Проблема кислотних дощiв та шляхи вирiшення

МІНІСТЕРСТВО  ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ І СПОРТУ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

УЖГОРОДСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Біологічний факультет 

РЕФЕРАТ

на тему:

„Проблема кислотних дощів та шляхи її вирішення” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

УЖГОРОД  2011

ЗМІСТ

ВСТУП……………………………………………………………………….……3

ОСНОВНА ЧАСТИНА………………………………………………………….4

РОЗДІЛ 1. Причини виникнення та механізми утворення кислотних дощів ……………………………………………………………………..……….4

РОЗДІЛ 2. Вплив кислотних дощів на рослинний світ………..………..….6

РОЗДІЛ3. Наслідки кислотних опадів…………….……………….………....9

РОЗДІЛ 4. Заходи по запобіганню негативних впливів кислотних дощів……………………………………………………………..………………12

ВИСНОВКИ…………………………………………………………………….14

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ……………………………….15 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     ВСТУП

     Кислотні дощі – одна з глобальних екологічних проблем людства. Вона з’явилась внаслідок забруднення атмосфери. Стоїть поряд з парниковим ефектом, озоновими дірками і смогом. Сам термін «кислотні дощі» ввів англійський хімік більш ніж 100 років тому. Прагнучи досягти однохвилинну користь, людина різко змінила склад дощових та снігових опадів, наносячи цим самим шкоду всій біосфері.

     Термін “кислотні дощі” ввів в 1812 р. англійський інженер Роберт Сміт, в книжці “Повітря і дощ: почато хімічної клмітології”. Кислотні дощі містять розчини сірчаної і азотної кислот, приносять значний ущерб природі. Грунт водойми, рослинність, тваринність, стають їх жертвами. На території Росії в 1996 р. разом з опадами випало більше 4 млн. т сірки і 1,25 млн. и нітратного азоту.

     Так, ще 200 років тому дощова та снігова вода була майже нейтральною з рН=7. Дощова вода вважається кислою, якщо її рН менше, чи рівний 5. В наш час дощова та снігова вода часто є просто слабким розчином сірчаної та азотної кислоти, попередниками яких були сірка та азот.

     Світовий рекорд по випадінню кислотного дощу належить шотландському місту Пітлохрі, де 10 квітня 1974 р. пройшов дощ з рН=4! Це вже не вода, а щось більше схоже на столовий оцет.

     Цією проблемою займається екологічна служба кожного міста. Шкідливий вплив полягає в тому, що кислотні дощі збільшують розчинність сполук важких металів.

     Тому вивчення даної проблеми є особливо актуальним в наш час: необхідно знати не тільки причини виникнення кислотних дощів і наслідки негативних впливів, а й засоби подальшого запобігання розповсюдженню кислотних опадів.

     Існує велика кількість журнальних статей, присвячених дослідженню нашої теми. Зокрема, в статті Лигіна С. А. [3] досить докладно розглядаються причини виникнення і механізми утворення кислотних опадів. Гільметова О. В. [2] розкриває більшість наслідків даної екологічної проблеми, а Халікова І. В. [5] – засоби запобігання негативних впливів і методи боротьби із забрудненням атмосфери. Білявський Г. О. [1] описує конкретні приклади, наводить фактичний матеріал, а Новіков Ю. В. [4] розглядає проблему у багатьох аспектах одночасно.  
 

РОЗДІЛ 1.Причини виникнення та механізми утворення кислотних дощів.

     Оксиди сульфуру й нітрогену, що викидаються в атмосферу внаслідок роботи теплових електростанцій та автомобільних двигунів, сполучаються з атмосферною вологою й утворюють дрібні крапельки сульфатної та нітратної кислоти, які переносяться вітрами у вигляді кислотного туману й випадають на землю кислотними дощами. Ці дощі згубно впливають на навколишнє середовище [5].

