Кислотные дожди: яд с неба

Известно, что чистая природная, в частности дождевая, вода в отсутствие загрязнителей имеет pH = 5,6–6,0. А вот у кислотного дождя она намного меньше и может составлять даже 2,8 единицы.

При этом следует иметь в виду, что кислотный дождь – это не какой-то особый вид осадков, а хорошо знакомые нам ливень, снег, туман и т. д., у которых низкий pH из-за присутствия в атмосфере значительного количества оксидов кислот. Основными же соединениями, образующими кислотные дожди, являются диоксид серы и оксиды азота.

Источником же диоксида серы являются богатые серой углеводороды, в частности уголь и мазут, в которых содержание этого элемента колеблется от 0,5 до 5–6 %. В результате сжигания одного миллиона тонн угля образуется примерно 25 тысяч тонн серы, в основном – ее диоксида. Мазут в этом отношении гораздо качественнее: он при сжигании выделяет в 4–5 раз меньше окисленной серы, чем уголь.

А, как известно, уголь и мазут широко используются в энергетике и промышленности: на электростанциях, в металлургии, машиностроении, в производстве химических материалов. Поэтому и выбросы кислотообразующих соединений осуществляют в основном высокоразвитые промышленные страны, создавая серьезную проблему не только для себя, но и для своих ближайших соседей.

Кроме того, существуют и естественные источники оксидов серы. Например, они образуются в процессе разрушения органических веществ под действием анаэробных микроорганизмов, в результате чего синтезируется сероводород, который в атмосфере окисляется до серы, оксидов серы, сульфатов и других соединений серы. Кроме того, оксиды серы, сероводород и сульфаты попадают в атмосферу при извержении вулканов.

От кислотных дождей страдают архитектурные сооружения, в том числе и исторические памятники

Но в любом случае диоксид серы, попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений, в результате которых образуется серная и сернистая кислоты. Их аэрозоли, в свою очередь, активизируют конденсацию водяного пара, находящегося в атмосфере, вызывая кислотные осадки: дожди, туманы, снег.

Когда серная кислота попадает на землю, она включается в биохимические реакции серобактерий, где переводится в доступные для растений соединения, которые затем участвуют в образовании белков.

Что же касается оксидов азота, то на их распространение в атмосфере обратили внимание только после того, как было установлено, что появление озоновых дыр находится в тесной связи с азотным циклом разрушения озона.

В настоящее время существует два источника поступления оксидов азота в атмосферу: в результате грозовых разрядов и в результате хозяйственной деятельности человека. В дальнейшем диоксид азота при избытке кислорода вступает в реакцию с атмосферной влагой. В результате этих процессов в атмосфере ежегодно образуется около 700 миллионов тонн азотной кислоты, которая в виде слабого раствора с дождями, снегом и другими осадками выпадает на землю. Здесь эта кислота переходит в ее соли – нитраты, которые прекрасно усваиваются растениями.

Вообще же в балансе кислотных осадков примерно 70 % приходится на аэрозоли серной и сернистой кислот, остальные 30 % – на аэрозоли азотной и азотистой кислот.

А теперь, выяснив источники и механизмы возникновения кислотных дождей, попытаемся разобраться, какое влияние оказывают эти токсичные осадки на природные комплексы и здоровье человека. И начнем этот разговор с истории знакомства человека с этим феноменом.

Впервые кислотные дожди проявили себя в 50-х годах прошлого столетия в Западной Европе и Северной Америке. Но поскольку объемы техногенных выбросов оксидов серы и азота за последние десятилетия многократно возросли, размах этого бедствия тоже оказался очень велик. А отрицательные последствия стали настолько значительны, что эта проблема теперь входит в число глобальных.

И это вовсе не голословное утверждение, поскольку оно подтверждается убедительными фактами. Так, кислотные дожди оказывают отрицательное воздействие на водные экосистемы, почву и растительность.

Любой гидробиолог знает, что больше всего видов животных обитает в водоемах, в которых pH воды находится в нейтральной или слабощелочной области. А вот водоемы с очень высоким или с очень низким pH практически необитаемы. Естественно, первыми негативному воздействию кислотных дождей подверглись озера и реки. В Скандинавии, США, Канаде несколько сотен озер превратились в кислотные водоемы. В Швеции в 2500 озерах резко снизилась продуктивность. В Норвегии в 1750 озерах из 5000 пропала рыба. В провинции Онтарио (Канада) пострадало 20 % озер, а в провинции Квебек – до 60 % озер. И виной этим экологическим бедствиям – кислотные дожди.

Кроме того, что само по себе окисление вод негативно сказывается на живых организмах, повышение кислотности также способствует появлению в воде токсичных ионов тяжелых металлов – кадмия, свинца и других, которые до этого находились в составе инертных соединений, не представляющих угрозы обитателям водоемов.

Но подкисленные осадки попадают не только в водоемы, но и в почву. И хотя обитатели этой экологической ниши лучше, по сравнению с водными организмами, приспособлены к низким значениям pH почвенной влаги, но и на них негативно воздействует возрастающая кислотность. Особенно это касается азотфиксирующих бактерий. Но, помимо замедленного развития микрофлоры, на подкисленных почвах плохо развиваются и высшие растения, поскольку повреждается их корневая система: а это отрицательно сказывается на их питании.

Нередко кислые почвы являются также одной из основных причин усыхания лесов в ряде областей Северного полушария. Больше всего от этого фактора страдают еловые, сосновые, пихтовые и дубовые леса. Связано это с тем, что под воздействием кислотных осадков нарушаются процессы транспирации и фотосинтеза. Из-за кислотных дождей на огромных территориях оказались поврежденными леса в Центральной Европы. Например, в одной только Германии это бедствие охватило 35 %, или 2,5 миллиона, гектаров лесного фонда.

Но не только живая природа подвергается разрушительному воздействию кислотных дождей. От них страдают архитектурные сооружения, в том числе и исторические памятники. Например, такие шедевры мирового зодчества, как Акрополь в Афинах, Кельнский собор в Германии и другие грандиозные сооружения за несколько десятков лет XX века получили намного больше повреждений, чем за все предыдущие столетия.

Тревожит специалистов, особенно медиков, и тот факт, что загрязнение атмосферы кислотообразующими соединениями отрицательно сказывается на здоровье человека. Так, вдыхание влажного воздуха, в котором присутствует диоксид серы, представляет серьезную опасность для пожилых людей, страдающих сердечно-сосудистыми и респираторными заболеваниями.

Вреден такой воздух и для здоровых людей, поскольку оксиды серы обладают канцерогенным действием. Установлена прямая связь между смертностью от бронхитов и концентрацией диоксида серы в воздухе. Так, во время Великого лондонского смога в 1952 году более 4000 человек погибли от повышенной концентрации во влажном воздухе диоксида серы и сульфатных частиц.

В ходе многочисленных исследований было также установлено, что рост количества заболеваний дыхательных путей напрямую зависит от степени загрязнения воздуха диоксидом азота. Проникнув в органы дыхания, он начинает взаимодействовать с гемоглобином крови, тем самым ухудшает транспортировку кислорода к тканям, провоцируя развитие респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний. Так, в феврале 1972 года по этой причине заболело более 70 тысяч жителей Японии. Причем во многих случаях заболевание имело летальный исход.

Итак, даже краткий перечень тех бед, которые несут природе и людям кислотные дожди, говорит о том, что это довольно серьезная угроза человечеству. Поскольку они выпадают не в каком-то одном месте, а охватывают огромные территории.

Так, кислотным осадкам, выпадающим в виде дождей в Западной Европе и Северной Америке, подвергаются территории площадью более 10 миллионов квадратных километров. При этом средняя кислотность этих осадков составляет 5–4,5 единицы. Кроме Европы и Северной Америки, кислотные дожди стали почти обычным явлением в промышленных районах Азии, Латинской Америки и Африки. В России наиболее высокие уровни выпадений окисленной серы и оксидов азота фиксируются в Северо-Западном, Центральном, Центрально-Черноземном, Уральском и других густонаселенных и промышленных регионах страны.

И масштабы этого бедствия растут, захватывая все новые и новые страны и области Земли. Тому причиной и увеличивающиеся объемы промышленного производства, и рост числа электростанций, и постоянно возрастающие объемы вносимых в почвы азотных удобрений.

Безусловно, чтобы уменьшить степень опасности, которая таится в кислотных дождях, человечество должно в полной мере воспользоваться теми технологиями, которые не только находятся в стадии разработки, но и уже внедрены в промышленность и сельское хозяйство.

Это энергосберегающие, безотходные и малоотходные технологии производственных процессов, альтернативные источники энергии, соблюдение международных норм выбросов диоксида серы и оксидов азота, а также разнообразные меры экологического контроля над состоянием окружающей среды.

И если не до конца, то хотя бы частично эти меры могут снять угрозу необратимых негативных процессов в биосфере Земли, вызванных кислотными осадками.