Головна

кислотні опади

  1.  Апаратура інструментальної системи посадки СП-50 і ILS.
  2.  Атмосферні опади
  3.  Атмосферні опади.
  4.  Глава 16 - Відродження після великої просадки
  5.  Кислотні дощі
  6.  Кислотні дощі, їх причини та методи усунення.

Кислотними називають атмосферні опади (дощ, сніг, роса) з рН <5,5. Природна дощова вода має слабокислу реакцію (рН = б), так як знаходиться в контакті з СО2 і розчиняє її, утворюючи слабку вугільну кислоту Н2СОз. Однак у багатьох регіонах світу спостерігаються дощі з рН <4. Кислотні опади завдають значної екологічний, економічний і естетичний збиток. В результаті випадання кислотних опадів порушується рівновага в екосистемах, погіршується продуктивність сільськогосподарських рослин і родючість ґрунтів, іржавіють металеві конструкції, руйнуються будівлі, споруди, пам'ятники культури і т. Д.

Основною причиною випадання кислотних дощів вважається інтенсифікація промислової діяльності людини. У другій половині ХХ ст зі збільшенням обсягів промислового виробництва збільшилася кількість викидів в атмосферу оксидів вуглецю, азоту та сірчистого газу. Розчиняючись у воді, ці кислотні оксиди утворюють відповідні кислоти, які переносяться хмарами на значні (до 500 км) відстані і випадають на землю у вигляді кислотних опадів.

Отже:

- Великі кількості атмосферних забруднювачів, що виділяються за рахунок згорання палива, промислового виробництва, від автотранспорту, широкого застосування хімікатів (рис. 16), визначають великі потоки первинних кислих домішок, які можуть вносити суттєвий вклад в кислотність атмосфери;

- Середній час існування забруднювачів залежить від багатьох факторів, зокрема від стабільності атмосфери, частоти впадання опадів, присутності індівідуальнихкомпонентов атмосфери і т. Д .;

- Більшість забруднювачів залишається в межах нижньої частини тропосфери і відносно рівномірно розподілено всередині перемішують шару;

- Збільшення потоків кислотності до поверхні землі виникає за рахунок атмосферних опадів з підвищеною кислотністю ( «мокре осадження») і за рахунок адсорбції і випадання в осад газів і аерозолів ( «сухе осадження»).

А)

б)

Мал.16. Кількість викидів оксидів сірки (а) і азоту (б) в атмосферу від різних

джерел

При цьому SО2 і NОх вважаються головними попередниками кислотних дощів, після перетворюються на сірчану і азотну кислоти. Процес перетворення діоксиду сірки в сульфат в атмосфері протікає різними шляхами і призводить до утворення різних продуктів окислення: SOз, H2SO4, (NH4)2SO4, NH4HSO4 і т.д.

Можливі механізми атмосферних процесів окислення SO2 характеризує наступна таблиця:

Таблиця 9 Можливі атмосферні процеси окислення SO2

1) SO2 + H? (240 - 340 нм) -> SO2 * (SO2 * Збуджена молекула)

2) SO2 * + O2 -> (SO4) *

3) SO2+ O + M-> SO3+ M

4) SO2 + Оз -> SO3 + O2

5) SO2+ нo2 * -> SO3 + ОН *

б) SO2+ ОН * + М-> НSОз * + М

7) S03 + H2O-> SO3 * H2O-> H2SO4

8) НSОз * + OH * -> H2SO4 та ін.

___

Хоча молекули SО2 поглинають УФ-випромінювання дуже сильно в ближній області, енергія, що поглинається, очевидно, недостатня для того, щоб розірвати зв'язок О-S-О. Під дією УФ-випромінювання молекула SО2 переходить в збуджений стан (при довжині хвилі менше 320 нм - в синглетное збуджений стан, при 330 нм ? ?, ? 390 нм - в тріплетное). молекули SO2, Що знаходяться в тріплетном стані, реагують з киснем повітря, відбувається фотохімічні окислення SO2, А швидкість процесу залежить від вмісту слідів домішок в повітрі, таких, як NO, NO2, Вуглеводні.

окислення SO2 в межах природного тропосфери відбувається переважно по реакціях (5) і (6) таблиці, з швидким перетворенням утворилися радикалів НSОз * в аерозоль H24.