     Кислотні дощі виникають у результаті поєднання з атмосферним киснем двоокису сірки та оксидів азоту, які викидаються у атмосферу працюючими на вугіллі та нафті електростанціями, металургійними заводами, а також автомобільним транспортом. Добуті таким шляхом зневоднені сірчана та азотна кислоти відносяться вітрами у вигляді дощів та нерідко мають значну кислотність. Фільтруючись у ґрунті, вода кислотних дощів уносить багато поживних речовин: кальцій, магній, калій та натрій. Їх місце займають токсичні метали, які під дією дощів стають розчинними та вбивають мікроорганізми, які розкладають органічні залишки і ґрунт залишається без поживних речовин.

Механізми утворення кислотних дощів в атмосфері:

1) В утворенні сірчаної кислоти із діоксиду сірки SO_{2 в атмосфері приймають участь радикали ОН˙, котрі присутні в атмосфері із середньою річною концентрацією близько 5·105 – 106 частинок в 1 см3. Радикали ОН˙ утворюються в атмосфері за рахунокфотолізу озону в ультрафіолетових променях з присутністю парів води. Схеми реакцій, які ведуть до утворення сірчаної кислоти, наступні:}

_{ОН˙ + SO2 → НSO3˙;}

_{НSO3˙ + O2 → SO3 + НO2˙;}

_{SO3 + Н2О → Н2 SO4.}

     _{В подальшому сірчана кислота або випадає на поверхню Землі, або дає солі, реагуючи головним чином із аміаком. Солі зазвичай виводяться із атмосфери разом із дощами за рахунок гравітації. Даний механізм забезпечує вивід діоксиду сірки із атмосфери приблизно за 12 днів.}

_{2) Інший механізм утворення сірчаної кислоти пов’язаний з окисненням діоксиду сірки в краплинках хмар, проходить також за рахунок радикала ОН˙. В цьому випадку в процесі беруть участь іониSO^{2–3 і НSO3–, а окисником виступає кисень, і процес може носити ланцюговий характер, особливо в урбанізованих районах, де концентрація діоксиду сірки велика:}}

_{^{ОН˙ + НSO3– → НO2 + SO3˙– ;}}

_{^{SO3˙– + O2 → SO5˙– ;}}

_{^{SO5˙– + НSO3– → НSO5– + SO3˙–.}}

     _{^{Утворений в останній реакції радикал SO3˙– знову вступає в реакцію з киснем, що і забезпечує протікання ланцюгових реакцій. Поряд з цим процес окиснення діоксида сірки в краплях каналізують іони заліза, а одночасна присутність іонів марганцю суттєво прискорює даний процес.}}

_{^{3) Третій механізм окиснення діоксиду сірки киснем має каталітичну природу. Каталіз здійснюється на поверхні аерозольних частинок, насамперед сажі.}}

_{^{4) Утворення азотної кислоти проходить в атмосфері двома основними шляхами. Перший з них – реакція радикала ОН˙ з NO2:}}

_{^{ОН˙+NO2 → НNO3.}}

     _{^{Ця реакція проходить вдень, так як радикал ОН˙присутній в атмосфері у великій концентрації тільки в денний час.}}

_{^{5) Існує також і «нічний» механізм утворення азотної кислоти, який проходить через реакцію з озоном з утворенням радикала НNO3˙:}}

_{^{NO2 + O3 → NO3˙ + O2;}}

_{^{NO3˙ + NO2 → N2O5˙;}}

_{^{N2O5˙ + Н2О → 2НNO3 [3].}}  
 
 
 
 

_{^{РОЗДІЛ 2. Вплив кислотних дощів на рослинний світ.}}

     _{^{Вплив кислотних дощів на рослинний світ має  комплексний характер. Як правило, при невисокій кислотності цих опадів і малій її кількості, вони можуть надавати частково і позитивного впливу на рослини. Це зумовлено тим, що кислотні дощі можуть бути додатковим джерелом мінерального живлення рослинного (N, S) та, при незначних змінах кислотності ґрунтів, ступінь засвоєння деяких сполук рослинами може зростати. Кислотні опади  містять в середньому 3,0- 4,2 мг/дм3 сульфатної кислоти, що відповідає річній кількості сульфат- іонів – 30- 42 кг/га, та близько 2,0- 3,0 мг/дм3 нітратної кислоти, що відповідає річній кількості нітрат- іонів – 20 -30мг/га. Ці фактори слід врахувати при мінеральному живленні рослин та при внесенні добрив на орні землі.}}

