Кислотные дожди

Другим отрицательным эффектом сжигания ископаемых видов топлива является образование кислотных дождей. В процессе сгорания ископаемых видов топлива образуются диоксид серы (SO₂) и окиси азота (NO_x). Хотя источники окиси серы и окиси азота существуют и в природе, более чем 90% выбросов серы и 95% выбросов азота являются результатом работы промышленности и энергетики. Попадая в атмосферу, эти газы в результате химических реакций преобразовываются во вторичные загрязняющие вещества, такие как азотная и серная кислоты, легко растворимые в воде. Таким образом, любой дождь является в какой-то степени кислотным. Кислотные капельки воды переносятся ветрами на большие расстояния, возвращаясь на Землю в виде кислотных дождей, снега или тумана. В процессе природных явлений - извержений вулканов, жизнедеятельности болот и гниения растений образуется диоксид серы, один из газов, способствующих формированию кислотных дождей. Кислотные дожди, образованные естественным способом, также являются неблагоприятными для окружающей среды. Но такие дожди случаются намного реже, чем в результате деятельности человека. В 1950-1970-х годах уровень кислотности дождей в Европе увеличился приблизительно в десять раз. Правда, в 80-е годы он уменьшился. Несмотря на тот факт, что многие страны начали предпринимать меры для борьбы с выбросами в атмосферу вредных веществ, вызывающих кислотные дожди, проблема всё ещё остаётся актуальной. По шкале, определяющей уровень кислотности, величина pH дождя обычно составляет 5,6. В случае умеьшения этого показателя говорят о кислотном дожде. Химическое уравнение образования кислотного дождя выглядит следующим образом:

SO₂ (Диоксид Серы) + NO (Окись Азота) + H₂O (Вода) = Кислотный дождь

Водные растворы различаются по степени их кислотности. Если чистую воду считать нейтральной, то раствор питьевой соды будет щелочным, а нашатырного спирта - очень щелочным. С другой стороны этой шкалы жидкости по степени увеличения их кислотности можно расположить следующим образом: молоко имеет наименьшую кислотность, томатный сок - чуть больше уксуса, сок лимона - еще больше, а аккумуляторная жидкость - очень кислотная. Если бы вообще не существовало никаких загрязняющих веществ, то нормальная дождевая вода попадала бы на кислотную сторону этой шкалы. Обычная дождевая вода менее кислая, чем томатный сок, но более, чем молоко. Именно загрязняющие вещества являются причиной увеличения уровня кислотности дождя. В некоторых регионах мира дождь может быть в такой же степени кислотным, как сок лимона или уксус. Этот кислотный дождь может причинять вред жизни растений, в отдельных случаях серьезно воздействуя на рост лесов, также может разрушать здания и разъедать металлические объекты. Первичный компонент процесса коррозии - кислотный дождь. По оценкам, ущерб, нанесенный только металлическим постройкам, составляет приблизительно до 2 миллиардов долларов ежегодно. Самая высокая эмиссия серы наблюдается в регионах с высоким уровнем энергопотребления, и при сжигании серосодержащих видов топлива, а именно твердого топлива и серосодержащей тяжелой нефти. К твердому топливу относятся ископаемые виды топлива, наиболее сильно загрязняющие атмосферу как в локальном, так и в глобальном масштабах. Относящиеся к ним каменный уголь, мягкий бурый уголь и лигниты при сгорании выделяют много отходов и загрязняющих веществ таких как сера, тяжелые металлы, влага и пепел. Одна из главных проблем, связанная с кислотным дождем -его "мобильность", выражающаяся в том, что он может выпасть на территории, отдаленной от места его образования. Высокие заводские трубы, предназначенные для того, чтобы предотвратить промышленное загрязнение близлежащих городов, выбрасывают загрязняющие вещества в атмосферу. В результате соединения в воздухе этих частиц с частицами воды образуются кислоты, которые становятся компонентами облаков. Из-за того, что облака разносятся ветром, дождь может выпасть далеко от того места, где кислотные частицы были образованы. Как пример можно привести ситуацию в Центрально-восточной Европе и в Скандинавии. Швеция страдает от кислотных дождей, пригоняемых ветром с электростанций Восточной Европы, где стандарты по эмиссии вредных частиц не соответствуют международным требованиям.

