Осадки с пониженным уровнем pH повреждают листья, кору и корни растений, изменяют состав почвы, ускоряют разрушение памятников архитектуры и косвенно влияют на здоровье человека. Кислотный дождь, снег и туман чаще всего связаны с промышленными выбросами и транспортом, но их формированию могут способствовать и природные процессы, например, вулканические извержения или грозы. В статье разбираемся, откуда берется это явление и как оно отражается на окружающей среде.
Главное о кислотных дождях
Рассказываем главное о кислотных дождях.
1. Кислотные дожди — это осадки с pH ниже 5,6 (обычно 4,0—4,5). Они образуются, когда оксиды серы и азота реагируют с влагой и кислородом в атмосфере.
2. Главные компоненты кислотных осадков — серная (H₂SO₄) и азотная (HNO₃) кислоты. В редких случаях при вулканической активности или промышленном загрязнении могут присутствовать примеси соляной и плавиковой кислот.
3. Кислотными бывают не только дожди: аналогичный состав имеют снег, туман и сухие отложения, оседающие на поверхности почвы и зданий.
4. Главный источник кислотных осадков — деятельность человека: сжигание угля, нефти и газа на ТЭЦ и заводах, работа транспорта, применение удобрений в сельском хозяйстве. Природные факторы, такие как вулканы или грозы, усиливают этот процесс.
5. Кислотные осадки нарушают экосистемы: закисляют водоемы и почвы, угнетают рост растений, вредят животным. Постройки из известняка и мрамора постепенно разрушаются. Для человека опасность несут не сами дожди, а загрязнители, которые их вызывают: они повышают риск респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.
6. Частично решить проблему можно за счет перехода на экологичные технологии, сокращения выбросов серы и азота и увеличения доли возобновляемых источников энергии. Эти меры закреплены в международных соглашениях, включая Женевскую конвенцию 1979 года.
7. Кислотные дожди фиксируются во всех регионах мира, особенно часто — в Европе, Северной Америке, Китае, Индии и Южной Африке.
Что такое кислотный дождь
Кислотные дожди — следствие попадания в атмосферу оксида азота или диоксида серы. Они реагируют с водой, кислородом и другими газами, содержащимися в воздухе. При реакции образуются соединения, которые растворяются в дождевой воде. Их показатель pH составляет 4,2—4,4, в то время как нейтральные жидкости имеют pH 7,0.
Состав кислотных дождей
Вредоносные осадки образуются при попадании в воздух серы и других химических элементов.
Серная кислота. Она образуется из сернистой кислоты в процессе химической реакции с озоном или при окислении со временем. Часть диоксида серы, который в итоге и становится серной кислотой, становится не сернистой кислотой, а ангидридом при фотохимическом окислении.
Азотистая и азотная кислоты. Они образуются из оксида азота при его реакции с водой.
Хлор. Молекулы этого вещества попадают в воздух при разложении фреонов под действием света. В атмосфере они соединяются с метаном. Образованный таким образом хлороводород контактирует с водой и приводит к появлению соляной кислоты.
Фтор. В атмосфере фтор реагирует с метаном и образует фтороводород, который при контакте с водой становится плавиковой кислотой.
Основные причины образования кислотных дождей в атмосфере
Кислотные дожди образуются в основном из-за деятельности человека. Влияние природных факторов также приводит к их появлению.
Промышленная деятельность
Человечество активно использует ископаемое топливо для получения энергии и создания новых материалов. При переработке нефти, природных газов и угля образуются оксиды, которые и составляют основу токсичных кислотных соединений. Они смешиваются с частицами воды и отравляют землю в процессе выпадения осадков.
Развитие транспорта
Причиной отравления воздуха становятся транспортные средства. Сейчас производители стараются увеличить эффективность топлива и двигателей и уменьшить вредоносное воздействие.
Сельскохозяйственная деятельность
В сельском хозяйстве при применении удобрений в атмосферу выделяются оксиды азота и аммиак. Эти соединения участвуют в химических процессах, которые усиливают кислотность осадков и формирование вторичных аэрозолей.
Природные явления
Вулканические выбросы провоцируют попадание в воздух оксидов серы. Грозы ускоряют формирование соединений. Испарения из болот способствуют формированию кислот в атмосфере.
Последствия кислотных дождей для человека и окружающей среды
Кислоты особенно разрушительны для водоемов. Они влияют на растения и животных, изменяют состав воды и почвы. Кислотные осадки также повреждают здания и разрушают памятники архитектуры.
Влияние на природу
При попадании кислот в водоемы химические соединения разрушают икринки, из-за чего поголовье рыбы не обновляется. При большой концентрации кислот экосистема озера может быть полностью разрушена.
