Влияние кислотных осадков на биосферу

   Содержание:

   Введение…………………………………………………………………..стр.3

   1. Как попадают соединения серы  в атмосферу……………………….стр.4

   1.1. Виды соединений серы…………………………………………..стр.4

   1.2. Источники соединений серы………………………………....стр.4-6

   1.3. Виды соединений азота……………………………………….стр.6-7

   1.4. Источники соединений азота…………………………………стр.7-8

   1.5. Атмосферный аммиак………………………………………...стр.8-9

   2. Распространение кислотных веществ в атмосфере……………..стр.9-11

3. Химические превращения загрязняющих кислотных веществ в атмосфере…………………………………………………………….стр.11

   3.1. Химические превращения соединений серы………………...стр.12

   3.2. Химические превращения соединений азота……………..стр.12-13

   4. Кислотная седиментация (кислотные  осадки)………..…………….стр.13

   4.1. Вымывание кислотных веществ из атмосферы…………..стр.13-14

   4.2. Сухие осадки…………………………………………………...стр.14

   5. Влияние кислотных осадков на  биосферу………………………стр.14-15

   5.1. Косвенные воздействия…………………………………….стр.15-18

   5.2. Непосредственные воздействия………………………..….стр.18-21

   6. Способы защиты от кислотных  дождей……………………..…стр.21-24

   Заключение…………………………………………………………..стр.25-26

   Список  литературы……………………………………………………..стр.27 
 
 
 

   Введение.

   Интенсификация  деятельности человека в последнее  столетие привела к значительному  нарушению сложившегося в природе  равновесия, в результате чего возникло множество проблем, связанных с  защитой окружающей среды.

   Среди весьма серьезных проблем экологического плана наибольшее беспокойство вызывает нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу. Атмосферный  воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. В период промышленной и научно-технической  революции увеличился объем эмиссии  в атмосферу газов и аэрозолей  антропогенного происхождения. По ориентировочным  данным ежегодно в атмосферу поступают  сотни миллионов тонн оксидов  серы, азота, галогенопроизводных и  других соединений. Основными источниками  атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых  используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной  металлургии, химической и нефтехимической  промышленности, авиационный и автомобильный  транспорт.

   Попадая в атмосферу, многие загрязнения  подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов  воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы  с осадками или выпадают на поверхность  Земли с аэрозолями. Попадая на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других предметов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют  физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов.

   Ущерб, наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и продуктам производственной деятельности человека, трудно оценить, но гибель лесов, загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических  заболеваний, нарушение биологического равновесия в экосистемах не в  последнюю очередь связаны с  высокими концентрациями агрессивных  примесей в атмосфере. 
 
 
 

   

1. Как попадают соединения серы и азота в  атмосферу.
1. Виды соединений серы.

   К наиболее важным соединениям серы, находящимся в атмосфере, относятся  двуокись серы (SO₂), оксисульфид (сероокись углерода), сероуглерод (CS₂), сероводород (H₂S) и диметилсульфид (CH₃SCH₃). Последние четыре соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко превращаются в двуокись серы (SO₂) или в серную кислоту (H₂SO₄). Под влиянием деятельности человека более всего изменяется содержание двуокиси серы.

   В сильно загрязненных районах уровень  двуокиси серы (SO₂) может в 1000 и даже в десятки тысяч раз превысить естественную границу значений на суше и в океане. Концентрация других соединений серы, обычно образующихся из естественных источников, более или менее одинакова вблизи поверхности земли. Среди соединений серы, находящихся в твердом и жидком состоянии, принимаются в расчет только серная кислота (H₂SO₄) и, сульфат и гидросульфат аммония ((NH₄)₂SO₄), а также морская соль.

2. Источники соединений серы.

   Соединения  серы, как мы уже упомянули, частично попадают в атмосферу естественным путем, а частично антропогенным. Поверхность  суши, как и поверхность океанов  и морей, играет роль естественного  источника. Обычно деятельность человека ограничивается сушей, поэтому мы можем  учитывать загрязнение серой  только на этой территории.

   Существуют  четыре основных источника естественной эмиссии серы.

   1. Процессы разрушения  биосферы. С помощью анаэробных (действующих без участия кислорода) микроорганизмов происходят различные процессы разрушения органических веществ. Благодаря этому содержащаяся в них сера образует газообразные соединения. Вместе с тем определенные анаэробные бактерии извлекают из сульфатов, растворенных в естественных водах, кислород, в результате чего образуются сернистые газообразные соединения.

   Из  указанных веществ сначала в  атмосфере был обнаружен сероводород, а затем с развитием измерительных  приборов и способов отбора проб воздуха  удалось выделить ряд органических газообразных соединений серы. Наиболее важными источниками этих газов  являются болота, зоны приливов и отливов  у береговой линии морей, устья рек и некоторые почвы, содержащие большое количество органических веществ.

   Поверхность моря также может содержать значительные количества сероводорода. В его возникновении  принимают участие морские водоросли.

   Можно предположить, что выделение серы биологическим путем не превышает 30-40 млн. т. в год, что составляет около 1/3 всего выделяемого количества серы.

   2. Вулканическая деятельность. При извержении вулкана в атмосферу наряду с большим количеством двуокиси серы попадают сероводород, сульфаты и элементарная сера. Эти соединения поступают главным образом в нижний слой - тропосферу, а при отдельных, большой силы извержениях наблюдается увеличение концентрации соединений серы и в более высоких слоях - в стратосфере. С извержением вулканов, в атмосферу ежегодно в среднем попадает около 2 млн. т. серосодержащих соединений. Для тропосферы это количество незначительно по сравнению с биологическими выделениями, для стратосферы же извержения вулканов являются самым важным источником появления серы.

