Екологія – Васюкова Г. Т. – 5.1.3.Кислотні дощі. Склад і утворення кислотних дощів
Однією із найважливіших екологічних проблем є підвищення кислотності середовища, що веде до загибелі риби і лісів, підкислення грунту, корозії споруджень і будинків.
Власне кажучи, кислотний дощ являє собою наслідок взаємного впливу одна на одну різних сфер Землі (атмосфери, гідросфери, літосфери, і т. д.) через дисбаланс у кругообігу речовин у них. Причому, слід зазначити, що ці речовини можуть залишати атмосферу не тільки з вологими опадами, але і “сухим” методом – шляхом випадання дисперсних часток, що утворилися, (седиментації). Таким чином, поняття “кислотний дощ” включає вологу (випадання опадів чи сам дощ) і суху (часточки пилу) седиментацію.
При аналізі сполук, які є попередниками кислотних дощів, необхідно враховувати не тільки антропогенні джерела, тобто зумовлені свідомою діяльністю людини, але і природні джерела, наприклад, лісові масиви, оскільки вони в процесі газообміну виділяють значну кількість органічних речовин. Має значення і ступінь урбанізації окремих регіонів, наприклад, виділений аміак може істотно впливати на нейтралізацію кислотних компонентів.
Рис. 5.3. Вплив різних сфер Землі на утворення кислотного дощу
Джерелами кислотних дощів є мікроорганізми, що містять сірку й азот. Розглянемо, як ці речовини і їхні сполуки надходять в атмосферу. Вони частково потрапляють в атмосферу природним шляхом (через поверхню суші, океанів, морів), а частково антропогенним.
Є три види джерел природної емісії сірки.
1. Процеси руйнування біосфери – за допомогою анаеробних (що діють без участі кисню) мікроорганізмів відбуваються процеси руйнування органічних речовин, завдяки чому сірка, що міститься в них, утворює газоподібні сполуки. Виділення сірки біологічним шляхом не перевищує 30-40 млн. тонн у рік, що складає 1/3 усієї кількості сірки, що виділяється.
2. Вулканічна діяльність викидає в атмосферу (більше всього в тропосферу) двоокис сірки, сірководень, сульфати й елементарну сірку. Це складає близько 2 млн. тонн сполук на рік, які вміщують сірку.
3. Поверхня океанів – при випаровуванні крапель води в атмосферу залишається морська сіль, що містить поряд із краплями натрію і хлору сполуки сірки – сульфати, що складає 50-200 млн. тонн сірки в рік. З цих сульфатів не може утворитися сірчана кислота, тому їхній вплив поширюється тільки на регулювання утворення хмар і опадів.
У результаті діяльності людини в атмосферу надходить значна кількість сполук сірки, головним чином у вигляді її двоокису.
Джерелами антропогенного утворення сірки є:
– спалювання вугілля;
– металургійна промисловість;
– підприємство з виробництва сірчаної кислоти;
– переробка нафти;
– спалювання мазуту;
– транспорт.
У такий спосіб в атмосферу щорічно надходить 60-70 тонн сірки (таблиця 5.1).
До складу атмосфери входить ряд азотовмісних мікроречовин, з яких найбільш поширені закис азоту Nfi. У той же час у повітрі є кислотні оксиди азоту, наприклад, окис азоту NO (оксид азоту) і двоокис азоту N02.
Кислотні оксиди азоту мають наступний склад:
– закис азоту – N20;
– окис азоту – NO;
– азотистий ангідрид – N203;
– двоокис азоту – N02;
– оксид азоту – N205.
При нормальних атмосферних умовах приймається до уваги тільки окис, двоокис і закис азоту, тому шо у результаті реакцій, що протікають в атмосфері, утворюється азотиста кислота.
Якщо азотна кислота, що знаходиться в повітрі, нейтралізується, то утвориться азотнокисла сіль, що знаходиться в атмосфері у вигляді аерозолів. Природні і антропогенні джерела сполук азоту і кількість викидів наведені у таблиці 5.2.
