Кислотные дожди в атмосфере
Одна из глобальных экологических проблем, характерная для многих стран — это кислотные дожди. Само название говорит нам о имеющейся в них кислотности, которая разрушает окружающую среду. Причем появиться кислотные осадки могут как в результате деятельности человека, так и по естественным природным причинам. Каким же образом они формируются, какие влекут за собой последствия — разбираемся вместе с экспертами.
Что такое кислотный дождь
Любая жидкость имеет определенный уровень кислотности — pH. К примеру, в питьевой воде водородный показатель pH должен быть 6,5-8,5 мг/л, а в воде плавательного бассейна — 6,0-9,0 мг/л. Когда значение выходит за пределы этих цифр, у человека могут появиться проблемы со здоровьем.
Обычные атмосферные осадки имеют показатель 5,6, но когда они смешиваются с кислотообразующими веществами, то это значение уменьшается и появляется кислотный дождь (1). На первый взгляд не совсем понятно, чем такие осадки отличаются от обычных и могут ли нанести вред человеку и окружающей среде. Чтобы выяснить природу их появления и значимость в мире, заглянем в научные факты.
Полезная информация о кислотных дождях
| Имеют сложный химический состав | Двуокись серы и оксид азота попадают в атмосферу и разносятся ветрами. В дальнейшем происходит реакция этих двух веществ с молекулами воды, кислородом и другими химическими веществами. Полученная смесь образует серную и азотную кислоту и вместе с большим количеством воды выпадает в виде дождя, снега, града на землю (2). |
| Две формы кислотных дождей | 1. Влажные отложения — это и есть осадки, которые мы видим в разное время года. 2. Сухие отложения не имеют влаги и оседают в виде кислых частиц и газов на любых поверхностях: водоемах, зданиях, растениях. Когда падает дождь, то он соединяется с этими частицами, и по земле течет уже кислая вода, разрушающая все живое (2). |
| Глобальные негативные изменения из-за ядовитых осадков происходят в водной среде | Кислотный дождь попадает в водоемы, это приводит к поражению организмов водных обитателей и к их гибели. Страдают и сухопутные животные, и птицы, которые пьют такую воду. Происходит закисление почвы, и из нее выделяются вредные вещества, которые впитывают растения. Человек, который пьет такую воду или употребляет в пищу зараженную рыбу или растение, может получить серьезные заболевания (2). |
| Но есть и позитивная сторона | Выбросы метана — одна из причин к глобального потепления. Если причина их появления природная, то на помощь придут кислотные осадки. В них содержится сера, способная уменьшать естественное производство метана. Она ограничивает активность микробов, которые вырабатывают этот парниковый газ (2). |
Причины образования кислотных дождей в России и мире
Ежегодно во всем мире происходят выбросы вредных отходов в атмосферу. Они, в свою очередь, запускают механизм развития кислотных осадков. Откуда берется эта ядовитая смесь в воздухе — рассмотрим ниже.
1. Автомобильные газы
Люди стремятся к постоянному повышению качества жизни, и личный транспорт занимает в их списке потребностей не последнее место. Поэтому количество автомобилей на дорогах становится больше, а значит, увеличивается и объем выхлопов в городах. Автомобильные газы смешиваются с парами в воздухе, образуя кислотный дождь. Выхлопные газы — глобальна проблема, например, выбросы от транспортных средств — одна из основных причин загрязнения воздуха в Индии (3).
2. Выбросы в результате сельскохозяйственной деятельности
Чрезмерное использование удобрений и пестицидов приводит к образованию в атмосфере аммиака и химически активных соединений азота, а впоследствии — к возникновению кислотных осадков (3).
3. Сжигание органического топлива
Крупные промышленные предприятия сжигают уголь и мазут, в результате чего формируются токсичные соединения, выпадающие в виде кислотных осадков. Такая деятельность характерна для металлургических, плавильных заводов, нефтеперерабатывающих комбинатов, ТЭЦ, а также для организаций, где производят цемент, химические продукты, фармацевтические препараты (4).
Потребление ископаемого топлива в большом количестве отрицательно повлияло на атмосферу США и Великобритании (5, 6).
Промышленные печи и котлы предприятий Канады также сбрасывают вредные пары и отравляют расположенные рядом города. Сложный период наблюдался в Норвегии до 1970 года из-за выбросов двуокиси серы и оксида азота — из-за этой деятельности пришли кислотные дожди и нанесли серьезный ущерб экосистеме страны (7).
