Кислотные дожди
отноводческие и птицеводческие хозяйства, промышленные
комплексы по производству мяса, предприятия, обслуживающие технику,
энергетические и теплосиловые предприятия. Над территориями, примыкающими к
помещениям для содержания скота и птицы, в атмосферном воздухе
распространяются на значительные расстояния аммиак, сероводород и другие
дурнопахнущие газы.
Смог. Смесь ряда первичных и вторичных загрязнителей, образующихся в
нижней тропосфере, когда некоторые из первичных загрязнителей (особенно
оксиды азота и углеводороды из выхлопных газов машин) взаимодействуют друг
с другом под влиянием солнечного света, называется фотохимическим смогом.
Фотохимический смог характерен фактически для всех современных больших
городов, но наиболее часто он встречается в городах с преобладанием
солнечных дней, с сухим и теплым климатом и большим количеством
автомобилей. К большим городам с представляющим опасность для здоровья
фотохимическим смогом относятся Лос-Анджелес, Денвер, Солт-Лейк-Сити,
Сидней, Мехико и Буэнос-Айрес. Фотохимическое загрязнение обнаруживается в
основном летом. Наблюдается фотохимический смог в тропических и
субтропических регионах там, где периодически сжигали траву в саваннах.
Главным продуктом таких фотохимических реакций является озон,
вызывающий раздражение глаз, нарушающий функции легких и повреждающий
деревья и урожай. Таким образом, степень опасности смога в целом
определяется концентрацией озона в атмосфере на уровне Земли. Другими
вредными составляющими смога являются альдегиды, пероксиацетилнитраты и
окись. (Рисунок I)
Ничтожные количества этих вторичных загрязнителей в фотохимическом
смоге достигают пикового уровня сразу пополудни в солнечный день, вызывая у
людей раздражение глаз и дыхательных путей. Особенно уязвимы люди,
страдающие астмой и другими заболеваниями дыхательных путей, а также
здоровые люди, работающие на улице между 11 и 16 часами. Чем жарче день,
тем больше озона и других составляющих фотохимического смога.
Тридцать лет назад в больших городах, таких, как Лондон, Чикаго и
Питсбург, на электростанциях, заводах и теплоцентралях сжигалось огромное
количество серосодержащих угля и тяжелой нефти. Зимой такие города страдали
от промышленного смога, состоящего главным образом из смеси диоксида серы,
взвешенных капелек серной кислоты, образовавшейся из части диоксида серы, и
разнообразных взвешенных твердых частиц. Теперь уголь и тяжелая нефть
сжигаются только в больших бойлерных, где налажен контроль за выбросами
вредных веществ или установлены высокие дымовые трубы, так что промышленный
смог редко является проблемой. Однако в Китае и некоторых
восточноевропейских странах, как, например, в Чехословакии, где большие
количества угля сжигаются без соответствующих мер контроля за выбросами,
ситуация не изменилась.
Местный климат, рельеф и смог. Частота и плотность смога на данной
территории зависят от климата и рельефа местности, плотности населения и
промышленности, а также от основных видов топлива, используемого в
промышленности, на теплоцентралях и на транспорте. В районах с большим
среднегодовым количеством осадков дождь и снег помогают очистить воздух от
загрязнителей. Ветры также способствуют удалению загрязнителей и приносят
свежий воздух, но они же и переносят некоторые загрязнители на большие
расстояния.
Холмы и горы создают преграду на пути ветров, в результате чего в
низинах в приземном слое увеличивается загрязнение воздуха. Высокие здания
в больших городах также замедляют скорость ветра и, соответственно,
способствуют созданию высоких концентраций загрязнителей.
В течение дня солнце нагревает воздух у поверхности земли. Обычно этот
теплый воздух расширяется и поднимается, растворяя скапливающиеся внизу
загрязнители и унося их вверх в тропосферу. Одновременно воздух из соседних
областей высокого давления опускается вниз в образующиеся области низкого
давления (Рисунок II, левый). Это непрерывное перемешивание воздуха
помогает сохранять загрязнение вблизи поверхности в пределах допустимого
уровня.
