно, тоже сокращается.

Кроме того, подкисленные воды лучше растворяют различные минералы. Ртуть, содержащаяся в природных водоемах, в кислой среде может превратиться в ядовитую монометиловую ртуть. Подкисление воды в источниках водоснабжения может приводить к растворению в трубах токсичных металлов, которые могут попасть в питьевую воду. Так, в одном из районов Нью-Йорка подкисленная питьевая вода, простоявшая в трубах целую ночь, растворила свинец, и его содержание в воде превысило допустимые нормы.

Кислотные дожди разрушают строительные материалы (растворы, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящими в их состав; усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Шведские специалисты обнаружили высокую корреляцию между кислотными дождями и коррозией стали.

Конечно, кислотные дожди отрицательно влияют и на наземные экосистемы. Несомненно, что они - одна из причин деградации лесов. По имеющимся данным, например, в Чехословакии серьезно повреждены деревья на 200 тыс. га лесов именно в тех местах, где интенсивно сжигают бурый уголь с высоким содержанием серы. В Польше погибшие деревья в районах, где используется бурый уголь, обнаружены уже на 500 тыс. га. То же самое отмечено в Австрии, Швейцарии, Швеции, Германии, Голландии, Румынии, США и других странах. Кислотные дожди могут высвобождать из почв токсичный для растений алюминий.

Твердые частицы и оксиды серы, действуя совместно, вредно влияют и на здоровье людей. Серная кислота, растворяясь в каплях воды, образует едкий туман, вызывающий аллергию и другие заболевания. Частицы сульфатов железа могут создавать дополнительный канцерогенный потенциал в городском воздухе.

Предотвращение последствий кислотных дождей - непростая проблема. В Швеции и США в порядке эксперимента было предпринято известкование озер. Известняк содержит карбонат кальция, который уменьшает кислотность воды и создает некоторый резерв сопротивляемости - буферную емкость:

СаСО₃ + H₂SО₄ -> CaSО₄ + Н₂О + СО₂

Известкование можно применять и для снижения кислотности почв в лесах. В Шварцвальде (Германия) в одном из лесов в почву внесли смесь сульфата магния (800 кг га¹) и известняка (2270 кг га¹). После такой обработки поврежденные деревья стали «выздоравливать».

Для борьбы с кислотными дождями используются те же технические средства, что и для ограничения выбросов оксидов серы и азота в атмосферу. Очистные установки различных конструкций хорошо известны. В 1982 г. Норвегия, Финляндия и Швеция предложили уменьшить выброс в атмосферу серы на 30 %. К ним присоединились Дания, Германия, Швейцария, Австрия, Канада. Великобритания и Франция отказались от таких обязательств. Канада же поставила целью снизить выбросы оксидов серы на 50 %.

В настоящее время по сравнению с 1975 г. выброс в атмосферу оксидов серы, несмотря на принятые меры, уменьшился примерно на 20 %. Многие источники и промышленные объекты, выбрасывающие оксиды серы, за этот период были просто перенесены из одного места в другое. Не следует забывать и о том, что при сжигании угля и в других промышленных производствах образуется большое количество твердых частиц. Транспортные средства также выбрасывают в воздух частицы солей свинца, капельки углеводородов, что обусловливает фотохимический смог.

Основные «поставщики» оксидов азота - выхлопные газы от автомобилей. Для борьбы с ними применяются каталитические конверторы и усовершенствованные двигатели. В США эти меры используются довольно широко, но в Европе пренебрегают контролем за выхлопными газами, хотя европейская автомобильная

промышленность располагает необходимыми технологиями и на автомобили, экспортируемые в США, защитные устройства устанавливаются.