Кислотные дожди

    Кислотные  дожди 

    Термин «кислотные дожди» ввел  в 1872 г. английский инженер  Роберт  Смит в книге «Воздух и дождь: начало химической климатологии».  Кислотные  дожди, содержащие растворы серной и  азотной  кислот,  наносят  значительный  ущерб природе. Земля, водоемы, растительность, животные и постройки становятся  их жертвами. На территории России в 1996 г. вместе с осадками  выпало  более  4 млн. т серы и 1,25 млн. т  нитратного  азота.  Особенно  тревожная  ситуация сложилась  в  Центральном  и  Центрально-Черноземном  районах,  а  также   в

Кемеровской области и  Алтайском  крае,  в  Норильске.  В  Москве  и  Санкт-

Петербурге  с кислотными дождями на землю  в год выпадает до 1500 кг  серы  на 1 км2. Заметно меньше  кислотность осадков в прибрежной  зоне  северных, западно- и восточносибирских морей.  Самым благоприятным регионом  в этом отношении признана Республика Саха (Якутия).

    При сжигании любого ископаемого  топлива (угля, горючего сланца, мазута)

в составе  выделяющихся газов содержатся диокиси серы и азота. В зависимости от состава топлива их может быть  меньше  или  больше.  Особенно  насыщенные сернистым газом выбросы дают высокосернистые угли  и  мазут.  Миллионы  тонн диоксидов серы, выбрасываемые в атмосферу,  превращают  выпадающие  дожди  в слабый раствор кислот.

    Окислы азота образуются при  соединении азота с кислородом  воздуха  при

высоких температурах, главным образом в двигателях  внутреннего сгорания  и

котельных установках. Получение  энергии,  увы,  сопровождается  закислением

окружающей  среды. Дело осложняется еще и  тем, что трубы   теплоэлектростанций стали расти в высоту,  и  достигают  250—300,  даже  400  м,  следовательно, выбросы в атмосферу теперь рассеиваются на огромные

территории.

    Кислотность  водного   раствора   определяется   присутствием   в   нем

положительных водородных  ионов  Н+  и  характеризуется  концентрацией  этих

ионов в  одном литре раствора C(H+)  (моль/л  или г/л).  Щелочность  водного

раствора   определяется   присутствием    гидроксильных    ионов    ОН–    и

характеризуется их концентрацией C(ОН–).

    Как показывают расчеты,  для   водных  растворов  произведение  молярных

концентраций  водородных и гидроксильных ионов  – величина постоянная,  равная С(H+)C(ОН–) = 10–14, другими словами, кислотность  и  щелочность  взаимосвязаны:  увеличение кислотности приводит к снижению щелочности, и наоборот.

    Раствор  является   нейтральным,   если   концентрации   водородных   и

гидроксильных ионов одинаковы и равны (каждая) 10–7 моль/л. Такое  состояние характерно для химически чистой воды.

    Из сказанного следует, что  для кислых сред выполняется  условие:

    10–7 < C(H+) ? 100,

    для щелочных сред:

    10–14 ? C(H+) < 10–7.

    На практике степень кислотности  (или  щелочности)  раствора  выражается

более удобным  водородным показателем рН, представляющим собой отрицательный десятичный логарифм молярной концентрации водородных ионов:

    рН = –lgC(H+).

    Например, если в растворе  концентрация  водородных  ионов  равна  10–5

моль/л, то показатель кислотности этого раствора рН = 5. При этом  изменению

показателя  кислотности рН на единицу соответствует десятикратное изменение

концентрации  водородных  ионов  в  растворе.  Так,  концентрация  водородных

ионов в  среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4  и

5 соответственно.

    В кислых растворах рН < 7, и чем меньше, тем кислее раствор. В щелочных

растворах рН > 7, и чем больше, тем выше щелочность раствора.

    Шкала кислотности идет от  рН = 0 (крайне высокая кислотность) через рН

= 7 (нейтраль 

    Чистая природная, в частности  дождевая, вода в отсутствие загрязнителей

тем не менее имеет слабокислую реакцию (рН = 5,6),  поскольку в ней легко

растворяется  углекислый газ с образованием слабой угольной кислоты:

    СО2 + Н2О [pic]Н2СО3.

    Для определения показателя кислотности  используют различные рН-метры, в

частности дорогостоящие электронные приборы.  Простым  способом  определения

характера  среды  является  применение  индикаторов  –  химических  веществ,

окраска  которых изменяется   в   зависимости   от   рН   среды.   Наиболее

распространенные  индикаторы –  фенолфталеин,  метилоранж,  лакмус,  а  также

естественные  красители из красной капусты  и черной смородины.

    Дождевая вода, образующаяся при  конденсации водяного пара, должна  иметь нейтральную реакцию, т.е. рН=7. Но даже в самом чистом воздухе  всегда  есть диоксид углерода, и дождевая вода,  растворяя  его,  чуть  подкисляется  (рН 5,6—5,7). А вобрав кислоты, образующиеся из диоксидов серы  и азота,  дождь становится  заметно  кислым.  Уменьшение  рН  на   одну   единицу   означает увеличение кислотности в 10 раз, на две — в 100 раз и т.д.   Мировой  рекорд принадлежит шотландскому городку Питлокри,  где 20  апреля  1974  г.  Выпал дождь с рН 2,4, — это уже не вода, а что-то вроде столового уксуса. 

    Последствия кислотных осадков. 