Но иногда в результате погодных условий теплый воздух натекает на
нижерасположенный плотный холодный воздух в городском воздушном бассейне
или в долине, препятствуя развитию вертикальных движений воздуха. Это
явление называется температурной, или термической, инверсией (Рисунок II,
правый). В результате массы теплого воздуха распространяются над регионом и
препятствуют выносу загрязнителей. Обычно такие инверсии длятся от одного
до нескольких часов, но иногда, в условиях устойчивого антициклона, они
могут сохраняться до нескольких дней. В этом случае концентрация
загрязнителей воздуха у поверхности земли представляет угрозу здоровью и
даже жизни людей. Термические инверсии также усиливают вредное воздействие
островов тепла и пыльных куполов, которые образуются над городскими
территориями.
Наиболее продолжительные и частые термические инверсии характерны для
городов, расположенных в долинах, окруженных горами (Донора, штат
Пенсильвания), для подветренных склонов горных хребтов (Денвер) или
побережий (Нью-Йорк). Большие города, насчитывающие несколько миллионов
жителей и автомобилей, расположенные в безветренных районах с преобладанием
солнечных дней, окруженных с трех сторон горами и морем с четвертой,
создают идеальные условия для фотохимического смога, отягченного частыми
термическими инверсиями. Именно такая ситуация наблюдается в Лос-Анджелесе,
где почти ежедневно возникают инверсии, особенно продолжительные летом, и
где насчитывается 12 млн. жителей, 8 млн. автомобилей и тысячи фабрик.
Несмотря на самую строгую в мире систему контроля за загрязнением воздуха,
Лос-Анджелес занимает первое место по загрязнению воздуха в Соединенных
Штатах.
Кислотные дожди
Термин «кислотные дожди» ввел в 1872 г. английский инженер Роберт Смит
в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Кислотные дожди,
содержащие растворы серной и азотной кислот, наносят значительный ущерб
природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся их
жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками выпало более 4
млн. т серы и 1,25 млн. т нитратного азота. Особенно тревожная ситуация
сложилась в Центральном и Центрально-Черноземном районах, а также в
Кемеровской области и Алтайском крае, в Норильске. В Москве и Санкт-
Петербурге с кислотными дождями на землю в год выпадает до 1500 кг серы на
1 км2. Заметно меньше кислотность осадков в прибрежной зоне северных,
западно- и восточносибирских морей. Самым благоприятным регионом в этом
отношении признана Республика Саха (Якутия).
При сжигании любого ископаемого топлива (угля, горючего сланца, мазута)
в составе выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости
от состава топлива их может быть меньше или больше. Особенно насыщенные
сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли и мазут. Миллионы тонн
диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу, превращают выпадающие дожди в
слабый раствор кислот.
Окислы азота образуются при соединении азота с кислородом воздуха при
высоких температурах, главным образом в двигателях внутреннего сгорания и
котельных установках. Получение энергии, увы, сопровождается закислением
окружающей среды. Дело осложняется еще и тем, что трубы теплоэлектростанций
стали расти в высоту, и достигают 250—300, даже 400 м, следовательно,
выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные территории.
Кислотность водного раствора определяется присутствием в нем
положительных водородных ионов Н+ и характеризуется концентрацией этих
ионов в одном литре раствора C(H+) (моль/л или г/л). Щелочность водного
раствора определяется присутствием гидроксильных ионов ОН– и
характеризуется их концентрацией C(ОН–).
Как показывают расчеты, для водных растворов произведение молярных
концентраций водородных и гидроксильных ионов – величина постоянная, равная
C(H+)C(ОН–) = 10–14,
другими словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: увеличение
кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.
Раствор является нейтральным, если концентрации водородных и
гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое состояние
характерно для химически чистой воды.
Из сказанного следует, что для кислых сред выполняется условие:
10–7 < C(H+) ? 100,
для щелочных сред:
10–14 ? C(H+) < 10–7.
На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается
более удобным водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный
десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:
рН = –lgC(H+).
Например, если в растворе концентрация водородных ионов равна 10–5
моль/л, то показатель кислотности этого раствора рН = 5. При этом изменению
показателя кислотности рН на единицу соответствует десятикратное изменение
концентрации водородных ионов в растворе. Так, концентрация водородных
ионов в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и
5 соответственно.
В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных
растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.
Шкала кислотности идет от рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН
= 7 (нейтраль
| |  скачать работу |
Кислотные дожди |