В цілому фотохімічно ініційовані реакції вільних радикалів є основний механізм перетворення SО2 в сульфат в нижчих шарах атмосфери. При цьому в залежності від часу доби, пори року і ступеня забрудненості атмосфери швидкість окислення SО2 помітно змінюється. Наприклад, в залежності від ступеня забруднення атмосфери при сонячному світлі вона зростає на порядок з переходом від чистого повітря (0,5% в годину) до забрудненого (5% в годину), а в зимовий час (при сонячному світлі) ці швидкості будуть в 2-3 рази нижче.

При розгляді проблеми кислотних дощів заслуговує на увагу окислення SO2 в рідкій фазі, і, зокрема, окислення в дощових краплях. перетворення SO2 в сульфат помітно прискорюється в присутності аміаку; сульфат амонію завжди виявляється в дощовій воді.

окислення SO2 в рідкій фазі може відбуватися також за рахунок озону і пероксиду водню, джерелами яких служать фотохімічні реакції в газовій фазі. Не можна не відзначити і те, що окислення SO2 в краплях, що містять частинки кіптяви, протікає досить енергійно, вказуючи на явний вплив вуглецевих матеріалів на процес перетворення в сульфат-іон. Ця обставина набуває особливого значення в забруднених районах. В цілому механізм окислення в крапельної фазі за рахунок Оз і Н2О2, мабуть, переважає над іншими можливими.

Важливі також процеси адсорбції SO2 на атмосферних частинках з подальшими перетвореннями в сульфат. Сам процес сорбції включає дуже швидку стадію адсорбції SO2 на поверхні і, повільну стадію дифузії в глиб частки. Перетворення в сульфат протікає швидко на лужної пилу і не йде на нейтральній або кислій пилу, якщо речовина пилу не проявляє каталітичних властивостей за рахунок присутності в ній аерозолів солей металів. Особливу роль в розглянутих процесах відіграє вологість, збільшення якої сприяє більшому ступені перетворення в сульфат.

На тропосферний цикл азоту сильний вплив надають оксиди азоту, що утворюються при окисленні азоту в повітрі під час процесів горіння. Пов'язаний азот міститься у вугіллі і нафти. При їх спалюванні (двигуни внутрішнього згоряння, теплові електростанції) азот потрапляє в повітря, головним чином, у вигляді оксиду азоту (П), який в присутності кисню повітря утворює спочатку оксид азоту (IY), а потім з водою - азотну кислоту:

2NO + О2 + H? = 2NО2 (3.15)

4 NО2 + Про2+ 2Н2О = 4НNОз (3.16)

Освіта азотної кислоти обумовлено також реакціями:

ВІН * + NО2+ М > НОNO2 + М. (3.17)

NO2 + Оз > NОз * + Про2 (3.18)

в яких азотна кислота утворюється за рахунок радикалів ОН *, фотохімічно генеруються на денному світлі. На відміну від сірчаної кислоти азотна кислота може довгий час залишатися в атмосфері в газоподібному стані, так як вона погано конденсується.

Нарешті, свій внесок в кислотні дощі вносить і хлористий водень, виявляється в газових викидах за рахунок спалювання і окислення хлорвмісних речовин. Він може розчинятися в атмосферної вологи і випадати на землю з опадами, може адсорбуватися природними поверхнями в газоподібному вигляді або може брати участь в атмосферних реакціях, наприклад, хлористий водень здатний піддаватися окисленню радикалами ОН аналогічно такому ж процесу за участю SO2:

ВІН * + НС1 > Н2Про + С1- (3.19)

Утворений атомарний хлор в результаті взаємодії з водородсодержащего газами знову перетворюється в НСl, а взаємодія хлору з озоном призводить до утворення радикала СlO * з подальшим його перетворенням в стійкий нітрат хлору ClONO2. Гідроліз цього з'єднання відповідно до реакцією

ClONO2 + Н2Про > НNОз + НОС1 (3.20)

призводить до появи двох сильних кислот і має тому пряме відношення до процесів, що обумовлює появу кислотних дощів.

Різноманіття реакцій, які згадані вище, вказує на велике число видів хімічних сполук, які вводяться в тропосферу і можуть вплинути на навколишнє середовище.

В аерозолях, що знаходяться в навколишньому середовищі, сильні кислоти можуть існувати в газоподібному стані (НNОз, НС1), в формі водних крапель (H2SO4), А також у вигляді молекулярних частинок, адсорбованих на поверхні твердих частинок. Подальша доля цих сильних кислот пов'язана цих участю в трьох процесах.

Один з них - процес нейтралізації аміаком, що знаходяться у вільному стані.