Однако сильнее всего пострадали природа и жители Китая. Уголь здесь — основной источник энергии, необходимый для жизни и развития страны. Но вместе с тем он загрязняет воздух (8).
Не обошли стороной кислотный дожди и Россию: при сжигании угля, горючего сланца и мазута пострадали многие регионы. Один из самых серьезных источников загрязнения в РФ — теплоэлектростанции. Так как трубы ТЭЦ имеют высоту 400 метров, то выбросы рассеиваются на огромные территории (9).
4. Природные явления
Кислотный дождь может образоваться не только из-за воздействия человека на окружающую среду, но и по естественным причинам — вследствие процессов, происходящих в природе. К примеру, такие осадки встречаются после вулканической активности, во время которой выделяется большое количество серы. В каплях или снежинках также возможно наличие серной кислоты и озона, образуемых во время грозы (4).
Возможные последствия проблемы кислотных дождей в России и мире
Кислотные дожди не проходят бесследно ни для живых организмов, ни для объектов, созданных человеком. Поскольку такие осадки состоят из ядовитых соединений, то их обилие наносит урон, иногда не подлежащий восстановлению.
1. Вред для здоровья человека
Из-за выбросов страдает нервная система, снижаются умственные способности. Человек реагирует на происходящие в жизни события медленно и заторможено. Вредные вещества накапливаются в организме и в дальнейшем могут привести к образованию злокачественных образований. Снижается иммунитет, в результате мы чаще простываем, обостряются хронические заболевания сердца. У некоторых людей развивается бронхит и астма (10).
2. Отрицательное влияние на природу
В первую очередь, ухудшается состояние рек и озер. Сокращается количество рыб в водоемах, уменьшается их разновидность. В некоторых кислых озерах рыба полностью исчезает. Животные, которые чувствительны к условиям окружающей среды, могут не выжить при употреблении загрязненной воды, или после пребывания в ней. Кислотные дожди вымывают из почвы алюминий, минералы, а значит деревьям для роста и развития негде брать питательные вещества, и они погибают (10).
3. Порча неживых объектов
Частицы кислотного дождя попадают на поверхность статуй, памятников, зданий, и других искусственных сооружений и повреждают ее. Они способны разъедать металл, ухудшать внешний вид краски и камня (10).
Кислотные осадки вызывают коррозию металла, что сказывается на железнодорожной отрасли и авиационной промышленности, так как для восстановления транспорта приходится тратить значительные средства (7).
Пути решения проблемы кислотных дождей в России и мире
Во многих странах кислотные дожди считают серьезной угрозой для человечества, поэтому принимаются серьезные меры для того, чтобы уменьшить вероятность зарождения ядовитых осадков.
На мировом уровне
Отравляющие пары разносятся ветрами на несколько тысяч километров и могут пересекать границы стран. В связи с этим в 1979 году была подписана Женевская конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (11). Страны Европейского континента договорились вместе бороться с загрязнением воздуха и использовать эффективные способы сокращения выбросов в атмосферу:
- ограничить выбросы оксида азота и летучих органических соединений,
- сократить выбросы серы, кадмия, свинца и ртути,
- постепенно отказаться от этилированного бензина,
- сократить выбросы диоксинов, фуранов, полициклических ароматических углеводородов и гексахлорбензола,
- установить при сжигании медицинских и бытовых отходов предельные значения,
- встречаться раз в год и обсуждать достижения и планы на будущее (11).
Канада и США решили трансграничную проблему, подписав в 1991 году Канадско-американское соглашение о качестве воздуха. Оба государства договорились снижать количество выбросов и совместно участвовать в научных и технических разработках, направленных на улучшение экологической ситуации (12).
Почти 100 городов со всей планеты объединились для битвы с климатическим кризисом. Это движение зарегистрировано декларацией объединения C40 и предлагает следующие методы для решения проблемы загрязнения атмосферного воздуха:
- сократить вредные выбросы вдвое,
- внедрять инновации, позволяющие уменьшить агрессивное воздействие на природу и человека,
- помогать частному бизнесу решать проблемы загрязнения атмосферы,
- стремиться к высоким положительным результатам и вдохновлять на это другие города и страны (13).