Выпадение кислотных дождей сказывается на лесах так же как на озерах и реках. Во многих странах мира деревья сильно страдают от воздействия кислотных дождей. Многие деревья теряют свои листья, их верхушка становится тоньше. Для некоторых деревьев данное воздействие настолько неблагоприятно, что они умирают. Деревья нуждаются в здоровой почве для роста и развития. Кислотный дождь, впитавшийся в почву, делает её фактически невозможной для жизни деревьев. В результате этого деревья становятся более восприимчивыми к вирусам, грибкам и насекомым-вредителям, становятся неспособными для борьбы с ними и поэтому умирают.

Падая на землю, кислотный дождь наносит вред почве. Также он негативно влияет и на озера и другие водоемы. Большая часть флоры и фауны, обитающей в чистых озерах и реках не способна противостоять кислотным дождям. Она может быть отравлена веществами, которые кислота вымывает из окружающей почвы в воду. В мире существует много примеров этому. Так, тысячи озер в Скандинавии сейчас абсолютно безжизненны, не имеют ни живых организмов, ни растений из-за того, что в течение прошлых лет на них выпало много кислотных дождей. Происходило это благодаря ветру, приносящему капли дождя из Англии, Шотландии и стран Восточной Европы. Начиная с 1930-х и 40-х годов, кислотный уровень дождевой воды некоторых озер Швеции повысился в 1000 раз. Взаимодействие между живыми организмами и химическим составом их водной среды обитания является чрезвычайно сложным. Если число одной разновидности или группы разновидностей изменится в результате повышения уровня кислотности, это приведет к нарушению баланса "хищник-добыча" цепочки питания, что, в конечном счете, отразится на всей экосистеме озера. Сначала, последствия изменения уровня кислотности могут быть почти незаметными, но с его увеличением все больше и больше видов растений и животных будет уменьшаться, или же совсем исчезнут. Если уровень pH в воде приближается к 6,0, то ракообразные, насекомые, и некоторые разновидности планктона начинают исчезать. Если уровень pH приближается к 5,0, происходят серьёзные изменения в составе планктона, нежелательные виды мха и планктона могут начать размножаться, занимая большие территории. Вероятна потеря некоторых популяций рыб, в первую очередь ценных видов, обычно более уязвимых к содержанию кислоты в воде. При pH ниже 5.0 значительная часть рыбы гибнет, дно покрывается веществом, не подвергающимся распаду, а прибрежная территория может почти полностью покрыться мхом. Воздействию подвергается также животный мир, зависящий от водных экосистем. Например, водоплавающие птицы зависят от водных организмов, необходимых им для питания. Как только этот источник питания уменьшается или исчезает, понизится качество среды обитания, что, в свою очередь, повлияет на репродуктивность птиц.

Мы питаемся продуктами, пьем воду и вдыхаем воздух, на которые воздействуют кислотные осадки. Исследования, проведенные канадскими и американскими учеными показывают, что существует связь между экологическим загрязнением и заболеваниями органов дыхания у наиболее чувствительной части населения, такой как дети и астматики. Такие токсичные элементы, как алюминий, медь, ртуть в результате кислотных дождей становятся более растворимыми, поэтому уровень содержания этих металлов в необработанных запасах питьевой воды может увеличиваться. Высокие концентрации алюминия в почве могут также препятствовать поглощению и использованию питательных веществ растениями.

Качество воздуха ухудшается не только из-за парниковых газов, SO₂ и NO_x, вызывающих кислотные дожди, но и из-за попадания в атмосферу мелких частиц . Сжигание топлива - наиболее важный источник образования окисей азота. Причиной появления летучих органических соединений является процесс сжигания топлива и выхлопные газы, вырабатываемые двигателями автомобилей. Именно автомобили являются причиной значительной доли общих выбросов в атмосферу окисей азота и летучих органических соединений в Европе и Северной Америке. Выделение NO_x также содействует образованию тропосферных фотохимических окислителей. Фотохимические окислители, особенно озон (O₃), являются наиболее важными рассеянными газами в атмосфере. В процессе их распространения заметны изменения, вызванные ростом эмиссии продуктов, предшествующих стадии реакции озона (окись азота, летучие органические соединения, метан и одноокись углерода). Согласно Всемирной организации здоровья, требования к качеству воздуха относительно содержания озона часто превышаются в большинстве регионов индустриальных стран. В самых низких слоях тропосферы, ближе к земле, озон является сильным окислителем, и при высоких концентрациях он является вредным для материалов, растений и здоровья человека. В верхних слоях тропосферы озон является важным парниковым газом и существенно содействует эффективности процесса окисления атмосферы.

