Влияние кислотных осадков на биосферу Земли

в 18 000 озерах рН воды меньше 5, 5, что неблагоприятно влияет на популяцию

рыб. В Канаде и северной части США существуют аналогичные проблемы. В

Онтарио приблизительно 50 тыс. озер, имеющих гранитное ложе, подвержены

относительно сильному действию соединений серы. В Квебеке чувствительные к

загрязнениям территории распространены еще больше. На основании

скандинавского опыта ожидается, что в будущем эти озера начнут закисляться.

В северной части США уже подмечено сокращение популяции лосося

приблизительно в 100 озерах. Проблем, связанных с закислением поверхностных

вод, в Венгрии, к счастью, не возникает, поскольку в этих водах имеется

большое содержание карбонатов и гидрокарбонатов, которые обеспечивают

способность нейтрализовать кислоты. Проведенные в различных водах

исследования по нагрузке и расчеты на моделях показывают, что воды

венгерских рек и озер в большинстве своем способны выдерживать на

протяжении долгого времени даже возросшие нагрузки. Исключением являются

только некоторые водохранилища, вода которых химически нейтральна, а

следовательно, способность их к выравниванию кислотности относительно мала

Непосредственные (прямые) воздействия. Гибель растений.

Непосредственная гибель растений в наибольшей степени ощущается вблизи

от выбросов загрязнений, в радиусе некольких десятков километров от их

источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы.

Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его

листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в

организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах.

Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из

двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют ненасыщенные

жирные кислоты мембран, тем самым изменяя их проницаемость, что в

дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и

др.).

Непосредственные воздействия на растения могут принимать различные

формы: 1) генетические изменения; 2) видовые изменения; 3)нанесение прямого

вреда растительности. Естественно, в зависимости от чувствительности вида и

размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого

(обратимого) ущерба до полной гибели растения.

В первую очередь погибают наиболее чувствительные виды, например,

отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде,

поэтому их считают "индикаторами" чистого воздуха. Обычно в

сильнозагрязненных местах образуется "лишайная пустыня". В современном

городе она существует уже при средней концентрации двуокиси серы 100

мкг/м". Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует, а на

окраинах его можно встретить очень редко. Впрочем, существуют также виды

лишайника, хорошо переносящие нагрузки двуокиси серы, поэтому отдельные

сопротивляющиеся виды иногда занимают место погибших видов лишайника.

Однако кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также

оказывать прямое вредное воздействие и на растения более высокого класса.

Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих

факторов — местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов

обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной

двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как

определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить

без каких-либо признаков гибели. Однако эта опасная граница становится еще

ниже при воздействии двуокиси азота, озона, кислотного дождя и т.д.

Роль двуокиси серы в гибели лесов, таким образом, можно считать

доказанной. Также доказано вредное влияние влажных кислотных осадков на

рост деревьев. Однако эти осадки в первую очередь влияют косвенно — через

почву и корневую систему. В наибольшей степени непосредственная гибель

растений наблюдается в районах с сильнозагрязненным воздухом, например, в

Средней Европе. Масштабы гибели растений и повышенные концентрации двуокиси

серы в Европе распространены примерно одинаково. Сухие осадки, содержащие

двуокись серы, уже атаковали леса Чехословакии, Польши и ГДР. Возможно,

самый значительный ущерб причинен ФРГ, где треть всех лесов наполовину

погибла. Однако считается, что на упомянутых территориях гибель леса

связана не столько с двуокисью серы, сколько с оксидами азота, которые

образуются из выхлопов автомобилей. Оксиды азота под воздействием солнечных

лучей выделяют озон. Озон с оксидами азота, а также частично с

углеводородами, поступающими в атмосферу не только с выхлопными газами, но

и из других источников, образует весьма агрессивное вещество PAN

(пероксиацетилнитрат).

