Заняття 5. Наслідки забруднення атмосфери.

Навчальні питання:

1. Кислотні дощі.

2. Парниковий ефект.

3. Озонові діри.

4. Тютюновий дим.

1.Кислотні дощі.

Кислотний дощ — усі види метеорологічних опадів: дощ, сніг, град, туман, дощ зі снігом, — кислотність яких вища від нормальної. Мірою кислотності є значення рН (водневий показник). Нормальне pH у чистих дощах - 5,6.

Шкала значення рН йде від 0 (украй висока кислотність), через 7 (нейтральне середовище) до 14 (лужне середовище), причому нейтральна точка (чиста вода) має рН = 7. Дощова вода в чистому повітрі має рН = 5,6. Чим нижче значення рН, тим вищеде? кислотність. Якщо кислотність води нижче 5,5, то опади вважаються кислотними.

Варто звернути увагу ще на одну особливість шкали рН. Кожна наступна сходинка на шкалі рН говорить про десятикратну зміну концентрації іонів водню в розчині. Наприклад, кислотність речовини зі значенням рН4 у десять разів вища від кислотності речовини зі значенням рН5, у сто разів вища, ніж кислотність речовини зі значенням рН6 і в сто тисяч разів вища, ніж кислотність речовини зі значенням рН9.

Для визначення показника кислотності використовують різні рН-метри, зокрема дорогі електронні прилади. Простим способом визначення характеру середовища є застосування індикаторів — хімічних речовин, забарвлення яких змінюється в залежності від рН середовища. Найбільш розповсюджені індикатори — фенолфталеїн, метил-оранж, лакмус, а також природні барвники з червоної капусти і чорної смородини.

Основні джерела кислотоутворюючих викидів

Кислотний дощ утворюється в результаті реакції між водою і такими забруднюючими речовинами, як діоксид сірки (SО2) і різних оксидів азоту (NOx). Ці речовини викидаються в атмосферу автомобільним транспортом, у результаті діяльності металургійних підприємств і електростанцій, а також при спалюванні вугілля і деревини. Вступаючи в реакцію з водою атмосфери, вони перетворюються в розчини кислот: сірчаної, сірчистої, азотистої й азотної. Потім, разом із снігом чи дощем, вони випадають на землю.

Природними джерелами надходження діоксиду сірки в атмосферу є головним чином вулкани і лісові пожежі. Еим часом природні надходження в атмосферу оксидів азоту зв'язані головним чином з електричними розрядами, при яких утвориться NО, згодом — NO2. Значна частина оксидів азоту природного походження переробляється в ґрунті мікроорганізмами, тобто включена в біохімічний круговорот.

Джерела викидів в атмосферу оксидів сірки (a) і азоту (б) Схема утворення кислотних аерозолів і дощів

Діоксид сірки, що потрапив в атмосферу, перетерплює ряд хімічних перетворень, що ведуть до утворення кислот. Частково діоксид сірки в результаті фотохімічного окислювання перетворюється в триоксид сірки (сірчаний ангідрид) SО3: 2SO2 + О2 → 2SO3,

який реагує з водяною парою атмосфери, утворюючи аерозолі сірчаної кислоти: SО3 + Н2О → H2SО4.

Основна частина діоксиду сірки, що викидається у вологому повітрі утворить аерозоль сірчистої кислоти і зображують умовною формулою Н2SO3: SO2 + H2O → H2SO3.

Сірчиста кислота у вологому повітрі поступово окисляється до сірчаної: 2H2SO3 + O2 → 2H2SO4.

Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот приводять до конденсації водяної пари атмосфери і стають причиною кислотних опадів (дощі, тумани, сніг). При спалюванні палива утворяться тверді мікрочастинки сульфатів металів (в основному при спалюванні вугілля), легко розчинні у воді, що осаджуються на ґрунт і рослини, роблячи кислотними роси. Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот складають близько 2/3 кислотних опадів, інше приходиться на частку аерозолів азотної й азотистої кислот, що утворяться при взаємодії діоксиду азоту з водяною парою атмосфери: 2NО2 + H2О → HNO3 + HNO2.

Існують ще два види кислотних дощів, що поки не відслідковуються моніторингом атмосфери. Хлор, що знаходиться в атмосфері, при з'єднанні з метаном (джерела надходження метану в атмосферу: антропогенний - рисові поля, а також результат танення гідрату метану у вічній мерзлоті внаслідок потеплення клімату) утворить хлороводень, що добре розчиняється у воді з утворенням аерозолей соляної кислоти: Сl + СН4 → CH3 + HCI, СН3 + Cl2 → СН3Сl + Сl.

