Кислотный дождь и условия образования
ит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т.д.). Во время
горения в результате возникновения высокой температуры находящиеся в
воздухе азот и кислород соединяются. В данном случае количество
образовавшегося оксида азота NO попорционально темрпературе горения. Кроме
того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе
азотосодержащих веществ. Сжигая ископаемое топливо, человечество ежегодно
выбрасывает в воздушный бассеин Земли около12 млн.т. оксидов азота. Немного
меньше оксидов азота, около 8 млн.т. в год поступает от сжигания горючего
(бензина, дизельное топливо и т.д.) в двигателелях внутреннего сгорания..
Промышленностью во всем мире выбрасывается около 1 млн.т. азота ежегодно.
Таким образом, по крайней мере 37% из почти 56 млн.т. ежегодных выбросов
оксида азота образуется из антропогенных источников. Этот процент, однако,
будет намного больше, если к нему прибавить продукты сжигания биомассы.
Атмосферный аммиак:
Аммиак, имеющий в водном растворе щелочную реакцию, играет значительную
роль в регулировании кислотных дождей, так как он может нейтрализовать
атмосферные кислотные соединения:
NH3 + H2SO4 = NH4HSO4
NH3 + NH4HSO4 = (NH4)2SO4
NH3 + HNO3 = NH4NO3
Таким образом, нейтрализуются кислотные осадки и образуются сульфаты и
нитрат аммония.
Важнейшим источником атмосферного аммиака является почва. Находящиеся в
почве органические вещества разрушаются определенными бактериями, и одним
из конечных продуктов этого процесса является аммиак. Ученым удалось
установить, что активность бактерии, приводящая в конечном счете к
образованию аммиака, зависит в первую очередь от температуры и влажности
почвы. В высоких географических широтах (Северная Америка и Северная
Европа), особенно в зимние месяцы, выделение аммиака почвой может быть
незначительным. В то же время на этих территориях наблюдается наибольший
уровень эмиссии двуокиси серы и оксидов азота, в результате чего
находящиеся в атмосфере кислоты не подвергаются нейтрализации и, таким
образом, возрастает опасность выпадения кислотного дождя. В процессе
распада мочи домашних животных высвобождается большое количество аммиака.
Этот источник аммиака настолько значителен, что в Европе он превышает
возможности выделения аммиака почвой.
Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере:
Попадающие в воздух загрязняющие вещества в значительной мере подвергаются
физическим и химическим преобразованиям в атмосфере. Данные процессы
протекают одновременно с распространением этих веществ.
Химические превращения соединений серы:
Как правило сера входит в состав выбросов не в полностью окисленной форме
(степень окисления серы в ее двуокиси равна 4, т.е. к двум атомам кислорода
присоединяется один атом серы). Если соединения серы находятся в воздухе в
течение достаточно длительного времени, то под действием содержащихся в
воздухе окислителей они превращаются в серную кислоту или сульфаты. В
процессе окисления кислородом (О2) сернистого газа (SO2), сера повышает
свою степень окисления и переходит в трехокись серы (SO3), которая в свою
очередь являясь очень гигроскопичным веществом и взаимодействуя с
атмосферной водой, очень быстро превращается в H2SO4. Именно по этой
причине в обычных атмосферных условиях трехокись серы не содержится в
воздухе в больших количествах. В результате реакции образуются молекулы
серной кислоты, которые в воздухе или на поверхности аэрозольных частиц
быстро конденсируются.
Кроме двуокиси серы в атмосфере находится также значительное количество
других природных соединений серы, которые в конечном счете окисляются до
серной кислоты (или сульфатов).
Химические превращения соединений азота:
Наиболее распространённым соединением азота, входящим в состав выбросов,
является окись азота NO, которая при взаимодействии с кислородом воздуха
образует двуокись азота. Последняя в результате реакции с радикалом
гидроксила превращается в азотную кислоту NO2 + OH = HNO3. Полученная таким
образом азотная кислота в отличае от серной может долгое время оставаться в
газообразном состоянии, так как она плохо конденсируется. Это связанно с
тем, что азотная кислота обладает большей летучестью, чем серная. Пары
азотной кислоты могут быть поглощены капельками облаков или осадков или
частицами аэрозоля.
Кислотная седиментация (кислотные дожди)
Заключительным этапом в круговороте загрязняющих веществ является
седиментация, которая может происходить двумя путями:
1. вымывание осадков, или влажная седиментация
2. выпадение осадков, или сухая седиментация
Совокупность этих двух процессов и называется кислотной седиментацией.
