Кислотные дожди – экологическая проблема человечества

Термин «кислотный дождь» появился в середине 19 века, когда британские ученые заметила, что загрязнение воздуха в промышленно развитой центральной Англии привело к выпадению более кислых, чем обычно, дождей. Но только во второй половине 20 века стало понятно, что кислотные дожди несут в себе угрозу окружающей среде. За несколько десятилетий размах этого бедствия стал настолько широк, а отрицательные последствия столь велики, что в 1982 году в Стокгольме состоялась специальная международная конференция по кислотным дождям, в которой приняли участие представители 20 стран и ряда международных организаций. До сих пор острота этой проблемы сохраняется, она постоянно в центре внимания национальных правительств и международных природоохранных организаций.

Цель работы: установление кислотности осадков в различное время года, причины возможных различий в показателях.

1. Механизм образования «кислотных дождей»

Надо сказать, что обычный дождь является кислым сам по себе, даже в отсутствие заводов. Это происходит из-за того, что в процессе формирования и выпадения дождевые капли растворяют находящийся в воздухе углекислый газ (СО2) и реагируют с ним с образованием угольной кислоты (Н2СО3). В современном промышленном мире избыточная кислотность дождя обусловлена в основном присутствием двух веществ: оксидов серы и оксидов азота.

Оксиды серы. Эти соединения попадают в атмосферу естественным путем при извержении вулканов, но значительная часть атмосферных оксидов серы образуется в результате сжигания природного топлива. Уголь и нефть содержат небольшое количество серы. При сжигании этих видов топлива в атмосферу попадает сера в соединении с кислородом. Растворяясь в дождевых каплях, оксиды серы образуют кислоты.

S+O2=SO22SO2+O2=2SO3 оксид серы(ІV) оксид серы(VI)

SO2+ H2O=H2SO3 SO3+H2O=H2SO4 сернистая кислота серная кислота

Оксиды азота. При достаточно высокой температуре, содержащийся в воздухе, азот соединяется с кислородом с образованием оксида азота. В природе это может произойти во время разряда молнии, но основная часть оксидов образуется при сжигании бензина в двигателях внутреннего сгорания (например в автомобилях) или при сжатии угля. С вредными выбросами в атмосферу так же попадает и закись азота, которая впоследствии также окисляется до его оксидов. При растворении этих веществ в капельках воды образуется кислоты.

N2+O2=2NO 2NO+O2=2NO2 2NO2+H2O=HNO2 + HNO3

оксид оксид азота (II) азота(IV)

Существует ещё два вида кислотных дождей, которые пока не отслеживаются мониторингом атмосферы. Находящийся в атмосфере хлор (выбросы химических предприятий; сжигание отходов; разложение фреонов, приводящие к образованию хлора) при соединении с метаном образует хлороводород, хорошо растворяющегося в воде с образованием аэрозолей соляной кислоты.

CH4+CL2=HCL+CH3CL соляная кислота

Очень опасны выбросы фтороводорода (производство алюминия, стекольное, разложение фреонов), который хорошо растворяется в воде, что приводит к появлению в атмосфере аэрозолей плавиковой кислоты.

Таким образом, дожди становятся кислотными.

Маслова Эльвира Сергеевна – 221-547-628

2. Схема образования кислотных аэрозолей и дождей.

3. Влияние «кислотных дождей» на окружающую среду.

Кислотные дожди оказывают многоплановое влияние на окружающую среду. В первую очередь отрицательному воздействию подвергаются водные экосистемы, почвы и растительность.

При повышении кислотности воды (ещё до критического порога выживания водной флоры, например, для моллюсков таким порогом является pH=6, для окуней- pH=4,5) в ней быстро нарастает содержание алюминия за счёт взаимодействия гидроксида алюминия природных пород с кислотой.

Al(OH) 3 +HCL=AlCL+H2O

Al(OH)3 +3H+= Al3++3H2O

Даже не большая концентрация ионов алюминия (0,2мг/л) смертельна для рыб.

В то же время фосфаты, обеспечивающие развитие фитопланктона и растительности, соединяясь с алюминием, становятся малодоступными этим организмам.

Al3++PO3-4=AlPO↓

Повышение кислотности приводит к появлению в воде высокотоксичных ионов тяжёлых металлов – кадмия, свинца и др. , которые прежде входили в состав нерастворимых в воде соединений и не представляли угрозы живым организмам.

PbS+2HСL=PbCl2+H2S

PbS+2H+=Pb2++H2S

Воздействию кислотообразующих газов и кислотных осадков подвергаются органические молекулы – кожа, бумага, ткани, резина и красители. Бумага, большинство тканей, кожа образованы гидрофильными веществами, которые накапливают воду между волокнами. Кислоты постепенно гидролизуют макромолекулы (главным образом целлюлозы и белков), в результате чего эти материалы становятся хрупкими и разрушаются. Как восстановитель диоксид серы вызывает обесцвечивание красителей, что приводит к выцветанию тканей.