Трудно решить, кто же несет непосредственную ответственность за гибель

леса — двуокись серы или оксиды азота. Кажется достаточно вероятным, что

вредное воздействие оказывают совместно все агрессивные кислотные вещества,

загрязняющие воздух. Многие также придерживаются мнения, что при совместном

воздействии вредных веществ влияние каждого из них еще больше усиливается

(синергизм).

Прямое разрушение растительности кислотными атмосферными веществами

происходит и в Венгрии, хотя и в меньших масштабах, чем в Средней Европе.

Действие двуокиси серы в Венгрии имеет широкий диапазон, начиная с трудно

контролируемого снижения урожайности и кончая гибелью растительности.

Здесь, как и в других районах мира, более всего чувствительны к прямому

загрязнению хвойные деревья, так как хвоя подвержена воздействию

загрязняющих веществ на протяжении нескольких лет в отличие от деревьев,

сбрасывающих листву. Самые чувствительные породы — это ель, лиственница и

пихта. Однако многие деревья, сбрасывающие листву, также с трудом переносят

прямые воздействия вредных веществ (например, бук, граб).

Необходимо подчеркнуть, что упомянутая здесь непосредственная гибель

растений и косвенные воздействия на них не могут быть отделены друг от

друга, так как обычно эти процессы происходят одновременно, и в зависимости

от обстоятельств доминирует какой-либо из них. В любом случае, естественно,

вредные воздействия дополняют и усиливают друг друга.

Следует упомянуть, что наряду с так называемыми небиотическими

воздействиями гибели леса содействуют и биотические факторы. К ним

относятся, например, некоторые грибы и насекомые (гриб Ceratocystis, лист

Ожорка). Иногда вредное влияние приписывают только биотическим факторам,

иногда, наоборот, только небиотическим. Наиболее вероятным кажется мнение,

согласно которому небиотические факторы, т.е. факторы окружающей среды,

ослабляют растения, которые в меньшей степени могут сопротивляться

биотическими воздействиям, и, таким образом, эти воздействия проявляются

совместно.

Прямые воздействия на человека.

Естественно, атмосферные кислотные микроэлементы не щадят и человека.

Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том вреде,

который приносят кислотные вещества (двуокись серы, двуокись азота,

кислотные аэрозольные частицы) при дыхании.

Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем

смертности и степенью загрязнения района. При концентрации [pic] около 1

мг/м3 возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей

старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей.

Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный

круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди

детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней

смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно

исчисляется несколькими десятками тысяч.

Кроме оксидов серы и азота опасны для здоровья человека также

аэрозольные частицы кислотного характера, содержащие сульфаты или серную

кислоту. Степень их опасности зависит от размеров. Так, пыль и более

крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, а

мелкие (менее 1 мкм) капли серной кислоты или частицы сульфатов могут

проникать в самые дальние участки легких.

Физиологические исследования показали, что степень вредного воздействия

прямо пропорциональна концентрации загрязняющих веществ. Однако существует

пороговое значение, ниже которого даже у самых чувствительных людей не

обнаруживаются какие-либо отклонения от нормы. Например, для двуокиси серы

среднесуточная пороговая концентрация для здоровых людей составляет

приблизительно 400 мкг/м3.

В настоящее время норма для состава воздуха на незащищенных территориях

почти соответствует этому значению.

На защищенных территориях нормативы, естественно, строже. В то же время

ожидается, что в недалеком будущем установят еще более низкие нормативные

значения. Однако опасная концентрация может оказаться еще ниже, если

различные кислотные загрязняющие вещества будут усиливать воздействие друг

друга, т.е. проявится уже упомянутый сине-ргизм. Также установлена

зависимость между загрязнением двуокисью серы и различными заболеваниями

дыхательных путей (грипп, ангина, бронхит и т.д.). На отдельных

загрязненных территориях число заболеваний было в несколько раз больше, чем

на контрольных территориях.