Воздействие кислотных дождей на окружающую среду
Результатом кислотной седиминтации является то, что кислотные атмосферные
микроэлементы, соединения серы и азота попадают на поверхность Земли, что
приводит к сильным изменениям кислотности водоемов и почв. В первую очередь
повышение кислотности сказывается на состоянии пресноводных водоемов и
лесов. Кислотные дожди оказывают различное влияние. Изначально осадки
имеющие повышенное содержание азота первое время способствуют росту
деревьев в лесу, так как происходит снабжение деревьев питательными
веществами. Однако в результате постоянного их потребления лес ими
перенасыщается, что приводит к закислению почвы. В результате изменения
кислотности почв изменяется растворимость в них тяжелых и токсичных
металлов, которые могут попасть в организм животных и человека передаваясь
по трофической цепочке, в которой будет происходить их накопление. Под
действием кислотности изменяется биохимическая структура почвы, что
приводит к гибели почвенной биоты и некоторых растений.
Под воздействием кислотных дождей происходит вымывание из растений
неорганических соединений, к которым относятся все основные микро– и
макроэлементы. Так, например, в наибольших количествах обычно вымываются
калий, кальций, магний и марганец. Также подвергаются вымыванию из растений
и различных органических соединения, такие как: сахара, аминокислоты,
органические кислоты, гормоны, витамины, пектиновые и фенольные вещества и
т.п. В результате этих процессов возрастают потери необходимых для растений
биогенных элементов, что в результате приводит к их повреждениям.
Поступающие в почву с кислотным дождем ионы водорода могут замещаться
находящимися в почве катионами, в результате чего происходит либо
выщелачивание кальция, магния и калия, либо их седиментация в обезвоженной
форме. Возрастает мобильность токсичных тяжелых металлов, таких как
марганец, медь, кадмий. Растворимость тяжелых металлов сильно зависит от
рН. Раствореные и вследствие этого легко поглощаемые растениями тяжелые
металлы являются ядами для растений и могут привести их к гибели. Одним из
наиболее опасных элементов, для живых организмов живущих в почве, является
алюминий растворенный в сильнокислой среде. Во многих почвах, например, в
северных умеренных и бореальных лесных зонах, наблюдается поглощение более
высоких концентраций алюминия по сравнению с концентрациями щелочных
катионов. Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это соотношение,
однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков соотношение
алюминий-кальций в почвенных водах настолько изменяется, что ослабляется
рост корней и создается опасность для существования деревьев.
Происходящие в составе почвы изменения могут преобразовывать состав
микроорганизмов в почве, воздействовать на их активность и тем самым влиять
на процессы разложения и минерализации, а также на связывание азота и
внутреннее закисление.
Несмотря на выпадающие кислотные осадки почва обладает способностью к
выравниванию кислотности среды т.е. до определенной степени она может
сопротивляться усилению кислотности. Сопротивляемость почвы определяет как
правило наличие известниковых и песчаниковых пород (в состав которых входит
карбонат кальция CaCO3), которые в результате гидролиза имеет щелочную
реакцию.
Закисление пресных вод.
Закисление пресных вод – это потеря ими способности к нейтрализации.
Закисление как правило вызывают сильные кислоты такие как серная и азотная
кислота. На протяжении длительного периода более важную роль играют
сульфаты, но во время эпизодических явлений (таяние снега) сульфаты и
нитраты действуют совместно.
Процесс закисления водоемов можно условно разделить на 3 фазы:
1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е. уменьшение способности к нейтрализации
при неизменяющемся значении рН.
2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната. Значение
рН тогда падает ниже 5,5. Наиболее чувствительные виды живых организмов
начинают погибать уже при рН = 6,5.
3. При рН = 4,5 кислотность растворастабилизируется. В этих условиях
кислотность раствора регулируется реакцией гидролиза алюминия. В такой
среде способны жить только немногие виды насекомых, растительный и
животный планктон, а также белые водоросли.
Гибель живых существ помимо действия сильноядовитого иона алюминия может
быть вызванна и тем, что под воздействием иона водорода выделяются кадмий,
цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество
растительных питательных веществ начинает умненьшаться. Ион алюминия
образует с ионом ортофосфата нерастворимый фосфат алюминия, который
осаждается в форме донного осадка: Al3+ + PO43- ( AlPO4. Как правило
уменьшен
| |  скачать работу |
Кислотный дождь и условия образования |
