Кислотные дожди, причины образования и последствия

Существует ряд причин, по которым я решила выбрать для исследовательской работы именно эту тему. Во-первых, она показалась мне интересной, так как проблема кислотных дождей очень актуальна сегодня, когда на улицах ежегодно становится все больше и больше автомобилей, появляются новые заводы и фабрики, отрицательно влияющие на экологию. Во-вторых, написание реферата – хороший опыт исследовательской работы. При дальнейшей учебе в ВУЗе этот опыт поможет мне лучше справляться с созданием курсовых и дипломных работ. Эта работа может научить, как правильно подбирать литературу, выбирать из нее самое главное и необходимое. Меня привлекло то, что для написания реферата по данной теме пришлось проводить эксперименты (я измеряла уровень кислотности воды различных рек Красносельского района), а также защита реферата — хороший способ научиться выступать на публике, что тоже очень важно в будущем.

Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков - дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, которое приблизительно равняется 5,6. «Чистый» дождь обычно всегда имеет слегка кислую реакцию, поскольку содержащийся в воздухе диоксид углерода (СО2) вступает в химическую реакцию с дождевой водой, образуя слабую угольную кислоту.

CO2+H2O(H2CO3

Данная реакция является обратимой, и образование кислоты происходит лишь в незначительной степени.

Теоретически такой «чистый», слабокислотный дождь должен иметь рН = 5,6.

Однако из-за постоянного присутствия в атмосфере различных веществ дождь никогда не бывает абсолютно «чистым», и его рН варьирует от 4,9 до 6,5, со средним значением около 5,0 для зоны умеренных лесов. Помимо СО2 в атмосферу Земли попадают естественным путем также различные соединения серы и азота, которые сообщают дождевым осадкам кислотную реакцию:

SO2+H2O(H2SO3

NO2+2H2O+O2(4HNO3

Таким образом «кислотные дожди» могут возникать и по естественным причинам. Однако помимо естественного попадания в атмосферу Земли различных оксидов с кислотной реакцией существуют также и антропогенные источники, выброс из которых во много раз превышает естественную.

1. 2 Причины кислотных дождей

Главной причиной кислотных дождей является присутствие в составе атмосферы Земли двуокиси серы SO2 и двуокиси азота NO2, которые в результате происходящих в атмосфере химических реакций, превращаются в соответственно серную и азотную кислоты, выпадение которых на поверхность земли оказывает влияния на живые организмы и окружающую среду в целом.

Соединения серы, попадающие в атмосферу, могут вступать в реакцию с парами воды, образуя разбавленную серную кислоту. По крайней мере, половина общего количества соединений серы в атмосфере имеет естественное происхождение; это может быть диоксид серы, высвобождающийся при извержении вулканов, или диметилсульфид, выделяемый некоторыми микроскопическими планктонными водорослями. Остальное же приходится на диоксид серы, поступающий в атмосферу при сжигании угля, используемого в промышленности, а также для обогрева домов и приготовления пищи. Соотношение различных способов поступления оксида серы (IV) в атмосферу.

Уголь, в основном углерод С, может быть загрязнен соединениями серы (FeS, CuS), которые при сгорании образуют оксид серы (IV):

2CuS+3O2(2CuO+2SO2

2SO2+O2(2SO3

SO3+H2O(H2SO4

 В формировании кислотных дождей участвуют также оксиды азота, которые образуются при сжигании топлива, в результате жизнедеятельности некоторых почвенных микробов, а также при грозовых разрядах (из содержащегося в атмосфере свободного азота). За счет электрических разрядов образуется менее 10% от общего количества азотсодержащих соединений (связанного азота). Оксиды азота, подобно оксидам серы, растворяются в дождевой воде, образуя разбавленную азотную кислоту:

N2+O2(2NO

2NO+O2(2NO2

NO2+2H2O+O2(4HNO3

1. 3 Воздействие кислотных дождей на окружающую среду

Результатом кислотного воздействия является то, что кислотные атмосферные микроэлементы, соединения серы и азота попадают на поверхность Земли, что приводит к сильным изменениям кислотности водоемов и почв. В первую очередь повышение кислотности сказывается на состоянии пресноводных водоемов и лесов. Кислотные дожди оказывают различное влияние. Осадки, имеющие повышенное содержание азота, первое время способствуют росту деревьев в лесу, так как происходит снабжение деревьев питательными веществам, например, NO3-, NH4+.

