Екологія - Васюкова Г.Т. - 5.1.3.Кислотні дощі. Склад і утворення кислотних дощів

Однією із найважливіших екологічних проблем є підвищення кислотності середовища, що веде до загибелі риби і лісів, підкислення ґрунту, корозії споруджень і будинків.

Власне кажучи, кислотний дощ являє собою наслідок взаємного впливу одна на одну різних сфер Землі (атмосфери, гідросфери, літосфери, і т.д.) через дисбаланс у кругообігу речовин у них. Причому, слід зазначити, що ці речовини можуть залишати атмосферу не тільки з вологими опадами, але і "сухим" методом — шляхом випадання дисперсних часток, що утворилися, (седиментації). Таким чином, поняття "кислотний дощ" включає вологу (випадання опадів чи сам дощ) і суху (часточки пилу) седиментацію.

При аналізі сполук, які є попередниками кислотних дощів, необхідно враховувати не тільки антропогенні джерела, тобто зумовлені свідомою діяльністю людини, але і природні джерела, наприклад, лісові масиви, оскільки вони в процесі газообміну виділяють значну кількість органічних речовин. Має значення і ступінь урбанізації окремих регіонів, наприклад, виділений аміак може істотно впливати на нейтралізацію кислотних компонентів.

Рис. 5.3. Вплив різних сфер Землі на утворення кислотного дощу

Джерелами кислотних дощів є мікроорганізми, що містять сірку й азот. Розглянемо, як ці речовини і їхні сполуки надходять в атмосферу. Вони частково потрапляють в атмосферу природним шляхом (через поверхню суші, океанів, морів), а частково антропогенним.

Є три види джерел природної емісії сірки.

1. Процеси руйнування біосфери - за допомогою анаеробних (що діють без участі кисню) мікроорганізмів відбуваються процеси руйнування органічних речовин, завдяки чому сірка, що міститься в них, утворює газоподібні сполуки. Виділення сірки біологічним шляхом не перевищує 30—40 млн. тонн у рік, що складає 1/3 усієї кількості сірки, що виділяється.

2. Вулканічна діяльність викидає в атмосферу (більше всього в тропосферу) двоокис сірки, сірководень, сульфати й елементарну сірку. Це складає близько 2 млн. тонн сполук на рік, які вміщують сірку.

3. Поверхня океанів — при випаровуванні крапель води в атмосферу залишається морська сіль, що містить поряд із краплями натрію і хлору сполуки сірки — сульфати, що складає 50—200 млн. тонн сірки в рік. З цих сульфатів не може утворитися сірчана кислота, тому їхній вплив поширюється тільки на регулювання утворення хмар і опадів.

У результаті діяльності людини в атмосферу надходить значна кількість сполук сірки, головним чином у вигляді її двоокису.

Джерелами антропогенного утворення сірки є:

— спалювання вугілля;

— металургійна промисловість;

— підприємство з виробництва сірчаної кислоти;

— переробка нафти;

— спалювання мазуту;

— транспорт.

У такий спосіб в атмосферу щорічно надходить 60—70 тонн сірки (таблиця 5.1).

До складу атмосфери входить ряд азотовмісних мікроречовин, з яких найбільш поширені закис азоту Nfi. У той же час у повітрі є кислотні оксиди азоту, наприклад, окис азоту NO (оксид азоту) і двоокис азоту N0₂.

Кислотні оксиди азоту мають наступний склад:

— закис азоту — N₂0;

— окис азоту — NO;

— азотистий ангідрид — N₂0₃;

— двоокис азоту — N0₂;

— оксид азоту — N₂0₅.

При нормальних атмосферних умовах приймається до уваги тільки окис, двоокис і закис азоту, тому шо у результаті реакцій, що протікають в атмосфері, утворюється азотиста кислота.

Якщо азотна кислота, що знаходиться в повітрі, нейтралізується, то утвориться азотнокисла сіль, що знаходиться в атмосфері у вигляді аерозолів. Природні і антропогенні джерела сполук азоту і кількість викидів наведені у таблиці 5.2.

Таблиця 5.1 Природні і антропогенні джерела утворення атмосферних сполук сірки

Аміак, що має у водному розчині лужну реакцію, відіграє значну роль у регулюванні кислотних дощів, тому що він може нейтралізувати атмосферні кислотні сполуки. Джерелом атмосферного аміаку є ґрунт, розпад сечі домашніх тварин, внесення добрив, виробництво і згоряння вугілля (таблиця 5.3) альдегіди і кетони 8% (формальдегід, ацетон і ін.) і їхні викиди складають 43,8 млн. тонн у рік, і надходять в атмосферу з природних джерел.

Таблиця 5.2 Природні і антропогенні джерела сполук азоту

Викиди катіонів лужних і лужноземельних речовин здійснюються, в основному, із природних джерел, частіше при експлуатації доріг без покриттів і ґрунтів. До промислових джерел відноситься виробництво магнію, сталі, чавуну, видобутку вугілля і мінералів, виготовлення і використання цементу і бетону, сульфатне варіння целюлози, виробництво керамічних виробів. Вони істотно впливають на кислотність опадів, що випадають, нейтралізуючи їх.

Таблиця 5,3 Структура викидів аміаку із антропогенних джерел

Леткі органічні сполуки мають такий склад: реакційно здатні алкани - 50% (пропан, бутан), алефіни - 23% (етилен, пропилен і ін.), ароматичні вуглеводні 18% (бензол, ксилол і ін.), Хлорид і фторид водню утворюються в основному при спалюванні вугілля, виробництві оксиду пропилену, фториду водню і фосфатних добрив. Щорічно викидається близько 1,2 млн. тонн хлориду і 0,16 млн. тонн фториду водню.

Процеси, що протікають в атмосфері, можна розділити на наступні групи:

- перенос викидів вітром до зони опадів одночасно з незабрудненим повітрям:

- хімічні і фізичні процеси в газовому середовищі, що призводять до зміни концентрації і хімічного складу повітряного потоку;

- поглинання речовин антропогенного походження хмарами і краплями дощу, їхні хімічні реакції в рідкій фазі і наступне випадання забруднень у вигляді опадів;

- сухе випадання (адсорбція на ґрунті, кронах дерев).

Багато стадій процесів, що протікають в атмосфері, можуть бути зворотними, у результаті чого молекула забруднюючої речовини може перетерпіти кілька циклів трансформації до досягнення нею поверхні Землі.

Аналіз показав, що 25—30% S0₂ і 15—25% N0₂ переноситься вітрами від промислових підприємств на відстані більше 200 км.

Випадіння кислотних дощів на поверхню Землі може здійснюватися двома шляхами: вимиванням опадів і випадінням опадів.

Вимивання опадів — намивання кислотних речовин з атмосфери відбувається під час утворення хмар і опадів. За умови перенасиченості повітря водяними парами (більш 100%) відбувається випадіння крапель хмар, що промивають шар атмосфери між хмарами і поверхнею Землі. Таким чином, дощ що випадає, зовсім не є дистильованою водою.