Помимо первичного прямого воздействия, на человека косвенно влияет и

закисление окружающей среды. В предыдущих главах мы видели, что косвенные

воздействия в первую очередь оказывают ядовитые металлы (алюминий, тяжелые

металлы). Эти металлы легко могут попасть в пищевую цепочку, в конце

которой стоит человек. Проведенные в Венгрии обследования показали, что

содержание цинка в свинине и говядине, а также в мясных продуктах довольно

часто превышает допустимый уровень(10%). Кадмий также встречается в

говядине в концентрациях, превышающих допустимые. Медь и ртуть в безопасных

концентрациях обнаружены главным образом в мясе птицы.

Кислотный дождь может также причинять вред металлам, различным зданиям и

памятникам. В первую очередь подвержены опасности памятники, построенные из

песчаника и известняка, а также расположенные под открытым небом

скульптуры. В Италии, Греции и других странах сохранявшиеся на протяжении

сотен и тысяч лет памятники старины и различные предметы за последние

десятилетия сильно разрушились в результате действия выброшенных в

атмосферу загрязняющих веществ.

Способы защиты от кислотных дождей.

Кислотные дожди могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие

на живую и неживую природу. Из этого следует, что меры по частичному

восполнению ущерба или предотвращению дальнейшего разрушения окружающей

среды могут быть различными.

Наиболее эффективным способом защиты следует считать значительное

сокращение выбросов двуокиси серы и окиси азота. Этого можно достичь

несколькими методами, в том числе путем сокращения использования энергии и

создания электростанций, не использующих минеральное топливо. Другие

возможности уменьшения выброса загрязнений в атмосферу — удаление серы из

топлива с помощью фильтров, регулирование процессов горения и другие

технологические решения.

Снижение содержания серы в различных видах топлива. Лучше всего было бы

использовать топливо с низким содержанием серы. Однако таких видов топлива

очень мало. По приближенным оценкам из известных в настоящее время мировых

запасов нефти только 20% имеют содержание серы менее 0, 5%. Среднее

содержание серы в используемой нефти увеличивается, так как нефть с низким

содержанием серы добывается ускоренными темпами.

Так же обстоит дело и с углями. Угли с низким содержанием серы находятся

практически только в Канаде и Австралии, но это только небольшая часть

имеющихся залежей угля. Содержание серы в углях колеблется от 0, 5 до 1,

0%.

Таким образом, энергоносители с низким содержанием серы у нас имеются в

ограниченном количестве. Если мы не хотим, чтобы содержавшаяся в нефти и

угле сера попала в окружающую среду, необходимо принимать меры для ее

удаления.

Во время переработки (дистилляции) нефти остаток (мазут) содержит

большое количество серы. Удаление серы из мазута — процесс очень сложный, а

в результате удается освободиться всего от 1/3 или 2/3 серы. К тому же

процесс очистки мазута от серы требует от производителя больших капитальных

вложений.

Сера в угле находится частично в неорганической, а частично в

органической форме. Во время очистки, когда удаляют несгораемые части,

удаляется также часть пирита. Однако таким способом даже при самых

благоприятных условиях можно освободиться только от 50% общего содержания

серы в угле. С помощью химических реакций могут быть удалены как

органические, так и неорганические серосодержащие соединения. Но в связи с

тем, что процесс идет при высоких температурах и давлениях, этот способ

оказался гораздо дороже предыдущего.

Очистка угля и нефти от серы, таким образом, представляет собой

достаточно сложный и малораспространенный процесс, причем затраты на него

весьма высоки. Кроме того, даже после очистки энергоносителей в них

остается приблизительно половина первичного содержания серы. Поэтому

очистка от серы является не самым лучшим решением проблемы кислотных

дождей.

Применение высоких труб. Это один из наиболее спорных способов. Сущность

его заключается в следующем. Перемешивание загрязняющих веществ в

значительной степени зависит от высоты дымовых труб. Если мы используем

низкие трубы (здесь в первую очередь необходимо вспомнить трубы

электростанции), то выбрасываемые соединения серы и азота перемешиваются в

меньшей степени и быстрее выпадают в осадок, чем при наличии высоких труб.