Из бетона, стекла и других минеральных строительных материалов выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты под действием кислотных дождей. Если pH осадков достигает значений,

Маслова Эльвира Сергеевна – 221-547-628 равных 4,5 – 3, то ионы алюминия начинают вымываться из кристаллической решётки. Металлы под действием кислотных дождей, туманов, и рос разрушаются ещё быстрее, чем строительные материалы и стекло. Корка образующегося на поверхности железных изделий гигроскопического сульфата железа (II) окисляется кислородом воздуха, при этом образуется основная соль сульфата железа(III), являющаяся составной частью ржавчины. Кислота разъедает металл, переводя его в виде ионов в раствор

Загрязнение воздуха кислотообразующими выбросами оказывает вредное многообразное влияние на организм человека. Вдыхание влажного воздуха, содержащего диоксид серы, особо опасен для пожилых людей, страдающих сердечнососудистыми и лёгочными заболеваниями, в тяжёлых случаях может возникнуть отёк лёгких. Вредно это и для здоровых людей, поскольку SO2 и сульфатные частицы обладают канцерогенным действием. Установлена тесная взаимосвязь между повышением смертности от бронхитов и ростом концентрации диоксида серы в воздухе. Многочисленные исследования показали увеличение числа заболеваний дыхательных путей в районах, воздух которых загрязнен диоксидом азота (NO2). Попадая в дыхательные пути, он взаимодействует с гемоглобином в крови, затрудняя перенос кислорода к органам и тканям, вызывает респираторные, астматические и сердечные заболевания. Под действием кислот из горных пород и минералов высвобождается алюминий, свинец, ртуть, которые затем попадают в поверхностные и грунтовые воды. Алюминий способен вызвать болезнь Альцгеймера (преждевременное старение). Свинец, ртуть и другие тяжелые металлы отрицательно влияют на почки, печень, ЦНС, вызывая различные онкологические заболевания. Генетические последствия отравления тяжелыми металлами могут проявиться через 20 лет и более.

Но кроме вреда кислотные дожди имеют и полезное действие.

Кислоты, содержащиеся в облаках над океаном, могут разрушать относительно крупные частицы пыли, содержащие железо, на чрезвычайно мелкие и хорошо растворимые наночастицы, которые легко усваиваются планктоном. Это открытие интересно и с практической точки зрения, как одна из возможностей увеличения биопродуктивности поверхностных вод океана за счет удобрений, для фиксации атмосферного углекислого газа и борьбы с глобальным изменением климата. Считается, что недостаток железа в той форме, в какой его усваивают микроорганизмы, сильно снижает способность планктона перерабатывать атмосферный углекислый газ в ходе фотосинтеза, и противостоять, таким образом, глобальному потеплению климата.

Климатологам давно известно, что маленькие капли воды, составляющие облака, конденсируются преимущественно вокруг мелких частичек, которыми могут быть даже микроорганизмы. Конденсируясь вокруг пыли промышленных выбросов, такие капли частично ее растворяют, однако повышенная кислотность может ускорить такой процесс многократно. "Этот процесс происходит в облаках по всему миру, однако для мирового океана он имеет особенно интересные последствия. Нам удалось обнаружить ранее неизвестный источник биологически усваиваемого железа, которое поставляется на поверхность Земли в результате осадков", сказал руководитель исследования профессор Майкл Кром (Michael Krom) из университета города Лидс в Великобритании.

5. Определение кислотности осадков. Анализ результатов

Исследование проводилось на базе лаборатории сельскохозяйственного производственного кооператива «Комбинат «Тепличный» города Вологды. Для определения кислотности среды осадков использовался микропроцессорный портативный рН-метр ( метод рН-метрия).

Технология измерения рН.

➢ Перед экспериментом необходимо вымочить кончик электрода (4см) в течение нескольких минут в дистиллированной воде.

➢ Для измерения рН раствора помещаем электрод (4см) в анализируемый раствор.

➢ Выбираем режим измерения рН

➢ Взболтаем раствор электродом, оставляем на несколько минут для стабилизации показаний. На дисплее появляется значение рН анализируемого раствора.

Маслова Эльвира Сергеевна – 221-547-628

➢ При переходе к каждому из последующих растворов электрод промывать сначала в дистиллированной воде, а затем в порции раствора, во избежание перекрестного загрязнения.

Эксперимент (проведение и результаты).

В чистую посуду собираются осадки. Берутся 3 пробы, и проводятся измерения прибором при одинаковой температуре (25оС) в лабораторных условиях. Место взятия проб, количество собранных осадков не меняется. Осадки исследуются в разное время года.

Время и место взятия проб № пробы Показания рН-метра Средние показания осадков. (уровень кислотности среды, при tо С = 20о) рН-метра

Из результатов эксперимента можно сделать следующие выводы: кислотность осадков различна в разное время года, самые «кислые» осадки выпадают в городе Вологда весной, почти нейтральная среда осадков наблюдается во время зимнего периода.

Один из факторов, влияющих на данный показатель – это температура окружающей среды. Зимой, при низких температурах (-20оС - -25оС) растворимость веществ, обуславливающих кислотность среды, понижается, газы накапливаются в воздухе и при повышении температуры весной начинают растворяться в больших количествах.

Во время проведения исследования не отслеживалось направление ветра и возможные источники загрязнения окружающей среды (промышленные предприятия, котельные и др. ), поэтому овладев методикой проведения эксперимента и методикой определения кислотности среды возможно продолжение работы в данном направлении.