Когда кислотные дожди попадают на растения, они разрушают листья, корни и кору, ослабляя фотосинтез и увеличивая восприимчивость флоры к болезням.
Попадание кислот в почву изменяет ее минеральный состав и делает ее токсичной. Такая земля может негативно повлиять на растения. Проходя через почвенные слои, кислотные компоненты загрязняют грунтовые воды и разносятся на большие расстояния, влияя на целые экосистемы.
Влияние на здания
Кислотный дождь повреждает сооружения, построенные из материалов с содержанием карбоната кальция. Особенно чувствительны к кислотам мрамор и известняк, поэтому многие памятники архитектуры под их влиянием разрушаются. Повреждения уже получили Тадж-Махал и мечеть в Агре, а также Статуя Свободы.
Влияние на человека
Основную опасность несут загрязнители, из которых образуются кислотные дожди — диоксид серы, оксиды азота и вторичные аэрозоли. Они повышают риск респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. Сами кислые осадки сопоставимы по кислотности с апельсиновым соком и не опасны при кратковременном контакте.
Пути решения экологической проблемы кислотных дождей
Когда проблему повышения кислотности осадков обнаружили, в 1972 году провели конференцию ООН, на которой впервые предложили пути решения. В дальнейшем на международном уровне были введены следующие меры контроля:
Принятие в 1979 году Женевской конвенции о трансграничном загрязнении воздуха. Основные положения этого документа: снижение выбросов серы, повышение энергоэффективности за счет возобновляемых источников энергии, контроль в соответствии с установленными предельными концентрациями этого элемента, стимулирование различных методов сокращения выбросов, обмен доступными технологиями уменьшения выбросов.
Рекомендации ВОЗ о контроле качества воздуха, выпущенные в 2021 году.
Где выпадают кислотные дожди
От осадков страдают все регионы планеты. Особенно часто явление случается в Северной Америке, Китае, Европе, ЮАР и Индии.
В Европе в 2013 году pH дождей фиксировался на уровне 4,3—5. В США в этом же году кислотность составила 4,8.
В Китае кислотность дождей увеличилась за последние 30 лет и составила от 3,8 до 4,5 pH. Осадки ускоряют размытие почв и эрозию.
В Африке больше всего страдает ЮАР. При добыче полезных ископаемых в этом регионе выбрасывается столько кислотных загрязнителей, что уровень pH дождей в 2021 году был равен 4,4—4,8.
В России выбросы диоксида серы тоже существенно повысили кислотность осадков. Но проблема решается: за pH воздуха следят более 100 станций по всей территории. Действующий федеральный проект «Чистый воздух» предполагает борьбу с загрязнением через снижение выбросов химических веществ, развитие экологичного транспорта и улучшение работы предприятий.
«Самый кислый дождь был зарегистрирован в штате Огайо (США) в 1970-х годах. Он имел pH 2,4. Для сравнения, такой уровень pH соизмерим с кислотностью уксуса», — отмечает Артем Акшинцев, академический эколог, автор блога AcademEco.
Мнение эксперта
Артем Акшинцев рассказывает:
«Кислотный pH обусловлен химическим взаимодействием атмосферной влаги и газов с оксидами, поступающими, по большей части, в атмосферу при сжигании ископаемого топлива, такого как уголь, нефть, газ, на электростанциях, в промышленности и транспорте, и реже из природных источников, в том числе извержений, природных пожаров, болот. Например, при контакте с диоксидом серы SO₂ образуется серная кислота H₂SO₄, а с оксидами азота NOₓ – азотная кислота HNO₃. Хотя такой тип осадков и содержит кислоты, они не разъедает кожу при контакте. Обычно речь идет об уровнях pH около 4,0—4,5, что ближе к pH черного кофе или апельсинового сока».
Эксперт подчеркивает, что большая часть негативных эффектов связана с длительным воздействием на экосистемы, в том числе с закислением водоемов, снижением плодородия почв, а не с воздействием на человека напрямую. Примером опосредованного воздействия становится отравление через загрязненную воду, пищу, снижение качества экосистемных услуг. Проблема обусловлена тем, что икринки и мальки рыб, а также многие ракообразные и амфибии не выживают при pH ниже 4,5. Закисление водоемов может приводить к исчезновению целых популяций.
А еще окислы азота участвуют в формировании озона в приземном слое, что вызывает респираторные заболевания. Чаще всего кислотные дожди фиксируются в районах с высокой индустриальной активностью и в местах сожжения ископаемого топлива. Атмосферные потоки могут переносить загрязняющие вещества на большие расстояния, поэтому кислотные дожди могут выпадать и далеко от источников выбросов.