Таблиця 5.1 Природні і антропогенні джерела утворення атмосферних сполук сірки
Джерела | Кількість викидів млн. т. сірки на рік | % |
Природні процеси руйнування біосфери | 30-40 | 29-39 |
Вулканічна діяльність | 2 | 9 |
Антропогенні | 60-70 | 59-69 |
Усього | 92-112 | 100 |
Аміак, що має у водному розчині лужну реакцію, відіграє значну роль у регулюванні кислотних дощів, тому що він може нейтралізувати атмосферні кислотні сполуки. Джерелом атмосферного аміаку є грунт, розпад сечі домашніх тварин, внесення добрив, виробництво і згоряння вугілля (таблиця 5.3) альдегіди і кетони 8% (формальдегід, ацетон і ін.) і їхні викиди складають 43,8 млн. тонн у рік, і надходять в атмосферу з природних джерел.
Таблиця 5.2 Природні і антропогенні джерела сполук азоту
Джерела | Кількість викидів, млн. т. |
Відходи діяльності людини | 1*8 |
Виробництво добрив | 0,22 |
Використання рідкого аміаку | 0,1 |
Викиди катіонів лужних і лужноземельних речовин здійснюються, в основному, із природних джерел, частіше при експлуатації доріг без покриттів і грунтів. До промислових джерел відноситься виробництво магнію, сталі, чавуну, видобутку вугілля і мінералів, виготовлення і використання цементу і бетону, сульфатне варіння целюлози, виробництво керамічних виробів. Вони істотно впливають на кислотність опадів, що випадають, нейтралізуючи їх.
Таблиця 5,3 Структура викидів аміаку із антропогенних джерел
Джерела | Кількість викидів N на рік | |
Млн. т. | % | |
Природна грунтова емісія | 8 | 14 |
Грозові розряди | 8 | 14 |
Горіння біомаси | 12 | 21 |
Інше | 2-12 | 4-21 |
Антропогенне: спалювання палива | 12 | 21 |
Транспорт | 8 | 14 |
Промисловість | 1 | 2 |
Усього | 51-61 | 100 |
Леткі органічні сполуки мають такий склад: реакційно здатні алкани – 50% (пропан, бутан), алефіни – 23% (етилен, пропилен і ін.), ароматичні вуглеводні 18% (бензол, ксилол і ін.), Хлорид і фторид водню утворюються в основному при спалюванні вугілля, виробництві оксиду пропилену, фториду водню і фосфатних добрив. Щорічно викидається близько 1,2 млн. тонн хлориду і 0,16 млн. тонн фториду водню.
Процеси, що протікають в атмосфері, можна розділити на наступні групи:
– перенос викидів вітром до зони опадів одночасно з незабрудненим повітрям:
– хімічні і фізичні процеси в газовому середовищі, що призводять до зміни концентрації і хімічного складу повітряного потоку;
– поглинання речовин антропогенного походження хмарами і краплями дощу, їхні хімічні реакції в рідкій фазі і наступне випадання забруднень у вигляді опадів;
– сухе випадання (адсорбція на грунті, кронах дерев).
Багато стадій процесів, що протікають в атмосфері, можуть бути зворотними, у результаті чого молекула забруднюючої речовини може перетерпіти кілька циклів трансформації до досягнення нею поверхні Землі.
Аналіз показав, що 25-30% S02 і 15-25% N02 переноситься вітрами від промислових підприємств на відстані більше 200 км.
Випадіння кислотних дощів на поверхню Землі може здійснюватися двома шляхами: вимиванням опадів і випадінням опадів.
Вимивання опадів – намивання кислотних речовин з атмосфери відбувається під час утворення хмар і опадів. За умови перенасиченості повітря водяними парами (більш 100%) відбувається випадіння крапель хмар, що промивають шар атмосфери між хмарами і поверхнею Землі. Таким чином, дощ що випадає, зовсім не є дистильованою водою.