    В 70-х гг. в реках и озерах  скандинавских стран  стала   исчезать  рыба,

снег в  горах окрасился в  серый  цвет,  листва  с  деревьев  раньше  времени

устлала землю. Очень скоро те же явления заметили в  США,  Канаде,  Западной

Европе.  В  Германии  пострадало  30%,  а  местами  50%  лесов.  И  все  это

происходит  вдали от городов и промышленных центров. Выяснилось, что  причина всех этих бед — кислотные дожди.

    Показатель рН меняется в разных водоемах, но в ненарушенной  природной

среде диапазон этих изменений  строго  ограничен.  Природные  воды  и  почвы

обладают  буферными возможностями, они способны  нейтрализовать  определенную часть кислоты и сохранить среду. Однако очевидно, что  буферные  способности

природы не беспредельны.

    В водоемы, пострадавшие от  кислотных дождей, новую жизнь  могут вдохнуть

небольшие количества фосфатных удобрений; они  помогают  планктону  усваивать нитраты, что  ведет  к  снижению  кислотности  воды.  Использование  фосфата дешевле, чем извести, кроме того, фосфат оказывает  меньшее  воздействие  на химию воды.

    Земля и растения, конечно, тоже  страдают от кислотных дождей: снижается

продуктивность  почв, сокращается поступление питательных  веществ,  меняется

состав почвенных  микроорганизмов.

    Огромный вред наносят кислотные  дожди лесам. Леса высыхают, развивается

суховершинность на  больших площадях.  Кислота увеличивает подвижность в

почвах алюминия, который токсичен  для  мелких  корней,  и  это  приводит  к

угнетению  листвы  и  хвои,  хрупкости  ветвей.  Особенно  страдают  хвойные

деревья, потому что хвоя сменяется реже, чем листья, и  поэтому  накапливает

больше вредных  веществ за один и тот же период. Хвойные деревья  желтеют,  у

них изреживаются  кроны,  повреждаются  мелкие  корни.  Но  и у лиственных

деревьев  изменяется окраска листьев, преждевременно опадает  листва,  гибнет

часть  кроны,  повреждается  кора.  Естественного  возобновления  хвойных  и

лиственных  лесов не происходит.

    Все  больший  ущерб  кислотные   дожди   наносят   сельскохозяйственным

культурам: повреждаются покровные ткани растений, изменяется  обмен  веществ в  клетках,   растения   замедляют   рост   и   развитие,   уменьшается   их

сопротивляемость  к болезням и паразитам, падает урожайность.

    Специалисты американского университета  штата Северная Каролина  изучили

воздействие,  оказываемое  кислотными  дождями  на  растения  в  период   их

максимальной  восприимчивости  к  факторам  внешней  среды.   Под   влиянием

кислотных  дождей  непосредственно  после  опыления  в   початках   кукурузы

формировалось меньше зерен,  чем  при  орошении  чистой  водой.  Причем  чем больше в дождевой воде содержалось кислоты, тем меньше зерен  образовывалось в початках. Вместе с тем  выяснилось,  что  кислотные  дожди,  прошедшие  до опыления, не оказывали заметного влияния на формирование зерен.

    Проведены исследования степени  восприимчивости к  кислотным   дождям  18

видов сельскохозяйственных культур  и  11  видов  декоративных  растений  на

ранних  стадиях  роста.  Наиболее  подверженными вредоносному   воздействию оказались листья томатов, сои, фасоли, табака, баклажанов,  подсолнечника  и хлопчатника. Наименее восприимчивыми  — озимая  пшеница,  кукуруза,  салат, люцерна и клевер.

    Кислотные дожди  не  только  убивают  живую  природу,  но  и  разрушают

памятники архитектуры. Прочный, твердый мрамор, смесь окислов  кальция  (СаО и СО2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс  (СаSО4). Смена температур, потоки дождя  и  ветер  разрушают  этот  мягкий  материал. Исторические памятники Греции и  Рима,  простояв  тысячелетия,  в  последние годы разрушаются прямо на глазах. Такая же судьба  грозит  и  Тадж-Махалу  — шедевру индийской архитектуры периода Великих Моголов, в Лондоне — Тауэру  и Вестминстерскому аббатству. На соборе Св. Павла в  Риме  слой  портлендского известняка разъеден на 2,5 см. В  Голландии  статуи  на  соборе  Св.  Иоанна тают,  как  леденцы.  Черными  отложениями  изъеден  королевский  дворец  на площади Дам в Амстердаме.

    Более  100  тыс.  ценнейших   витражей,  украшающих  соборы   в   Шатре,

Контербери, Кёльне, Эрфурте, Праге, Берне, в других  городах Европы  могут

быть полностью  утрачены в ближайшие 15— 20 лет.

    Изучив новые данные  о  кислотности   осадков,  выпадающих  в  различных

регионах Западной Европы,  и о воздействии их  на  здания  и сооружения,

сотрудники  Дублинского   университета   (Ирландия)   выявили,   что   самое

катастрофическое  положение сложилось в центре  Манчестера  (Великобритания), где за 20 месяцев кислотные осадки растворили более 120  г  на  1  м2  камня (песчаника, мрамора или известняка).

    Город  пострадал  очень   сильно,  хотя  общее  количество   осадков   в

наблюдаемый отрезок  времени  там  было  крайне  низким.  Очевидно,  слишком высока была степень их кислотности.

    За Манчестером следует Липхун (графство  Гэмпшир  в Великобритании)  и

Антверпен (Бельгия), где каждый камень под  открытым небом потерял 100 г с  1

м2. Даже  такие известные загрязненностью атмосферы города,  как Афины,