Для борьбы с загрязнением окружающей среды в 2019 году была введена важная дата: 7 сентября — Международный день чистого воздуха для голубого неба (14).
Всемирная организация здравоохранения также на страже экологического порядка. В 2021 году ВОЗ озвучила новые глобальные рекомендации по качеству воздуха: в них перечислено допустимое количество вредных веществ в атмосфере (15).
На государственном уровне
Страны стремятся решать проблему загрязнения воздуха не только на мировом уровне, но и на своей территории.
В США в 1970 году был издан и в 1990 году окончательно отредактирован «Закон о чистом воздухе». С помощью него установили ограничения на загрязнение атмосферы. В результате за период с 1990 года по 2017 год количество выбросов диоксида серы удалось сократить на 88%, а диоксида азота — на 50% (16).
С 2000 года Китай ввел штрафы за загрязнение воздуха выхлопами. С 2007 года контроль за количеством выбросов двуокиси серы помог сократить их на 75% (17).
В России борьба с кислотными осадками началась в 1990 году. В стране ужесточили природоохранное законодательство, сформировали нормы выбросов вредных паров и повысили штрафы за неисполнение правил. Эти меры не смогли полностью решить проблему, поэтому позже провели ряд дополнительных мероприятий:
- установили фильтры, циклоны и катализаторы на выхлопных и дымовых трубах,
- перешли на двухстадийное сжигание топлива,
- стали использовать в зоне горения воду или водяного пара,
- запустили химические способы очистки уходящих газов (18).
В России реализуется федеральный проект «Чистый воздух» по снижению выбросов в атмосферу. В 12 городах участниках будут решаться такие задачи:
- модернизация оборудования на промышленных предприятиях,
- уменьшение объемов выхлопов от транспорта,
- перевод жилых домов с угольного и дровяного отопления на электрическое и газовое,
- замена общественного транспорта более экологичными моделями (19).
Германия одним из первых государств сообщила об отказе от угля для производства электроэнергии. Руководствуясь «Законом о возобновляемых источниках энергии» от 2000 года, в этой стране дополнительно используют альтернативные источники энергии и к 2030 году планируют вырабатывать за счет них 80% электричества. Среди основных способов — ветровая и солнечная энергетика (20).
В Колумбии город Богота выступает лидером по снижению загрязнения воздуха. Здесь уже электрифицируют сеть общественного транспорта и планируют также поступить с системой метро. Мэр города отмечает важность замены автомобиля велосипедом (21).
Государства решают проблему кислотных дождей не только с помощью уменьшения объемов выбросов в атмосферу. Они проводят реабилитацию в местах, пострадавших от последствий кислотных дождей.
Норвегия и Швеция использовали для восстановления озер и рек порошкообразный известняк. Эти страны добавляли в водоемы известняковую муку, в результате чего состояние воды становилось нейтральным. В Великобритании известкование в 2003 году позволило не просто очистить реку, но и вернуть лосося в родные места. В США рекультивацию земель производили, используя кальциевые гранулы. Их разбрасывали по водоразделу вертолетом в течение нескольких дней. После обработки деревья возобновили свои силы и стали лучше переносить природные катаклизмы (1).
На уровне производств и бизнеса
Отдельные компании и корпорации не желают оставаться в стороне и предпринимают шаги к исцелению атмосферы.
Можно помогать природе не только на масштабном уровне. Есть методы, которые по силам любой даже маленькой организации.
- Разрешить сотрудникам работать удаленно, чтобы сократить количество автомобилей на дорогах.
- Поощрять подчиненных, если они используют безопасные для окружающей среды виды транспорта: велосипед, самокат, ходьба.
- Установить воздушные фильтры в офисах.
- Правильно утилизировать мусор и хранить продукты питания.
- Выделять сотрудникам время на участие в волонтерских экологических программах по борьбе с загрязнением воздуха (22).
На бытовом уровне
Человек — часть большой системы: мира, государства, организации, семьи. Если каждый из нас будет стремиться к заботе об окружающей среде, то совместными усилиями мы избавимся от кислотных дождей и принесем пользу всему живому на Земле. Существует несколько способов, как люди могут улучшить качество воздуха.
- Поддерживать чистый воздух в собственном доме и следить за исправной работой вентиляции.
- Использовать бытовые очистители воздуха в квартире.