NH3(Г) + Н2O (ж) - NH3aq, (3.21)

NH3aq + (Н+ + HSO4-) Aq - (NН4+ + HSO4-) Aq -

HN4HSО4 + NH3(Г) - (NH4)24, (3.22)

NHО3(Г) + Н2про (ж) - NHО3aq - (Н+ + НСЗ- ) Aq, (3.23)

NH3aq + (Н+ + НСЗ- ) Aq - (NH4+ + NO3-) Aq -

- Н2про (г) + NH4NO3(Г) (3.24)

Другим процесом є перетворення нітратів і хлоридів:

2H2SO4 aq + (NO3- + Cl-) Aq - 2HSO4- aq + HNO3 aq + HClaq (3.25)

НNОз (г)

Нарешті, третій процес пов'язаний з переносом сильних кислот і їх солей до поверхні землі за допомогою сухого або мокрого осадження.

 Сухе осадження - це пряме перенесення з подальшою адсорбцією газів і частинок природними поверхнями (рослинністю, водою, грунтом).

 мокре осадження - Непрямий перенос деяких частинок з атмосфери до поверхні землі з дощем, снігом або градом всередині або на поверхні частинок опадів.

Спектр впливу кислотних дощів дуже широкий. Дія кислих дощів на грунти неоднозначне. У північних, тайгових зонах вони збільшують шкідливу кислотність грунтів, сприяють підвищенню вмісту в грунтах розчинних з'єднань токсичних елементів - свинцю, алюмінію. Алюміній в грунтових мінералах зазвичай пов'язаний в недоступною формі. Підкислення переводить Аl з твердої фази грунту в фазу розчину, причому збільшення геохимической рухливості його залежить від кількості і природи присутніх в грунті органічних лігандів (наприклад, гумінових і фульвокислот). Доступність і токсичність Аl для тварин і рослин сильно залежить від природи сполук А1, кислотності ґрунтів, потенціалу окислення і мікробної активності, а також від стабільності або лабільності лігандів.

При лужних значеннях рН переважає А1 (ОН)4-, Тоді як при рН 4 домінує Al3+; в критичній області рН-від 4 до 7 судити про те, які саме форми переважають, є складним. Як моноядерних гідроксокомплекси (АlOН2+ А1 (ОН)2+, А1 (ОН) З), так і поліядерних комплекси Aln(OH)m(3n-m) вважаються в подібних системах розчиненими формами. Ідентифіковано також колоїдний гідроксид алюмінію і різні форми обложеного А1 (ОН) З (тв). В даний час незаперечно доведено, що алюміній - це реальний токсичний агент, метал вилуговується в великих кількостях з грунтів при підкисленні. Алюминийсодержащих буферна система може заміщати звичайну гідрокарбонатну буферну систему, і при рН, близьких до 5, токсичність алюмінію максимальна.

Показником впливу кислотних дощів є підкислення природних вод. Помічено, що у великій кількості кислих річок і озер відбувається інтенсивний ріст водоростей і мохів. Багато водорості в процесі фотосинтезу в кислій воді неактивні. Накопичення водоростей при низьких значеннях рН, ймовірно, обумовлено меншим розкладанням і зменшенням поїдання їх безхребетними тваринами. Мінералізація водних організмів в 'кислих розчинах сповільнюється, що призводить до накопичення речовини на дні озер і збільшення швидкості утворення мохів. Щільні драглисті грибкові підстилки зменшують кількість кисню, необхідного для аеробного розкладання. В кінцевому рахунку зменшується повернення в цикл фосфору, який має велике значення для продуктивності озер. Не можна не відзначити, що при цьому має місце також зміна складу донних безхребетних, що становлять їжу для риб і вельми чутливих індикаторів зміни рН. Так, при рН нижче 4,5 не виявляються жодні ракоподібні, равлики, мідії, і при цьому не може жити ніяка що має промислове значення прісноводна риба. Швидше за все, низький рН перешкоджає розмноженню риб, вбиваючи ікру.

Зниження чисельності риб тягне за собою зникнення тварин, які харчуються рибою: білоголового орлана, гагар, чайок, норки, видри та ін. Чисельність земноводних (жаб, жаб, тритонів), можливо, також скорочується.

