Влияние кислотных осадков на биосферу

   После начала образования капель элементы облака продолжают поглощать аэрозольные  частицы и молекулы газа. Поэтому  воду облака или его кристаллы  можно рассматривать как раствор  атмосферных элементов.

   Элементы  облака не могут безгранично увеличиваться. Возникающая под действием гравитации седиментация, которая растет с увеличением  размера капель, рано или поздно приводит к выпадению капель облаков  с высоты нескольких сотен или  тысяч метров. Во время выпадения  эти капли промывают слой атмосферы  между облаками и поверхностью земли. В это время поглощаются новые  молекулы газа и новые аэрозольные  частицы захватываются падающей каплей. Таким образом, достигающая  поверхности земли вода вопреки всеобщему мнению никоим образом не является дистиллированной водой! Более того, во многих случаях растворенные в воде осадков вещества могут служить важным и иногда даже единственным источником восстановления запасов этих веществ в различных сферах.

2. Сухие осадки.

   Хотя  эта форма седиментации существенно  отличается от влажной седиментации, конечный результат их действительно  идентичен. Известно достаточно много разнообразных кислотных микроэлементов, однако содержание большинства из них настолько мало, что их роль в кислотной седиментации можно не принимать во внимание.

   Один  из способов выпадения кислотных веществ это - турбулентная диффузия, под действием которой в осадок выпадают вещества, находящиеся в газообразном состоянии. Турбулентное диффузионное движение в первую очередь возникает из-за того, что движение струящегося воздуха над почвой и другой поверхностью является неравномерным вследствие трения. Обычно в вертикальном от поверхности направлении ощущается увеличение скорости ветра и горизонтальное движение воздуха вызывает турбулентность. Таким путем компоненты воздуха достигают Земли, и наиболее активные кислотные вещества легко взаимодействуют с поверхностью.

5. Влияние кислотных осадков на биосферу.

   Кислотные осадки оказывают вредное воздействие  не только на отдельные предмет или  живые существа, но и на их совокупность. В природе и в окружающей среде  образовались сообщества растений и  животных, между которыми, как и  между живыми и неживыми организмами, существует постоянный обмен веществ. Эти сообщества, которые можно  также называть экологической системой, обычно состоят из четырех групп:

• Неживые объекты;
• Живые организмы;
• Потребители;
• Разрушители.

   Влияние кислотности в первую очередь  сказывается на состоянии пресных  вод и лесов. Обычно воздействия  на сообщества бывают косвенными, т.е. опасность представляют не сами кислотные  осадки, а протекающие под их влиянием процессы (например, высвобождение  алюминия). В определенных объектах (почва, вода, ил и т.д.) в зависимости от кислотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов, так как в результате изменения рН изменяется их растворимость. Через питьевую воду и животную пищу, например, через рыбу в организм человека также могут попасть токсичные металлы. Если под действием кислотности изменяются строение почвы, ее биология и химия, то это может привести к гибели растений.

   Обычно  эти косвенные воздействия не являются местными и могут влиять на расстоянии нескольких сотен километров от источника загрязнения.

1. Косвенные воздействия.

   Воздействия на леса и пашни. Подкисление почвы определяется различными факторами. В отличие от вод почва обладает способностью к выравниванию кислотности среды, т.е. до определенной степени она сопротивляется усилению кислотности. Попавшие в почву кислоты нейтрализуются, что ведет к сохранению существенного закисления. Однако наряду с естественными процессами на почвы, в лесах и на пашнях воздействуют антропогенные факторы.

   Химическая  стабильность, способность к выравниванию, склонность почв к закислению изменчивы  и зависят от:

1. Качества подпочвенных пород;
2. Генетического типа почвы;
3. Способа ее обработки (возделывания);
4. Наличия поблизости значительного источника загрязнений;
5. Химических и физических свойств подстилающих слоев.

   Косвенные воздействия проявляются по-разному. Например, осадки, содержащие соединения азота, некоторое время способствуют росту деревьев, так как снабжают почву питательными веществами. Однако в результате постоянного потребления  азота лес им перенасыщается. Тогда  увеличивается вымывание нитрата, что ведет к закислению почвы.

   Во  время выпадения осадков вода, стекающая с листьев, содержит больше серы, калия, магния, кальция и меньше нитрата и аммиака, в результате этого возрастают потери необходимых для растений минералов, что ведет к повреждению деревьев.

   Растворимость тяжелых металлов также сильно зависит  от рН. Растворенные и вследствие этого и легко поглощаемые растениями тяжелые металлы являются ядами для растений и могут привести к их гибели. Широко известно, что алюминий, растворенный в сильнокислой среде, ядовит для живущих в почве организмов. Хотя многие виды растений в состоянии выдержать это, однако при выпадении значительных количеств кислотных осадков отношение алюминий/кальций в почвенных водах настолько возрастает, что ослабляется рост корней и создается опасность для существования деревьев.

   Так, например, гибель лесов в Средней  и Западной Европе произошла главным  образом под влиянием косвенных  воздействий. Почти полностью погибли  леса на площади в несколько сотен  тысяч гектаров.