- Выбирать альтернативные способы передвижения, например, когда это возможно, заменить транспорт на велосипед.
- Покупать для уборки дома безопасные натуральные чистящие средства, которые не выделяют в атмосферу токсичные вещества.
- Высаживать растения — они снижают уровень загрязняющих веществ, во дворах и рядом с дорогами.
- Выбирать электричество, а не газ. Например, лучше использовать электрическую газонокосилку, так как газовая или бензиновая выделяют оксид азота и углекислый газ.
- Отапливать помещение с помощью электрических источников, а не дровяного камина. При сжигании древесины выделяется множество загрязняющих веществ, в том числе оксид азота.
- Объединяться в сообщества и вместе делать окружающий мир чище.
Отзывы экспертов о проблеме кислотных дождей в 2023 году
Наталья Марьенко, эколог-аудитор, управляющая компании «ЭкоТренд» в Санкт-Петербурге:
— Бороться непосредственно с кислотными осадками довольно трудно. Куда важнее обращать внимание на причины их образования и снижать количество выбросов от основных источников, которые являются причиной возникновения кислотных дождей. Чаще всего речь идет о крупных предприятиях, которые занимаются, например, обработкой нефтепродуктов, сжиганием угля или, например, работают в сфере металлургии. Спрос на продукцию, которую поставляют такие производства, растет, а значит, расчет и количество выбросов в атмосферу, которые впоследствии превращаются в кислотные осадки. Однако вместе с тем появляются и новые технологии, которые либо позволяют снизить сами выбросы, либо эффективно улавливать основные загрязняющие вещества. Поэтому спрогнозировать развитие этой проблемы в будущем довольно сложно.
Вадим Петров, статс-секретарь Экологической палаты России, Председатель Общественного совета при Федеральной службе по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет) в Москве:
— Деятельность человека — причина большинства выбросов диоксида серы. Антропогенных выбросов в воздух попадает в виде 60-65% производных серы, 37-50% азотсодержащих соединений и 100% летучих органических соединений. Главные источники:
- энергетические предприятия, выхлопные газы транспортных средств — образуют половину выбросов оксида азота;
- интенсивное животноводство — производится аммиак из разложения органического вещества;
- использование аэрозолей;
- загрязнение атмосферы фреонами, бытовыми и промышленными растворителями;
- бензозаправки.
Загрязнения переносятся на большие расстояния от места их возникновения. При контакте с атмосферой происходит окисление, из-за чего образуются серная и азотная кислоты. Они растворяются в каплях воды в облаках и выпадают на поверхность земли в виде кислотных дождей, снега или тумана.
Популярные вопросы и ответы
Кислотные осадки способны не только загрязнять воздух, но и вызывать другие отрицательные изменения в природе. Вместе с экспертами отвечаем на распространенные вопросы о кислотных осадках.
Как кислотные дожди связаны с другими природными загрязнениями?
Выпадение кислотных осадков негативно влияет на многие виды растений, в особенности на лиственницу, ель и пихту. Угнетение растительности в районе выпадения кислотных осадков снижает способность атмосферы к самоочищению, а значит, существует вероятность повышения концентрации других загрязняющих веществ, например, углекислого газа.
Кислотные дожди могут приводить к эвтрофикации — ухудшению качества воды водоемов. При эвтрофикации может наблюдаться цветение водорослей, которые производят опасные токсины. К примеру, анатоксин-А — высокотоксичное соединение, поражающее нервную систему.
Влияют ли кислотные дожди на здоровье людей?
Есть ли какой-то положительный эффект у кислотных дождей?
Ученые говорят о том, что кислотные дожди могут снижать содержание парниковых газов в атмосфере. В одном из исследований выявлено, что кислоты, содержащиеся в облаках над океаном, могут разрушать относительно крупные частицы пыли, содержащие железо, на чрезвычайно мелкие и хорошо растворимые наночастицы, которые легко усваиваются планктоном. Повышение биологической продуктивности океана может увеличить способность фитопланктона усваивать углекислый газ, тем самым снизив эффект от парниковых выбросов.
Источники
- Водородный показатель //Испытательный центр МГУ. 2019.
URL: https://www.msulab.ru/knowledge/water/vodorodnyy-pokazatel/ - What Acid Rain Is and Ways to Restore the Damage It Causes //Interesting Engineering. 2020.