Однако, в результате постоянного их потребления, лес ими перенасыщается, что приводит к закислению почвы.

Закисление, как правило, вызывают сильные кислоты, такие как серная и азотная кислота. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно.

Влияние кислотных дождей

Кислотные осадки способствуют кислотному загрязнению водоемов и рек. Последствия такого закисления следующие: при pH<6 уменьшается видовое разнообразие планктона, а численность остальных видов сокращается. Для рыб наиболее благоприятными является интервал pH от 6,5 до 8,5.

Прямое воздействие на человека. Особую опасность для здоровья человека представляют аэрозольные частицы кислотного характера. Степень их опасности зависит в первую очередь от их размеров. Крупные аэрозольные частицы задерживаются в верхних дыхательных путях, тогда как мелкие (менее 1 мкм. ) капли, состоящие из смеси серной и азотной кислот, могут проникать в самые отдаленные участки легких и наносить там существенные повреждения.

Коррозия металла

Коррозия металлов, зданий и памятников. Причиной коррозии является увеличение концентрации иона водорода на поверхности металлов, от которой в большей степени и зависит их окисление.

Me+nH+(Me2++H2, например, растворение железа

Fe+2H+(Fe2++H2

Памятники, построенные из известняка и песчаника, подвергаясь воздействию кислотного дождя, разрушаются очень быстро (см. рисунок 5). Содержащийся в песчаниках и известняках СаСО3, превращаясь в сульфат кальция, легко вымывается кислой дождевой водой:

CaCO3+2H+(Ca2++CO2+H2O.

Кислотные дожди — продукт промышленных выбросов диоксида серы, они разрушают леса и губят рыбу. Однако новое исследование показывает, что эти дожди уменьшают выбросы парникового газа (метана), которые производят болота. Механизм такого влияния очень интересен. Метан вырабатывают бактерии, питающиеся торфом. Но там же, на болотах, живут другие бактерии, которые обожают серу и являются конкурентами первых. Когда идут кислотные дожди, число "серных" бактерий резко возрастает, а "метановых" — падает. Соответственно падает (на 30-40%) выработка метана.

§2. Кислотное загрязнение Красносельского района.

2. 1 Водные объекты Красносельского района

К водным объектам Красносельского района относятся: а) Реки: Красненькая, Дудергофка, Ивановка, Сосновка б) Озера: Дудергофское, Долгое, Безымянное

Загрязнение поверхностных и подземных вод Красносельского района непосредственно связано с процессами урбанизации и промышленного производства. Загрязнение производится вследствие сброса неочищенных или сточных вод промышленными предприятиями, коммунально-бытовым хозяйством, сельскохозяйственным производством, а также поверхностным стоком с территории.

1. Промышленные сточные воды.

Содержат минеральные и трудноочищаемые органические вещества, нефтепродукты, масла, соли тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, никеля), фенолы, цианиды, серу и др.

2. Коммунально-бытовые сточные воды. Являются источником поступления в водоемы нитратов и фосфатов, а также хлоридов, сульфатов, фенолов и органических соединений, опасных для человека. 50 процентов сбрасываемых вод района являются неочищенными, а остальные 50 процентов - недостаточно очищенными.

3. Сельскохозяйственные стоки.

Источником их появления служат животно - и птицеводческие комплексы (эти стоки богаты натрием и фосфором); также опасны стоки с полей, содержащие ядохимикаты, фосфаты, нитраты.

4. Поверхностный сток.

Содержит, в основном, взвешенные вещества и нефтепродукты. В ливневых водах, которые оказывают немалое влияние на состав поверхностных вод, содержатся тяжелые металлы и нефтепродукты.

Озера Красносельского района - Дудергофское, Долгое, Безымянное имеют подземное питание, а также приток поверхностных вод с Ижорского плато, посредством которого, в основном, и происходит их загрязнение.

Из озер имеют сток реки Дудергофка, Сосновка и Ивановка, которые и выносят загрязненные воды.

Помимо загрязнения поверхностным стоком, поверхностные воды района имеют невысокое качество из-за:

- отсутствия зоны охраны у водоемов;

- использования вод для сельскохозяйственных работ (загрязнение органическими веществами, ядохимикатами);

- долгого отсутствия канализации и сброса сточных вод в водоемы;

- использования водоемов как источников технической воды;

- сброса сточных вод летних лагерей и др.

2. 2 Предприятия, оказывающие влияние на кислотное загрязнение.

