Кислотный дождь и условия образования
Другие рефераты
Общее понятие «кислотного дождя»:
Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским
исследователем Ангусом Смитом, внимание которого привлек смог в Манчестере.
И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных
дождей, сегодня это очевидный факт, что кислотные дожди являются одной из
причин гибели живых организмов, лесов, урожаев, и других видов
растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники
архитектуры, приводят в негодность металлоконструкции, понижают плодородие
почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои
почвы.
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков -
дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее
значение рН дождевой воды, которое приблизительно равняется 5,6. «Чистый»
дождь обычно всегда имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в
воздухе диоксид углерода (СО2) вступает в химическую реакцию с дождевой
водой, образуя слабую угольную кислоту. Теоретически такой «чистый», слабо-
кислотный дождь должен иметь рН = 5,6, что соответствует равновесию между
СО2 воды и СО2 атмосферы. Однако из-за постоянного присутствия в атмосфере
различных веществ дождь никогда не бывает абсолютно «чистым», и его рН
варьирует от 4,9 до 6,5, со средним значением около 5,0 для зоны умеренных
лесов. Помимо СО2 в атмосферу Земли попадают естесственным путем также
различные соединения серы и азота, которые сообщают дождевым осадкам
кислотную реакцию. Таким образом «кислотные дожди» могут возникать и по
естественным причинам. Однако помимо естественного попадания в атмомсферу
Земли различных оксидов с кислотной реакцией существуют также и
антропогенные источники, эмиссия из которых во много раз превышает
естественную. Загрязнение атмосферы большим количеством оксидов серы и
азота может увеличить кислотность осадков до pН = 4,0, что выходит за
пределы значений, переносимых большинством живых организмов.
Причины кислотных дождей:
Главной причиной кислотных дождей является присутствие в составе атмосферы
Земли двуокиси серы SO2 и двуокиси азота NO2, которые в результате
происходящих в атмосфере химичеких реакций, превращаются в соответственно
серную и азотную кислоты, выпадение которых на поверхность земли оказывает
влияния на живые организмы и экотоп в целом.
Виды соединений серы:
К наиболее важным соединениям серы находящимся в составе атмосферы Земли
относятся:
1. Двуокись серы – SO2
2. Оксисульфид углерода – COS
3. Сероуглерод – CS2
4. Сероводород – H2S
5. Диметилсульфид – (CH3)2S
6. Сульфат-ион – SO42-
Источники соединений серы:
Естественные источники эмиссии серы в атмосферу:
I. Биологическое выделение. Почти все без исключения традиционные модели
круговорота серы показывали, что около 50% серы появляется в атмосфере за
счет её биологических превращений в почвенных и водных экосистемах.
Предполагается, что в результате происходящих микробиологических
процессов, в этих естественных экосиситемах сера улетучивается в форме
сероводорода (H2S). Многочисленные научные данные свидетельствуют, что
микроорганизмы продуцируют сероводород в основном двумя путями:
1. восстановление сульфатов.
2. разложение органического вещества.
Desulfovibrio а также родственные им бактерии, восстановители сульфатов, во
множестве населяют болота, топи и слабо дренированные почвы. Данные
микроорганизмы используют сульфаты как конечный акцептор электронов. Также
черезвычайно большая и разнообразная группа микроорганизмов, включающая
аэробы, термофилы, психрофилы, бактерии, актиномицеты и грибы, разлагает
серосодержащие органические соединения и высвобождает сероводород.
Поверхность моря и его глубинные слои также может содержать значительные
количества сероводорода. В настоящее время не совсем точно известны
источники образования диметилсульфида, но предпологается, что в их
возникновении принимают участие морские водоросли. Выделения серы
биологическим путем не превышают 30 – 40 млн. т. в год, что составляет
приблизительно 1/3 от всего выделяемого количества серы.
II. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу Земли
наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты
и элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний
слой – тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях, наблюдается
увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях – в
стратосфере. С извержением вулканов в атмосферу ежегодно в среднем
попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений. Для тропосферы данное
количество серы незначительно по сравнению с биологическим выделением, для
стратосферы же извержения вулканов являются самыми важными источниками
появления серы.
III. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в
атмосферу с поверхности океанов, остаётся морская соль, содержащая наряду
с ионами натрия и хлора соединения серы – сульфаты.
Вместе с частичками морской соли ежегодно в атмосферу Земли попадает от 50
до 200 млн. т. серы, что гораздо больше, чем эмиссия серы в атмосферу
естественным путём. В тоже время частицы соли из-за своих больших размеров
быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы
попадает в верхние слои и распыляется над сушей. Однако следует учитывать
тот факт, что из сульфатов морского происхождения не может образовываться
серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не
имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании
образования облаков и осадков.
Антропогенные источники эмиссии серы в атмосферу:
В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные
количества соединений серы, главным образом в виде двуокиси (SO2). Среди
источников этих соединений на первом месте в мире стоит уголь, сжигаемый на
электростанциях и др. промышленных предприятиях. Уголь дает 70% от всех
антропогенных выбросов. В процессе горения часть серы содержащееся в
топливе превращается в сернистый газ, а часть остается в золе в твердом
состоянии. Содержание серы также достаточно велико (0.1 – 2%) и в
неочищенной нефти, но эти показатели варьируются в зависимости от
происхождения, однако при сгорании нефтепродуктов сернистого газа
образуется значительно меньше, чем при сгорании угля. В мире на первом
месте по выбросам сернистых соединений в атмосферу стоят такие отрасли
промышленности как: металлургическая, предприятия по производству серной
кислоты и переработке нефти. Таким образом в результате деятельности
человека в атмосферу Земли попадает ежегодно около 60 – 70 млн. т. серы в
виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных источников
эмиссии серы и её различных соединений в атмосферу показывает, что человек,
в результате своей деятельности, загрязняет атмосферу Земли этими
соединениями в 2 раза больше, чем это происходит в природе естественным
путем.
Виды соединений азота:
В состав атмосферы входит ряд азотосодержащих соединений, из которых
наиболее распространена закись азота (N2O). Этот газ в нижних слоях воздуха
нейтрален и не участвует в образовании кислотных дождей. Также в составе
атмосферы Земли находятся кислотные оксиды азота, такие как: окись азота
NO, и двуокись азота NO2. Кроме того в состав атмосферы входит единственное
щелочное соединение азота – аммиак.
К наиболее важным соединениям азота находящимся в составе атмосферы Земли
относятся:
1. Закись азота – NO2
2. Окись азота – NO
3. Азотистый ангидрид – N2O3
4. Двуокись азота – NO2
5. Оксид азота – N2O5
Источники соединений азота:
Естественные источники эмиссии соединений азота в атмосферу:
I. Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве
денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота.
Согласно данным на 1990 г. ежегодно во всем мире образуется этим путем
около 8 млн. т. оксидов азота (в пересчете на азот).
II. Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за
очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные
азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. Образовавшееся таким
способом количество оксида азота составляет около 8 млн. т.
III. Горение биомассы. Данный вид источника может иметь как искусственное
так и естественное происхождение. Наибольшее количество биомассы сгорает в
результате процесса выжигания леса (с целью получения производственных
площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12
млн. т.оксидов азота (в пересчете на азот) в течении года.
IV. Прочие источники. Прочие источники естественных выбросов оксидов азота
менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление
аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота,
вследствие чего происходит попадание смеси образовавшихся оксидов NO и NO2
в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в
океанах. Эти источники совместно вырабатывают в течении года от 2-ух до 12
млн.т.оксидов азота (в пересчете на азот).
Антропогенные источники эмиссии соединений азота в атмосферу:
Среди антропогенных источников образования оксидов азота на первом месте
сто
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