 Нарешті, показовим прикладом може служити вплив кислотних дощів на архітектурні споруди та пам'ятники. Звичайні матеріали для кам'яної кладки - це вапняк, мармур, пісковики, базальт, граніт. Крім того, використовуються і штучні матеріали такі, як цегла, бетон, різні вапняні розчини. Ці матеріали в основному складаються з карбонатів і силікатів, все мають високу чутливість до впливу кислих осаджень і до присутності атмосферного SO2. Так, наприклад, при дії кислот на мармур протікають наступні реакції:

H+, H2O

СаСОз > Cа2+- + 2НСО3- (3.26)

H2O, SO2 H2O, O2

СаСОз > СаSOз · 2Н2Про + СО2 > CaSO4· 2H2O (3.27)

Основний реакцією, відповідальної за руйнування мармуру та пошкодження пам'яток, є утворення сульфату на поверхні цих матеріалів. При цьому окислення SO2 до SO3 відбувається за рахунок каталітичного дії поверхневих домішок: кіптяви, вологи, Fе2Оз, а також завдяки окислюючими сірку бактерій.

висновки:

- Кислотний дощ змінює величину рН річок і озер і може викликати їх біологічну смерть;

- При поглинанні ґрунтами кислотний дощ вилуговує основні природні мінерали (калій, кальцій, магній) і, несучи ихв шар підгрунтя, позбавляє дерева і рослини поживних речовин;

- Під впливом кислотних дощів зростає геохимическая рухливість алюмінію, яка веде одночасно зі зниженням рН до зростання його концентрацій і зміни його форм;

- Кислотні дощі сприяють руйнуванню кам'яної кладки, а так само споруд і пам'ятників.

Однак кислотні дощі в ряді випадків можуть бути і корисні. Зокрема, вони збагачують грунту азотом і сіркою, яких на дуже великих територіях явно недостатньо для отримання високих врожаїв. Якщо ж такі дощі випадають в районах поширення карбонатних, а тим більше лужних грунтів, то вони знижують лужність, збільшуючи рухливість елементів живлення, їх доступність рослинам. Тому корисність або шкідливість будь-яких випадінь необхідно розглядати конкретно і диференційовано за типами ґрунтів.

океани

Океани, безумовно, є найбільшими резервуарами гідросфери і існують щонайменше вже 3,8 мільярда років. Життя на Землі, ймовірно, виникла в морській воді, і океани важливі для пом'якшення коливань глобальної температури. Річкові води, дренирующие сушу континентів, потрапляють в океани через дельти. Тут прісні води змішуються з морською водою. Хімічний склад морської води сильно відрізняється від складу прісної, і ця різниця впливає на перенос (міграцію) деяких розчинених і твердих компонентів. Крім того, людина часто порушує природні хімічні процеси прибережних областей як за допомогою забруднення потоку прісної води, так і за рахунок господарської діяльності, зосередженої поблизу дельт і дрібних морів.

Світовий океан в останні десятиліття став об'єктом глибоких всебічних досліджень, оскільки ресурси океану грандіозні, як і він сам. Виділяють дві групи ресурсів: одна з них біохімічного характеру, інша - фізичного.

Говорячи про ресурси біохімічного характеру, перш за все необхідно пам'ятати, що океан є важливим джерелом харчових ресурсів. Світовий улов риби в останні роки становить 63 млн. Т в рік. Загалом улові в даний час риба становить 90%, молюски - 5%, ракоподібні - 3%, морські рослини - 1,5%. В океані живе понад 300000 видів живих організмів, від мікроскопічних водоростей до найбільших на планеті тварин - 160-тонних синіх китів. А тим часом в океані поки експлуатується лише 0,0001% первинної продукції. Велика частина рослинного світу океану - етомікроскопіческіе фітопланктоновие організми (прикріплені до дна водорості займають дуже невелику частину), які в основному і є первинною продукцією моря. Обсяг щорічного продукції фітопланктону в світовому океані оцінюється величиною 500 млрд. Т. На основі первинної продукції розвиваються всі інші морські організми - бактерії, зоопланктон, риби, морські звірі.

Океан є грандіозним джерелом мінеральних ресурсів. У світовому океані зосереджено близько 5 - 1016 т мінеральної сировини. Найбільше в океані хлору, натрію, магнію, кальцію, калію. В океані відносно багато урану, срібла, золота. Корисні копалини океану можна класифікувати наступним чином:

1) сировину в надрах під океаном (нафта, газ, вугілля, сірка, залізна руда);

2) прибережні розсипні родовища (ільменіт, монацит, циркон, магнетит, вольфрам, золото, алмази, платина);

3) корисні копалини морського дна (залізо-марганцеві конкреції і фосфіти).




 H.B. Гусакова |  Еволюція атмосфери і походження життя |  гідросфера |  ГЛАВА 1. Фізико-хімічні процеси в атмосфері |  склад атмосфери |  Мікрокомпонентного домішки в атмосфері |  геохімічні джерела |  Біологічні джерела. |  антропогенні джерела |  Радіоактивне забруднення атмосфери |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати