Кислотні опади та їх негативний вплив на природні компоненти

Кислотними дощами називають атмосферні опади, які мають рН≤5,6. Випадання кислотних дощів пов'язано, переважно, з антропогенним забрудненням атмосфери оксидами Сульфуру та Нітрогену. Це явище відносять до регіональних наслідків забруднення атмосферного повітря. Випадання кислотних дощів призводить до деградації флори і фауни, закислення природних водойм, руйнування споруд і матеріалів, що є прямими економічними збитки.

Проблему кислотних дощів найбільш часто відносять до наслідків антропогенного впливу на стан атмосфери, хоча є непоодинокі випадки, коли природні стихійні явища викликали масове випадання кислотних дощів, зокрема, виверження вулканів тощо.

Наукові дослідження щодо впливу кислотних дощів та причин їх утворення розпочались наприкінці 60-х років XX століття, причому основним ініціатором була Швеція. Швеція, яка крім прекрасних лісів і блакитних озер, практично, не має інших природних ресурсів, одним із приоритетних напрямків свого економічного розвитку має туризм. В середині 60-х років в цій країні спостерігалось масова загибель лісів, закислення водойм і, як наслідок, різке скорочення кількості туристів. Власних потужних виробництв Швеція не має, тому було доведено, що основною причиною цих явищ є транскордонне забруднення атмосферного повітря діоксидом Сульфуру із території Бельгії та Німеччини. Саме шведи були ініціатором наукових досліджень по вивченню причин утворення кислотних дощів та наслідків цих процесів.

Про шкідливу дію кислотних дощів свідчать такі факти: в Канаді через систематичне випадання кислотних дощів стали "мертвими" понад 4000 озер, а 1200 — знаходяться на межі загибелі; у Швеції більше ніж у 1800 озерах порушена біологічна рівновага внаслідок дії кислотних дощів; у Німеччині і деяких районах Швейцарії загинула 1/3 всіх шпилькових рослин, а у гірських районах Баварії пошкоджено до 50% лісових угідь. Спостереження показують, що під впливом кислотних дощів швидкість росту вічнозелених рослин сповільнюється на 20-30%.

Аналіз хімічного складу кислотних дощів показав, що основними їх компонентами є сульфатна і нітратна кислоти, органічні кислоти та деякі галогеноводневі кислоти.

Основні попередники кислотних дощів та атмосферні процеси, які сприяють їх утворенню

До основних попередників кислотних дощів відносять викиди в атмосферу діоксиду Сульфуру, оксидів Нітрогену та летких органічних сполук. Ці речовини викидаються із багатьох джерел, тому в кожній країні розподіл викидів цих забруднювальних атмосферу компонентів буде різним. Цей розподіл викидів зумовлений ступенем розвитку промисловості країн, в першу чергу металургії та теплоенергетики, Інфраструктури та комунального господарства. В деяких країнах основними джерелами викидів речовин, які є попередниками кислотних дощів, є автотранспорт.

Сполуки Сульфуру і Нітрогену, які викидаються в атмосферу, можуть утворюватись як внаслідок антропогенної діяльності, так і внаслідок природних процесів. Безумовно, регіональні викиди речовин, що є попередниками кислотних дощів, із антропогенних джерел забруднення значно потужніші, ніж із природних, хоча на рівні біосфери в цілому, ці впливи є приблизно рівними.

Природні джерела забруднення атмосферного повітря сполуками Сульфуру і Нітрогену умовно поділяють на біогенні та нa біогенні. Біогенними джерелами забруднення є рослини, наприклад, лісові масиви тощо, та мікроорганізми, які в процесах життєдіяльності виділяють в атмосферу різноманітні хімічні сполуки. Небіогенними природними джерелами забруднення атмосфери є різного роду геотермальні джерела, блискавки, процеси природного горіння тощо. Питома вага природних джерел в загальному забрудненні атмосфери сполуками Сульфуру і Нітрогену в різних країнах є різною, що зумовлено особливостями географічного положення, характерними фітоценозами тощо.

Особливістю природних джерел викиду сполук Сульфуру є те, що в атмосферу викидаються переважно відновлені сполуки Сульфуру, наприклад диметилсульфід, а перетворення їх в попередників кислотних дощів можливе лише в результаті багатостадійних окислювальних реакцій. В той же час діоксид Сульфуру, який викидається із антропогенних джерел забруднення атмосфери, відносно швидко перетворюється в сульфатну кислоту.

Роль природних джерел оксидів Нітрогену в утворенні кислотних дощів є значно більшою. Оксиди Нітрогену утворюються внаслідок блискавок, діяльності ґрунтових організмів, мікрофлори води, а частина їх потрапляє в нижні шари атмосфери із стратосфери.