Механізм утворення кислотних опадів

Джерела кислото-створюючих викидів: теплові електростанції, автотранспорт, металургійні і хімічні підприємства, авіація

Об'єкти поразки: люди, тваринний і рослинний світ, водоймища, грунт, будівлі, пам'ятники культури, вироби з металу

Вплив кислотних дощів на екосистеми і людей

У водяних екосистемах кислотні опади викликають загибель риб і інших водяних мешканців. Підкислення води рік і озер серйозно впливає і на сухопутних тварин, тому що багато звірів і птахи входять до складу харчових ланцюгів, що починаються у водяних екосистемах. Разом із загибеллю озер стає очевидної і деградація лісів. Кислоти порушують захисний восковий покрив листів, роблячи рослини більш уразливими для комах, грибів і інших патогенних мікроорганізмів. Під час посухи через ушкоджені листи випаровується більше вологи. Вилуджування біогенів із ґрунту і вивільнення токсичних елементів сприяє уповільненню росту і загибелі дерев. Можна припустити, що відбувається і з дикими видами тварин, коли гинуть лісу. Якщо руйнується лісова екосистема, то починається ерозія ґрунту, засмічення водоймів, повінь і погіршення запасів води стають катастрофічними. Підкислення ґрунту азотокислими дощами стимулює розвиток лісових шкідників. У результаті закислення в ґрунті відбувається розчинення живильних речовин, життєво необхідних рослинам; ці речовини виносяться дощами в ґрунтові води. Одночасно вилуджуються з ґрунту і важкі метали, що потім засвоюються рослинами, викликаючи в них серйозні ушкодження. Використовуючи такі рослини в їжу, людина також одержує разом з ними підвищену дозу важких металів. Коли деградує ґрунтова фауна, знижуються врожаї, погіршується якість сільськогосподарської продукції, а це, як ми знаємо, спричиняє погіршення здоров'я населення. Під дією кислот з гірських порід і мінералів вивільняється алюміній, а також ртуть і свинець, що потім попадають у поверхневі і ґрунтові води. Алюміній здатний викликати хворобу Альцгеймера, різновид передчасного старіння. Важкі метали, що знаходяться в природних водах, негативно впливають на бруньки, печінку, центральну нервову систему, викликаючи різні онкологічні захворювання. Генетичні наслідки отруєння важкими металами можуть проявитися через 20 років і більш не тільки в тих, хто вживає брудну воду, але й у їхніх нащадків. Забруднення повітря кислотоутворюючими викидами робить різноманітний шкідливий вплив і на організм людини. Вдихання вологого повітря, що містить діоксид сірки, особливо небезпечно для людей похилого віку, що страждають серцево-судинними і легеневими захворюваннями, у важких випадках може виникнути набряк легень. Шкідливо це і для здорових людей, оскільки SO2 і сульфатні частки мають канцерогенну дію. Установлено тісний взаємозв'язок між підвищенням смертності від бронхітів і ростом концентрації діоксиду сірки в повітрі. Під час трагічного лондонського тумана 1952 р. більш 4000 смертей було віднесено за рахунок підвищеного змісту у вологому повітрі діоксиду сірки і сульфатних часток. Численні дослідження показали збільшення числа захворювань дихальних шляхів у районах, повітря яких забруднений діоксидом азоту NО2. Потрапляючи в дихальні шляхи, він взаємодіє з гемоглобіном крові, утрудняючи перенос кисню до органів і тканин, викликає респіраторні, астматичні і серцеві захворювання. У лютому 1972 р. у Японії з цієї причини занедужало більш 70 000 чоловік, для багатьох з них захворювання мало летальний результат.

Кислотні дощі роз'їдають метали, фарби, синтетичні з'єднання, руйнують архітектурні пам'ятники. Багато скульптур і будинки в Римі, Венеції й інших містах, пам'ятники зодчества, такі, як Акрополь в Афінах, Кельнський собор та інші, за кілька останніх десятиліть одержали значно великі ушкодження, чим за все попереднє час. Під погрозою повного руйнування в результаті дії кислотних опадів знаходяться більш 50 тис. скульптур скельного “Міста Будд” під Юньанем у Китаї, побудованого 15 століть назад. Найбільш характерні кислотні дощі для індустріальних країн з високорозвиненою енергетикою. Найбільшу втрату кислотні дощі нанесли лісам Центральної Європи, зокрема 35% лісів Німеччини (на площі більш 2,5 млн. га) ушкоджені ними. Збиток від кислотних дощів для європейських лісів оцінюється в 118 млн. м3 деревини в рік (з них близько 35 млн. м3 на європейській території Росії). У меншому ступені від кислотних дощів страждають сільськогосподарські рослини, оскільки підкислення ґрунтів тут можна контролювати агрохімікатами. Для боротьби з кислотними дощами необхідно направити зусилля на скорочення викидів кислотоутворюючих речовин вугільними електростанціями. А для цього необхідно: використання низькосерчисте вугілля чи його очищення від сірки; установка фільтрів для очищення газоподібних продуктів; застосування альтернативних джерел енергії. Більшість людей залишається байдужими до проблеми кислотних дощів.