URL: https://interestingengineering.com/science/what-acid-rain-is-and-ways-to-restore-the-damage-it-causes - Global Trends of Acidity in Rainfall and Its Impact on Plants and Soil // National Library of Medicine. 2022.
URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9672585/ - Экологические проблемы образования кислотных осадков как следствие антропогенной деятельности // International Journal of Humanities and Natural Sciences, vol. 5-1 (68). 2022.
URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskie-problemy-obrazovaniya-kislotnyh-osadkov-kak-sledstvie-antropogennoy-deyatelnosti/viewer - Acid rain, causes, effects and control strategies // International Journal of All Research Writings. 2020.
URL: https://scholar.google.com/scholar_lookup?journal=Int+J+All+Res+Writings&title=Acid+rain,+causes,+effects+and+control +strategies&author=GM+Ahmadi&volume=1&publication_year=2020&pages=219-225 - Comprehensive transcriptome profiling of tea leaves (Camellia sinensis) in response to simulated acid rain // ScientiaHorticulturae. 2020.
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304423820303198 - Mechanisms and Effects of Acid Rain on Environment // Journal of Earth Science & Climatic Change. 2014.
URL: https://www.omicsonline.org/open-access/mechanisms-and-effects-of-acid-rain-on-environment-2157-7617.1000204.php?aid=27025 - Is air pollution causing landslides in China? // Earth and Planetary Science Letters. 2018.
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012821X17306131?via=ihub#! - Кислотные дожди // Всероссийский Экологический портал. 2022.
URL: https://ecoportal.su/public/zagryazn/view/1888.html - Effects of Acid Rain // U.S. Environmental Protection Agency.
URL: https://www.epa.gov/acidrain/effects-acid-rain - Geneva Convention on Long-Range Transboundary Air Pollution // EUR-Lex.
URL: https://eur-lex.europa.eu/EN/legal-content/summary/geneva-convention-on-long-range-transboundary-air-pollution.html - Stop Acid Rain Campaign // Government of Canada. 2021.
URL: https://www.canada.ca/en/environment-climate-change/campaigns/50-years-environmental-action/history-photos/acid-rain.html - About C40 // C40 Cities Climate Leadership Group.
URL: https://www.c40.org/about-c40/ - International Day of Clean Air for blue skies, 7 September // United Nations.
URL: https://www.un.org/en/observances/clean-air-day - New WHO Global Air Quality Guidelines aim to save millions of lives from air pollution // World Health Organization. 2021.
URL: https://www.who.int/news/item/22-09-2021-new-who-global-air-quality-guidelines-aim-to-save-millions-of-lives-from-air-pollution - What is acid rain? // National Geographic. 2019.
URL: https://www.nationalgeographic.com/environment/article/acid-rain - India Is Overtaking China as the World’s Largest Emitter of Anthropogenic Sulfur Dioxide // Li, C., McLinden, C., Fioletov, V. et al.Sci Rep 7, 14304. 2017.
URL: https://www.nature.com/articles/s41598-017-14639-8 - «Кислота» с неба // Газета «Энергетика и промышленность России» / № 20 (112). 2008.
URL: https://www.eprussia.ru/epr/112/8772.htm - Правительство увеличило число городов-участников федерального проекта «Чистый воздух» // Министерство природных ресурсов и экологии РФ. 2022.
URL: https://www.mnr.gov.ru/press/news/pravitelstvo_uvelichilo_chislo _gorodov_uchastnikov_federalnogo_proekta_chistyy_vozdukh_/ - Проект поколений «Энергетический поворот» // Факты о Германии.
URL: https://www.tatsachen-ueber-deutschland.de/ru/klimat-i-energiya/proekt-pokoleniy-energeticheskiy-povorot - Five cities tackling air pollution //UN Environment Programme. 2022.
URL: https://www.unep.org/news-and-stories/story/five-cities-tackling-air-pollution - Here are 5 ways companies can clean up the air // GreenBiz. 2020.
URL: https://www.greenbiz.com/article/here-are-5-ways-companies-can-clean-airTop 5 ways that businesses and individuals can improve air quality this Earth Day // Clarity. 2021. https://www.clarity.io/blog/top-5-ways-that-businesses-and-individuals-can-improve-air-quality-this-earth-day