У процесі атмосферних окислювальних реакцій, крім нітратної і сульфатної кислот, утворюються і органічні кислоти —- переважно мурашина і оцтова. Шлейф опадів кислотних дощів поширюється за напрямком вітру на десятки і сотні кілометрів від джерел викиду оксидів Сульфуру і Нітрогену. Особливо високі концентрації кислот спостерігаються на перших 25-40 км від джерел забруднення атмосфери, але до 25-30% SО₂ та 10-15% N0₂ переносяться вітром від промислових зон на відстані понад 200 км.

Вплив кислотних дощів на рослинний світ

Вплив кислотних дощів на рослинний світ має комплексний характер. Як правило, при невисокій кислотності цих опадів і малій їх кількості, вони можуть надавати частково і позитивного впливу на рослини. Це зумовлено тим, що кислотні дощі можуть бути додатковим джерелом мінерального живлення рослин (N, S) та, при незначних змінах кислотності ґрунтів, ступінь засвоєння деяких сполук рослинами може зростати.

При високій кислотності опадів або великої їх кількості, кислотні дощі надають катастрофічного впливу на рослинний світ. Прийнято виділяти прямий влив кислотних дощів на рослини (безпосереднє враження рослин) та опосередкований, через процеси закислення ґрунтів.

Перші відомості про пошкодження лісів внаслідок дії кислотних дощів відносять ще до 1880 року, коли в районах металургійних комбінатів США спостерігались масові висихання лісів. Аналогічні явища спостерігались і спостерігаються в інших країнах. Особливо великої шкоди завдають лісам викиди підприємств кольорової металургії, оскільки ці викиди в атмосферу містять значні кількості діоксиду Сульфуру, який утворюється на окислювальних стадіях виробництва.

Найбільш чутливими до дії кислотних дощів є шпилькові породи дерев, особливо що стосується прямого впливу. Широколистяні дерева, які восени скидають крони, менше вражаються кислотними дощами при прямій дії. В результаті дії кислотних дощів на шпилькові та інші породи дерев спостерігається поява перших симптомів враження лісу - підсихання вершини дерев, що є головною ознакою, хлороз, тобто руйнування хлорофілу рослин і, як наслідок, мозаїчна плямистість хвої, опадання голок. рН < 2,0 - вражаються всі види дерев. Аналогічні зміни спостерігаються у випадку дії кислотних туманів.

У ґрунті містяться ряд мікроорганізмів-редуцентів, таких як бактерії, гриби тощо. Вони приймають участь в процесах мінералізації органічних речовин ґрунтів і утворенні гумусу, а із зростанням кислотності ґрунтів і збільшенням кількості рухомих форм металів, в першу чергу Алюмінію і Феруму, їх активність різко зменшується. Наслідком цих процесів може бути накопичення в ґрунтах органічних речовин, відтак і деградація флори.

Сільськогосподарські культури, як і всі види рослин, також є чутливими до дії кислотних дощів. Особливо це проявляється на початкових стадіях росту рослин, особливо на стадії виходу в трубку. При дії кислотних дощів з рН~2,5 спостерігається значне зниження врожайності всіх видів культур та їх загибелі.

Вплив кислотних дощів на природні водні системи та якість питної води

Установлено, що всі гідробіонти чутливі до кислотності водойм. Так, активність фітопланктону при рН≤6,0 різко знижується, а негативні зміни в зоопланктоні спостерігаються при рН≤5,5, особливо в поєднанні із підвищеним вмістом у воді рухомих форм Алюмінію. Чисельність популяції бентосу при рН≤5,5 знижується і тільки для деяких видів жуків та бабок зростання кислотності води має позитивний ефект. До зміни кислотності водойм чутливими є амфібії і практично всі породи риб. Особливо чутливими до зміни кислотності водойм є редуценти, активність яких різко падає при рН≤6,0.

Зростання кислотності змінює мікрофлору водойм. При рН≤5,8 спостерігається інтенсивне розмноження зелених водоростей, при рН≤5,5 швидко розмножуються синьо-зелені водорості, які витісняють всі типи водних рослин, а при рН≤5,2 розвиваються бурі водорості, що стає причиною формування боліт. При цьому зникають всі вищі форми життя у водоймах.

У риб, при зростанні кислотності водойм, виникають фізіологічні порушення, які проявляються у зміні плазми крові, прискореному вимиванні із тканин різних іонів (Nа⁺, Сl^-, К⁺, Са ²⁺). Показник рН≤5,0 для водойм — ознака відсутності в них риби.

Доросла людина, в середньому, споживає за добу біля 2,0 дм³ питної води, тому її якість напряму буде визначати стан людей. Закислення таких водойм буде сприяти погіршенню питної води. По-перше, зростання кислотності води буде корозії трубопроводів, а відтак, у воді буде зростати концентрація іонів Феруму, Плюмбуму, Купруму тощо. Виявлені кореляційні залежності між вмістом сполук важких металів у питній воді та крові людей, що споживають цю воду.

