Л Е К Ц И Я № 5 Глобальные выпадения

ЛЕКЦИЯ№5
Глобальные выпадения
Вопрос 1. Образование кислотных дождей
Вопрос 2. Загрязнение атмосферы точечными выбросами
Кислотные и основные свойства дождевой воды и аэрозолей определяются
наличием свободных ионов водорода (Н+) или гидроксил-ионов (ОН-). В
естественных условиях осадки имеют нейтральный или слабокислый характер, что
зависит от растворенных солей естественного происхождения и углекислого газа.
При этом их рН ≈ 5,6.
Водородный показатель повышается за счет пыли, образуемой из щелочных
пород, а также при взаимодействии с океанами. рН понижается за счет закисления
осадков, возникающего при образовании кислот антропогенного происхождения.
При эмиссии сернистого газа в атмосферу возможны следующие реакции:
Газофазное молекулярное окисление
SO2 + O2 = SO3 + O
SO2 + O3 = SO3 + O2
Реакции идут медленно, время жизни примерно 1000 часов.
Газофазное окисление радикалами при фотохимических реакциях
SO2 + OH → HSO3
SO2 + O → SO3
Время жизни примерно 70 часов.
Окисление на поверхности твердых частиц.
(SO2)адс + 2(ОН)адс → [(ОН)2 SO2 ]адс
Идет в условиях повышенной влажности. Время жизни примерно 200 часов.
Окисление жидко-капельных частиц
SO2 + H2O + O3 → H+ +HSO4- + O2
Все эти реакции приводят к образованию серной и сернистой кислот. Быстрее
всего они образуются летом в дневных условиях. Время превращения примерно 37
часов.
Серная кислота хорошо нейтализуется в атмосфере аммиаком. Кроме того,
диоксид серы вымывается осадками, когда его частицы служат ядрами
компенсации.
Доля примеси α (t), вымываемую осадками можно оценить по формуле:
α (t) = αо l-^√тft
где αо – первоначальное количество примеси в момент t = 0, ˄ = 10-4 c-1 –
коэффициент Лангмюра, I – интенсивность осадков в мм/час; ft – время в течении
которого примесь возрастом t подвергалась вымыванию.
Скорость вымывания можно оценить коэффициентом вымывания Kвым (r-1),
показывающим долю примеси, вымываемую за час.
На рисунке показана процентная доля SO2 и H2SO4 на различных расстояниях
от источника выброса и время распространения
Если предложить, что в точке А на расстоянии 200 км от точки выброса
ПДКSO2 = 1 (а в точке выброса равен 3), то в этой точке значение рН упадет до 2,7,
что экологически совершенно недопустимо. ПДК сернистого газа составляет 50
мкг/м3 ; серной кислоты – 100 мкг/м3 , в то время как воздействие на человека при
вдыхании сульфатов наблюдается уже при концентрации (6 – 10) мкг/м3.
Последствия: респираторные заболевания, хронический бронхит, эмфизема легких,
астма, аллергия.
На растительность кислотные дожди действуют непосредственно, а
опосредованно за счет вымывания из почвы алюминия и магния, необходимых
микроэлементов растений.
Аналогичным образом выбросы оксидов азота приводят к образованию
азотистой и азотной кислот. Эти реакции идут очень легко во влажной атмосфере.
В Европе значение рН осадков колеблется от 4 до 5, а в США от 2,7 до 4,7.
На фоновом уровне 80% вклад в кислотность осадков дает углекислый газ, а в
атмосфере промышленных городов более 90% вносят серная и азотная кислоты, и
только 2% углекислый газ.
Закисление озер, водотоков и почв
Закисление осадков привело к закислению озер. В Европе рН воды снизился
от 1,25 до 0,8 единиц.
Особенно резкие изменения рН происходят весной, когда с талыми водами, рН
которых доходит до 3, значительное количество кислоты попадает в озера.
Важным фактором закисления является состав горных пород в районе
водосбора. Наибольшее закисление происходит в районах изверженных пород, с
обилием кварцевого песка. Осадочные породы (известняки, доломиты) не
способствуют закислению.
Серьезную проблему представляет выщелачивание из горных пород тяжелых
металлов и попадания их в воду озер и рек.
Закисление влияет на физико-химический состав почв и ее структуру
(снижается грануляция и воздухопроницаемость). При рН<5 резко снижается
плодородие. Оптимальная кислотность 5,2 ≤рН≤6,8.
Среднеевропейские и восточноевропейские известковые почвы устойчивы к
кислотным дождям, но эта буферность не безгранична.
Подзолистые почвы очень чувствительны к кислотным осадкам. Чрезмерное
увлажнение почвы повышает ее кислотность, поэтому кислотные почвы необходимо
известковать.
При закислении уменьшается скорость разложения органических соединений,
что снижает продуктивность азотфиксирующих бактерий.
Ион водорода задерживает поступление азота в растения, подавляет синтез.
Нарушает углеводно-белковый обмен. Фосфор связывается в труднорастворимую
соль и становится малодоступным для растений. Возникает дефицит кальция, при
этом страдает корневая система.
Кислотные дожди поражают леса, особенно хвойные породы.
Яйца птиц легко разрушаются при кислотных дождях (до 80%). Уже при рН
меньше 6 в пресноводных водоемах уменьшается биоразнообразие. При рН менее 5
наблюдается гибель рыбы. В пресноводных водоемах оптимальное рН лежит в
области 6,5≤рН≤8,5.
При попадании серной кислоты на здания и сооружения происходит их
усиленное разрушение, а металлы быстро коррозируют.