   Аналогичная ситуация сложилась с очень редким, находящимся под охраной растением, — орхидеей. Согласно исследованиям  венгерских экологов, они в определенных местах полностью исчезли или  значительно поредели.

   В конечном итоге сам человек также пострадает из-за происходящих при этом необратимых процессов.

   Обрабатываемые  земли (пашни) находятся в несколько  ином положении по сравнению с  естественными лесными системами. Причиной повышения кислотности  обрабатываемых земель в первую очередь  является широкое применение минеральных  удобрений. Например, суперфосфаты содержат несколько процентов свободной  серной кислоты. Азотистые удобрения  содержат значительные количества нитратов и соединений аммония. Растения, принимая ион аммония, отдают соответствующее количество ионов водорода в почву, что также ведет к ее закислению.

   Таким образом, на интенсивно удобренных территориях  кислотные осадки играют только второстепенную роль в закислении почв. Согласно мнению отдельных специалистов, из-за внесения удобрений может начаться закисление почвы в катастрофических размерах. Этого можно избежать только регулярным известкованием почвы, а также путем исключения использования аммонийсодержащих минеральных удобрений.

   Закисление  пресных вод. Собственно говоря, закисление прёсных вод - это потеря ими способности к нейтрализации. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (например, таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно. На значительных территориях при повышении определенных значений кислотности осадков поверхностные воды оказываются кислыми. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере - за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна.

   Изменение рН воды одного из шведских озер. Начиная 60-x годов, кислотность увеличилась  почти в 100 раз, т.е. значение рН уменьшилось  на 2.

   Особенно  интенсивно происходит закисление озер в Скандинавских странах и  в Канаде. Большинство скандинавских  озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к  нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях, богатых известняком. Такая же ситуация сложилась и у большинства озер в Венгрии. Например, рН воды в оз. Бала-тон больше 8. Поскольку в химии атмосферы для нейтральной среды принято значение рН = 5,6, то воду этого озера следует отнести к щелочной.

   Процесс закисления поверхностных  вод состоит из трех фаз:

   1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е. уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН.

   2. Уменьшение рН при уменьшении количества ионов гидрокарбоната. Значение рН тогда падает ниже 5, 5. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать уже при рН = 6, 5 (рис. 25).

   3. При рН = 4, 5 кислотность раствора стабилизируется. В этих условиях кислотность раствора регулируется реакцией гидролиза соединений алюминия. В такой среде способны жить только немногие виды насекомых, растительный и животный планктон, а также белые водоросли. Многие виды животных и растений начинают гибнуть уже при зачениях рН <6. При рН < 5 не обеспечиваются условия для нормальной жизни.

   Гибель  живых существ помимо действия сильно ядовитого иона алюминия может быть вызвана и другими причинами. Под воздействием иона водорода, например, выделяются кадмий, цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество растительных питательных веществ, например, фосфора, начинает уменьшаться. Гибель водных живых сообществ может приводить к закислению и нарушению экологического равновесия. Уменьшение рН воды идет параллельно с сокращением популяций или гибелью рыб.

   Чувствительность  водных организмов к  снижению рН в пресных  водах.

   Земноводных, фито- и зоопланктона, а также множества прочих живых организмов. Можно заметить характерные различия (во флоре и фауне) озер, вода которых имеет близкий состав питательных веществ и ионов, но различную кислотность. До определенных пределов млекопитающие, в том числе и человек, защищены от вредного влияния кислотности, однако в организмах водных животных накапливаются ядовитые тяжелые металлы, которые могут попасть в пищевую цепочку. Наибольших масштабов достигло закисление озер и рек в Швеции, Норвегии, США и Канаде.

2. Непосредственные (прямые) воздействия. Гибель растений.

   Непосредственная  гибель растений в наибольшей степени  ощущается вблизи от выбросов загрязнений, в радиусе нескольких десятков километров от их источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы ().

   Это соединение абсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах. Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют ненасыщенные жирные кислоты мембран, тем самым изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др.).

   Непосредственные  воздействия на растения могут принимать  различные формы:

   1) генетические изменения; 

   2) видовые изменения; 

   3) нанесение прямого вреда растительности.

   Естественно, в зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб  воздействия может простираться от восполнимого (обратимого) ущерба до полной гибели растения.

   В первую очередь погибают наиболее чувствительные виды, например, отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде, поэтому  их считают "индикаторами" чистого  воздуха. Обычно в сильнозагрязненных местах образуется "лишайная пустыня". В современном городе она существует уже при средней концентрации двуокиси серы 100 мкг/м. Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует, а на окраинах его можно встретить очень редко.

   Однако  кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также оказывать  прямое вредное воздействие и  на растения более высокого класса.

   Непосредственный  вред, приносимый двуокисью серы, зависит  от многих факторов:

   - местного климата,

   - вида деревьев,

   - состояния почвы,

   - способов обработки леса,

   - рН влажных осадков и др.

   Сейчас, опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели. Однако эта опасная граница становится еще ниже при воздействии двуокиси азота, озона, кислотного дождя и т.д.