Основными источниками загрязнения воздуха района являются выброс котельных и автотранспорта на одной из главных магистралей - проспекте Ленина.

Источники загрязнения атмосферы района / на середину 90-х гг. /:

- Электромеханический завод,

- Кировский завод,

- Суммарный выброс от Красносельского ПЭПТС,

- Опытный завод "Домен",

- ЛНПО "Авангард",

- Красногородская экспериментальная целлюлозно-бумажная фабрика,

- Красносельский завод пластмасс,

- Объединение "ЭлектронМаш" (ЛЭМЗ).

С каждым годом, несмотря на спад производства в городе и закрытие многих предприятий, выброс вредных элементов в атмосферу увеличивается за счет увеличения транспортного потока.

Данных о кислотном загрязнении Красносельского района, к сожалению, мне найти не удалось. Наиболее загрязненной рекой нашего района является река Красненькая, что, вероятно, связано с ее расположением вблизи оживленных транспортных магистралей (Ленинского проспекта и Проспекта Маршала Жукова).

§3. Экспериментальная часть

Я исследовала кислотность природных вод Красносельского района. Отбирала пробы воды различных водоемов (р. Дудергофки, Ивановки и т. д. ).

Для измерения кислотности применялся индикаторный метод. В качестве индикатора использовали универсальный индикатор

В таблице представлено описание исследованных образцов:

№ Дата Водный объект Адрес Внешний вид Кислотность

20. 04. 06 Река Дудергофка В районе пересечения с проспектом Прозрачная с примесью ~6

Народного Ополчения песка и ила.

20. 04. 06 Река Дудергофка В районе Дудергофского канала Прозрачная с примесью ~6

песка и ила.

19. 04. 06 Озеро Безымянное Район Красного Села Прозрачная ~6

23. 04. 06 Река Ивановка В районе пересечения с ул. Чекистов Прозрачная ~6

23. 04. 06 Река Ивановка В районе пересечения с проспектом Прозрачная ~6

Ветеранов

23. 04. 06 Река Красненькая В районе пересечения с проспектом МаршалаПрозрачная ~3

На рисунке 13 представлена карта Красносельского района, где красными точками обозначены районы отбора проб.

На рисунках 9-12 представлены фотографии мест отбора проб воды рек Ивановки и Дудергофки. Можно отметить, что вода в реках достаточно прозрачная или слегка окрашена в желтый цвет. Пробы, отобранные в местах сильного течения, содержат примесь песка и ила (пробы 1 и 2).

По данным таблицы видно, что кислотность вод рек Ивановки и Дудерговки на протяжении всего течения составляет 6, что является нормой для природной воды. На реке Дудергофке находится Красносельский завод пластмасс, но, вероятно, в технологических циклах используются современные способы очистки воды, и сточные воды завода, выбрасываемые в Дудергофку, не оказывают влияния на кислотность воды.

Кислотность образца, взятого в реке Красненькая, очень низкая, что указывает на кислотное загрязнение реки и может быть связана с тем, что река протекает рядом с оживленными магистралями (Ленинский проспект) и железнодорожными путями промышленного использования.

Полученные мной результаты исследований вполне согласуются с данными карты Загрязнения водных объектов Красносельского района : наиболее загрязненной рекой района является река Красненькая, и мои данные показали наибольшее кислотное загрязнение ее вод.

Заключение.

Я рассмотрела кислотные дожди, причины их образования и последствия, ими вызываемые. Кислотные осадки могут иметь как естественное происхождение, так и антропогенное. Наибольший вклад в кислотное загрязнение вносят процессы сжигания топлива.

Кислотные дожди оказывают влияние как на окружающую среду в целом, так и на жизнедеятельность человека. Однозначно определить влияние кислотных дождей и кислотного загрязнения как негативное нельзя. Как и многие факторы, влияющие на экологическую обстановку, кислотное загрязнение может приводить и к отрицательным последствиям (например, разрушение металлических конструкций), и к некоторым положительным (уменьшение выработки метана на болотах).

По полученным результатам эксперимента по изучению кислотности вод рек Красносельского района можно сделать выводы:

1) Кислотность вод рек Ивановки и Дудерговки находится в пределах нормы для природной воды.

2) Кислотность образца, взятого в реке Красненькая очень низкая.

3) Данные анализа воды на кислотность свидетельствуют о достаточно благополучной экологической обстановке в районе в целом.