Поэтому в ближайшем окружении (от нескольких километров до нескольких

десятков километров) концентрация оксидов серы и азота будет высокой и,

естественно, эти соединения будут причинять больше вреда. Если труба

высокая, то непосредственные воздействия уменьшаются, но возрастает

эффективность перемешивания, что означает большую опасность для отдаленных

районов (кислотные дожди) и для всей атмосферы в целом (изменение серы в

газах, образующихся во время горения топлива химического состава атмосферы,

изменение климата). Таким образом, строительство высоких труб, несмотря на

распространенное мнение, не решает проблемы загрязнения воздуха, зато в

значительной степени увеличивает "экспорт" кислотных веществ и опасность

выпадения кислотных дождей в отдаленных местах. Следовательно, увеличение

высоты трубы сопровождается тем, что непосредственные воздействия

загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и т.п.) уменьшаются, однако

косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов)

увеличиваются. Строительство высоких труб в известной степени

безнравственно, поскольку страна, где происходят сильные выбросы

загрязнений, переадресовывает часть кислотных осадков вместе с их

неблагоприятными последствиями в другие страны.

Технологические изменения.

Известно, что в процессе горения топлива азот и кислород воздуха

образуют окись азота NO, которая в значительной степени способствует

повышению кислотности осадков. Выше было указано, что в целом в мире

горение топлива дает две трети всех антропогенных выбросов.

Количество оксида азота NO, который образуется при горении, зависит от

температуры горения. Выявлено, что чем меньше температура горения, тем

меньше возникает оксида азота, к тому же количество NO зависит от времени

нахождения топлива в зоне горения и от избытка воздуха. Таким образом,

соответствующим изменением технологии можно сократить количество

выбрасываемого загрязняющего вещества.

Количество выбрасываемых соединений серы можно значительно уменьшать,

используя установку, показанную на рисунке.

[pic]

Схема технологии сжигания топлива с большой скоростью в специальной

печи. С помощью этого процесса уменьшается содержание серы в газах,

образующихся во время горения топлива.

В зону горения (с перфорированной подстилкой) направляют поток

несгораемого вещества, связывающего серу. Всасываемый снизу с большой

скоростью воздух измельчает и перемешивает вещество, находящееся в объеме

горения. С помощью этого процесса можно не только уменьшить выброс двуокиси

серы, но и снизить количество образующегося оксида азота NO, так как при

этом снижается температура горения.

Сокращения выброса двуокиси серы можно также достичь очисткой конечных

газов от серы. Наиболее распространенный метод — мокрый процесс, когда

конечные газы барботируют через раствор известняка, в результате чего

образуются сульфит или сульфат кальция. Таким способом удаляется большая

часть серы. Этот способ еще не получил широкого распространения.

Известкование.

Для уменьшения закисления в озера и в почву добавляют щелочные вещества

(например, карбонат кальция). Эта операция называется известкованием. Его

достаточно часто применяют в Скандинавских странах, где известь распыляют

на почву или на водосборную территорию с вертолетов. Известь, попадая в

воду, быстро растворяется, а образующаяся в результате гидролиза щелочь

сразу же нейтрализует кислоты. Можно подсчитать, что в 1 м3 воды необходимо

внести около 5 г извести для изменения значения рН с 4, 5 до 6, 5.

Известкование применяют для обработки кислых почв с целью их нейтрализации.

Наряду с преимуществами известкование имеет ряд недостатков:

в проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация проходит

недостаточно эффективно;

происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод

и почв;

не удается устранить все вредные последствия закисления.

С помощью известкования нельзя удалять тяжелые металлы. Эти металлы во

время уменьшения кислотности переходят в труднорастворимые соединения и

осаждаются, однако при добавлении новой дозы кислот снова растворяются,

представляя таким образом постоянную потенциальную опасность для озер.