   3. Поверхность океанов. После испарения капель воды, поступающих в атмосферу с поверхности океанов, остается морская соль, содержащая, наряду с ионами натрия и хлора, соединения серы — сульфаты.

   Вместе  с частицами морской соли ежегодно в атмосферу попадает 50-200 млн. т. серы, что гораздо больше, чем эмиссия серы биологическим путем. В то же время частицы соли из-за своих больших размеров быстро выпадают из атмосферы и, таким образом, только ничтожная часть серы попадает в более верхние слои или распыляется над сушей. Следует также учесть, что из сульфатов морского происхождения не может образоваться серная кислота, поэтому с точки зрения образования кислотных дождей они не имеют существенного значения. Их влияние сказывается лишь на регулировании образования облаков и осадков.

   4. В результате деятельности человека в атмосферу попадают значительные количества соединений серы, главным образом в виде ее двуокиси. Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, который дает 70% антропогенных выбросов. Содержание серы в угле достаточно велико (особенно в буром угле). В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.

   Содержание  серы в неочищенной нефти также  достаточно велико в зависимости  от места происхождения (0,1-2%). При  сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля.

   Источниками образования двуокиси серы могут  быть также отдельные отрасли  промышленности, главным образом  металлургическая, а также предприятия  по производству серной кислоты и  переработке нефти. На транспорте загрязнение  соединениями серы относительно незначительно, там в первую очередь необходимо считаться с оксидами азота.

   Таким образом, ежегодно в результате деятельности человека в атмосферу попадает 60-70 млн. т. серы в виде двуокиси серы. Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные, т. е. главным образом в Европе и Северной Америке. Примерно половина выбросов, связанных с деятельностью человека (30-40 млн. т.), приходится на Европу.

3. Виды соединений азота.

   В состав атмосферы входит ряд азотсодержащих микро веществ, но в кислотной седиментации участвуют только два из них: окись и двуокись азота (NO и NO₂), которые в результате протекающих в атмосфере реакций образуют азотистую кислоту (HNO₂).

   Окись азота под действием окислителей (например, озона) или различных свободных  радикалов преобразуется в двуокись азота.

   Итак, можно предположить, что окисью азота  можно пренебречь вследствие указанных  окислительных процессов. Однако это  не совсем так, что объясняется двумя  причинами. Первая заключается в  том, что выброс оксидов азота  в значительной степени происходит в форме окиси азота, и требуется  время для полного превращения. С другой стороны, в непосредственной близости от источников загрязнения количество окиси азота превышает количество двуокиси азота. Это соотношение увеличивается в сторону двуокиси азота по мере приближения к территориям, непосредственно не подверженным загрязнению. Например, в безусловно чистом воздухе над поверхностью океана часть окиси азота составляет всего несколько процентов от двуокиси азота.

   Кислотную среду в атмосфере создает  также азотная кислота, образующаяся из оксидов азота. Если находящаяся  в воздухе азотная кислота  нейтрализуется, то образуется азотнокислая соль, которая обычно присутствует в атмосфере в виде аэрозолей. Это относится также к солям  аммония, которые получаются в результате взаимодействий аммиака с какой- либо кислотой.

4. Источники соединений азота.

   Эти источники могут быть как естественными, так и антропогенными.

   Рассмотрим  наиболее важные естественные источники.

   Естественные  источники соединений азота, содержащихся в атмосфере.

• Почвенная эмиссия оксидов азота. В процессе деятельности живущих в почве денитрифицирующих бактерий из нитратов высвобождаются оксиды азота. Согласно современным данным ежегодно во всем мире образуется 8 млн. т. оксидов азота.
• Грозовые разряды. Во время электрических разрядов в атмосфере из-за очень высокой температуры и перехода в плазменное состояние молекулярные азот и кислород в воздухе соединяются в оксиды азота. В состоянии плазмы атомы и молекулы ионизируются и легко вступают в химическую реакцию. Общее количество образовавшихся таким способом оксидов азота составляет 8 млн. т. в год.
• Горение биомассы. Этот источник может быть как естественным, так и искусственным. Наибольшее количество биомассы сгорает в результате выжигания леса (с целью получения производственных площадей) и пожаров в саванне. При горении биомассы в воздух поступает 12 млн. т. оксидов азота в год.
• Прочие источники естественных выбросов оксидов азота менее значительны и с трудом поддаются оценке. К ним относятся: окисление аммиака в атмосфере, разложение находящейся в стратосфере закиси азота, вследствие чего происходит обратное попадание образовавшихся оксидов в тропосферу и, наконец, фотолитические и биологические процессы в океанах.

   Эти естественные источники  совместно вырабатывают в год 2-12 млн. т. оксидов азота.

   Антропогенные источники соединений азота, содержащихся в атмосфере.

   Среди антропогенных источников образования  оксидов азота на первом месте  стоит горение ископаемого топлива (уголь, нефть, газ и т. д.). Во время  горения в результате возникновения  высокой температуры находящиеся  в воздухе азот и кислород соединяются. Количество образовавшегося оксида азота (NO) пропорционально температуре горения. Кроме того, оксиды азота образуются в результате горения имеющихся в топливе азотсодержащих веществ.