По-друге, підвищення кислотності буде сприяти зростанню концентрації у питних водах іонів Алюмінію, які пригнічують у людини активність шлункових та слинових ферментів, що призводить до порушення обміну речовин і розвитку склерозу.

По-третє, під дією кислотних дощів можуть руйнуватись азбестові та азбестово-цементні покриття. Азбестові потрапляють у питну воду, а при споживанні такої води, розвиток раку легенів.

По-четверте, кислотні дощі є джерелом надходження в питну воду нітрат-іонів, які є токсичними для теплокровних організмів. При надмірному надходженні нітратів в організм людини можливі два основних процеси.

1. Кров набуває шоколадного відтінку, втрачає здатність переносити кисень до клітин організму і розвивається задуха. Особливо це явище небезпечне для малих дітей. 2. Утворюються канцерогенні речовини.

Надлишок кислот, які містяться в природних водах, нейтралізують природними компонентами основного характеру, переважно вапняком або вапном. Піонером в цій справі є Скандинавські країни, які розпочали штучне регулювання кислотності водойм ще з 1920 року з метою підвищення продуктивності лосося. Цей вид риб надзвичайно чутливий до надмірної кислотності води, а використання вапняку дозволило не тільки усунути негативний вплив кислотності води, але і підвищити її твердість. Іони Кальцію, якими збагачувалась вода, сприяли кращому розвитку риб. Але, незважаючи на ці обставини, для збереження природного біорізноманіття у водоймах, слід, передусім, обмежувати кількості викидів в атмосферу кислотноутворюючих компонентів.

Вплив кислотних дощів та їх попередників на фауну

Діоксид Сульфуру внаслідок високої розчинності у воді, а від так і біологічних рідинах, добре при диханні поглинається верхніми дихальними шляхами - до 80-95%. При дії діоксиду Сульфуру на тваринні організми, в тому числі і людину, окрім подразнення слизових оболонок і їх запалення, спостерігається гіпертрофія, тобто збільшення розмірів внутрішніх органів, та гіперплазія, тобто зменшення кількості функціонуючих клітин у внутрішніх органах.

Діоксид Сульфуру, потрапляючи в легені, викликає бронхоспазм у здорових людей вже при концентрації ~ 2,6 мг/м³ , а особливо у хворих на бронхіальну астму. Печінка страждає від систематичної дії діоксиду Сульфуру. Довготривала дія діоксиду Сульфуру сприяє розвитку ракових клітин.

Дія діоксиду Нітрогену є дещо іншою. Потрапляючи у вологу поверхню легенів, діоксид Нітрогену утворює нітратну кислоту, яка є сильним окислювачем і вражає безпосередньо легеневі тканини. Симптоми враження нагадують емфізему легенів. Отже, як кислотні компоненти кислотних дощів, так і їх попередники можуть безпосередньо негативно впливати на окремі органи тварин, аж до смертельних випадків.

Вплив кислотних дощів на матеріали і споруди

Вплив кислотних дощів і їх попередників на матеріали та різноманітні конструкції став особливо відчутним протягом останніх 40-50 років. Кислотні дощі завдають значних економічних збитків, прискорюючи корозію більшості матеріалів, але іноді дію кислотних опадів безпосередньо оцінити важко, зокрема це вплив на історичні пам'ятки тощо.

Під впливом кислотних дощів швидко проходить корозія залізних конструкцій. Має місце синергетичний ефект при дії на металеві споруди одночасно сульфатної і нітратної кислот або їх попередників, SО₂ та NO₂, і при цьому швидкість корозії зростає в 100-1000 разів.

Окремої уваги заслуговує вплив кислотних дощів на мармурові та гранітні споруди, адже значна їх кількість є архітектурними пам'ятками. Так, за останні 40-50 років така пам'ятка культури як Акрополь в Греції постраждала від дії кислотних дощів більше, ніж за всю історію свого існування. Погіршується не тільки міцність цих споруд, але і зовнішній їх вигляд.

Наявність кіптяви прискорює процеси руйнування вапнякових споруд. Це пов'язано як із кислотними властивостями самої кіптяви, так і з її здатністю до процесів адсорбції кислотних компонентів та вологи. Експериментально встановлено, що при періодичній очистці мармурових споруд від кіптяви, швидкість поверхневого їх руйнування зменшується на 30%. Особливо швидко проходить руйнування цих споруд в містах, наприклад, в містах ~ 0,035 мм/рік, в селах — 0,005 мм/рік.

Негативного впливу кислотні дощі надають і на деревину. В першу чергу, під впливом кислотних дощів деревина швидко старіє. На практиці одним із найбільш ефективних заходів захисту металевих, дерев'яних та інших конструкцій є їх фарбування, але на сьогодні доведена можливість руйнування фарб під впливом кислотних дощів.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.005 сек.