Кроме описанных выше известно еще множество способов защиты от

загрязнений. Например, погибшие популяции животных и растений заменяют

новыми, которые лучше переносят закисление. Памятники культуры с целью

предотвращения дальнейшего их разрушения обрабатывают специальной глазурью.

Рассмотренные здесь способы имеют одно общее свойство — их использование

до сих пор не привело к существенному уменьшению выбросов оксидов серы и

азота. Не достигнуты заметные успехи и в предотвращении вредных

воздействий, вызываемых кислотными дождями.

Заключение.

Нам уже известно, что дальнейшее закисление окружающей среды зависит от

того, как будет обстоять дело с антропогенными выбросами оксидов серы и

азота в атмосферу. Разумеется, предсказать это очень сложно. Однако мы

можем сделать определенное заключение на основе анализа интенсивности

выбросов в прошлом. Оцененный таким способом выброс двуокиси серы в будущем

тысячелетии значительно больше нынешнего уровня. Согласно этому ожидается

рост закисления окружающей среды, а причиняемый кислотными осадками ущерб

станет катастрофическим. Это вызывает большое беспокойство, если принять во

внимание, что и настоящие уровни выброса уже приводят к ужасающим

последствиям.

Неблагоприятно положение и с выбросами оксидов азота, поскольку

антропогенные выбросы соединений азота по сравнению с соединениями серы

увеличиваются еще более высокими темпами.

В определенных странах увеличение эмиссии двуокиси серы, кажется,

удалось остановить. Что касается оксидов азота, то и в Европе и во всем

мире продолжают увеличиваться выбросы NOx, особенно в связи с возрастающим

числом автомобилей.

В некоторых странах проблема эмиссии оксидов серы и азота является в

какой-то мере политической, так как в результате их распространения

загрязняющие вещества попадают за пределы государственной границы, и одно

государство может обвинить другое в ущербе, причиненном кислотными

осадками, соответственно потребовав его возмещения. Канада, например,

действует таким образом по отношению к США, а Швеция — по отношению к

промышленно развитым государствам Европы. Специалисты Европы и Северной

Америки серьезно обеспокоены дальнейшими последствиями выпадения кислотных

осадков. Многочисленные международные организации по охране окружающей

среды занимаются проблемами крупномасштабного распространения веществ,

загрязняющих воздух.

Международный исследовательский институт прикладного системного

анализа (IIASA) проводит изучение моделей с целью установления возможной

кислотности почв, вод и т.п. через десятки лет. Результаты говорят о том,

что почвы и леса в Европе могут быть спасены от дальнейшего закисления

только путем значительного сокращения выбросов.

Эти выбросы должно самостоятельно регулировать каждое государство. Для

уменьшения эмиссии загрязняющих веществ в атмосферу существует ряд

способов:

сильное сокращение использования энергии;

ввод новых технологий, установка фильтрующего оборудования;

использование слабозагрязняющих либо совсем незагрязняющих источников

энергии.

Подобное решение звучит довольно нереально. Ни одно государство не

согласится уменьшить масштабы потребления энергии и тем самым ухудшить

уровень жизни. Ввод новых технологий и установка фильтрующего оборудования

также представляют собой экономическую проблему.

Плачевное состояние окружающей среды поставило современных ученых-

экологов перед острой проблемой загрязнения нашей планеты. Необходимо найти

новые методы решения этого вопроса. В настоящий момент ученые всего мира

ищут выход из положения. Но не стоит забывать о том, что будущее планеты

зависит в первую очередь от нас с вами.

Использованная литература:

Ю.А. Израэль «Экология и контроль состояния природной среды»

Л.Хорват «Кислотный дождь», Москва, Стройиздат, 1990г.

Л.Беттен «Погода в нашей жизни», Издательство «Мир», Москва, 1985г.

Агаджанян Н.А. «Человек и биосфера», Москва, из-во Знание, 1996г.

Дрожак Й. «Земля, люди, катастрофы.», Киев, Высшая школа, 1990г.

Страницы: 1, 2, 3, 4