Сообщается, что воздействие озона и других фотохимических окислителей на человеческое здоровье, материалы и посевы может иметь различные последствия. Повышенный уровень озона может вызывать преждевременное старение легких и другие болезни дыхательного тракта, например, повреждение функции легкого или повышение предрасположенности организма к бронхитам. Наблюдается увеличение случаев наступления приступов астмы и респираторных заболеваний. Озон способствует повреждению таких материалов, как краска, ткань, резина и пластмасса. В случае с посевами и некоторыми чувствительными видами дикой растительности или разновидностями культурных растений, под воздействием озона будут повреждаться листья, что приведёт к ухудшению процесса фотосинтеза. Другие фотохимические окислители вызывают ряд острых болезненных явлений, включая раздражение глаз, носа и горла, дискомфорт в груди, кашель и головную боль. Как ожидается, еще одним последствием глобального роста рассеянных газов а атмосфере будет дальнейшее ухудшение самовосстановительной способности тропосферы. В результате этого явления может увеличиться время пребывания парниковых газов в атмосфере, а это приведет к усилениею парникового эффекта и увеличению притока в стратосферу рассеянных газов с низким содержанием озона. Тяжелые металлы, подобно мышьяку (As), кадмию (Cd), ртути (Hg), свинцу (Pb) и цинку (Zn), также выделяются во время сгорания топлива. Благодаря возросшему потреблению неэтилированного бензина и использованию катализаторов в автомобилях, выбросы свинца в результате работы транспорта заметно уменьшились с начала 80-х годов. Тем не менее, этот сектор экономики остается главным источником свинца в атмосфере. Вместе с выделением загрязняющих веществ существуют также и некоторые другие воздействия продуктов сгорания ископаемого топлива на окружающую среду в локальном масштабе. Микроклиматические явления, такие как происхождение туманов, уменьшение количества света и т.д. - это результаты больших водных испарений от градирен электростанций.

Ущерб, вызванный транспортировкой нефти, связан с загрязнением морей. С увеличением в ХХ столетии масштабов добычи нефти возросло и ее количество, транспортируемое по всему миру, в основном морским путём. В условиях высокой конкуренции на рынке и с целью максимального обеспечения перевозок увеличенного объема нефти, размеры нефтяных танкеров возросли до такой степени, что они стали, без сомнения, самыми большими коммерческими судами. Даже при обычной поездке в море попадает большое количество нефти. Трюмы танкеров, заполненные в качестве балласта водой, опустошаются на обратном пути, и вместе с водой в море вытекает значительное количество нефти. Несмотря на тот факт, что транспортировка нефти в основном безопасна, масштабы перевозок и размеры танкеров являются причиной того, что любой происшедший несчастный случаи всегда имеет огромные последствия. Хотя число несчастных случаев незначительно по сравнению с количеством перевозок, тысячи незначительных инцидентов, включая утечки нефти из танкеров или из нефтехранилищ, происходят ежегодно. В 1970-1985 годах было зафиксировано 186 случаев утечки нефти, каждая объемом более 1300 тонн. В 1989 году танкер "Exxon Valdez" сел на мель у берегов Аляски, выпустив 39000 тонн нефти и сформировав нефтяное пятно, охватывающее территорию в 3000 квадратных километров, нанеся вред окружающей среде. Люди обычно представляют море как обширный резервуар, который может впитывать бесконечное количество всего того, что мы в него скидываем. Фактически, масштаб загрязнения от нефти таков, что на сегодняшний момент скопления плавающей нефти в мировом океане почти везде являются обычным явлением.

Кислотный дождь негативно влияет и на сооружения. Материалы, такие как камень, цветное стекло, росписи и другие объекты могут быть повреждены или даже разрушены. Дождь медленно, но постепенно разъедает материал, пока от него ничего не останется. Строительные материалы разрушаются, металлы разъедаются, цвет окраски портится, кожа портится, и поверхность стекла покрывается коркой. Во многих частях мира множество известных и древних зданий повреждены кислотным дождем. Некоторые каменные постройки Собора Святого Павла в Лондоне разъедены кислотным дождем. В Риме статую Марка Аврелия работы Микеланджело убрали с открытого пространства для защиты от загрязняющих веществ в воздухе.