     _{^{При високій кислотності опадів або великої їх кількості, кислотні дощі надають катастрофічного впливу на рослинний світ. Прийнято виділяти прямий вплив на рослини (безпосереднє враження рослин) та опосередкований, через процеси закислення ґрунтів.}}

     _{^{Проблема збереження лісів пов’язана із загально проблемою виживання людства. Ліси забезпечують людство відновлюваними ресурсами, регулюються водні режими більшості водойм, є місцем існування фауни та місцем рекреації. Тому, в більшості країн світу проблема збереження лісу вирішується на державному рівні. Не виключенням є і Україна, яка прийняла “Лісовий кодекс України”.}}

     _{^{Перші відомості про пошкодження лісів внаслідок дії кислотних дощів відносять ще до 1880 року, коли в районах металургійних комбінатів США спостерігались масові висихання лісів. Аналогічні явища спостерігались і спостерігаються в інших країнах. Особливо великої шкоди завдають лісам лісам викиди підприємств кольорової металургії, оскільки ці викиди в атмосферу містять значні кількості діоксиду Сульфору, який утворється на окислювальних стадіях виробництва.}}

     _{^{Не дивлячись на ці факти, практично немає наукових обґрунтувань щодо викидів речовин, які є попередниками кислотних дощів, по дії на лісові масиви. Наукові дослідження в цій галузі проводяться і, в ряді робіт показано чутливість рослин до дії діоксиду Сульфору і оксидів Нітрогену, але ці дані не використовуються в системі державного нормування антропогенного навантаження на атмосферне повітря. Державне регулювання в цій галузі має мету захисту людини, яка не є самим чутливим компонентом екосистем. Дані таблиці 2.1. свідчать про те, що в більшості випадків рослин є надзвичайно чутливі до дії ряду речовин.}}

     _{^{Таблиця 2.1.}}

     _{^{Граничні концентрації деяких забруднювальних атмосферу}}

     _{^{речовин для деревних порід( за Боковим В.О. та Лущиком А.В.,1998)}}

       
 

     _{^{Найбільш чутливими до дії кислотних дощів є шпилькові породи дерев, особливо що стосується прямого впливу. Широколистяні дерева, які восени скидають крони, менше вражаються кислотними дощами при прямій дії. В результаті дії кислотних дощів на шпилькові та інші породи дерев спостерігається поява перших симптомів враження лісу – підсихання вершини дерев, що є головно ознакою, хлороз, тобто руйнування хлорофілу рослин і, як наслідок, мозаїчна плямистість хвої, опадання голок. Пошкодження лісових масивів обумовлено впливом кислотних дощів як на крону дерев, так і на зміну хімічного складу ґрунтів під їх впливом. Найбільш важливим критерієм негативного впливу кислотних дощів при їх прямій дії є кислотність цих опадів (pH дощу) , а при опосередкованій – кількість кислотних опадів. При систематичній дії кислотних дощів (pH  ̴  3,5 – 5,6) спостерігаються зміни в катіонному складі листя та вимивання з них білків, при pH ≤ 2,5 – значно сповільнюється швидкість росту молодих гілок, а при pH < 2,0 – вражаються всі види дерев. Аналогічні зміни спостерігаються у випадку дії кислотних туманів.}}

     _{^{В процесі випадання кислотних дощів і потрапляння їх в ґрунти, катіони Гідрогену внаслідок особливості їх поведінки в іонообмінних процесах, витісняють із компонентів ґрунтів іони Кальцію, Магнію, Калію та Натрію і останні засвоюються деревами. Тому більшість ґрунтів, на яких ростуть ліси, сильно закислені. Процес закислення  ґрунтів призводить до зростання розчинності в кислому середовищі нерозчинних у воді, а від так і нерухомих, сполук Алюмінію, які приймають участь в обмінних процесах. На сьогодні доведена висока токсичність розчинність сполук Алюмінію для кореневої системи дерев. Іони Алюмінію, які значними компонентами глинистих ґрунтів, при середніх значеннях pH знаходяться в малорозчинній і тому не в токсичній формі, а при витісненні їх іонами Гідрогену, спостерігається їх токсична дія, яка проявляється  в зменшенні кореневої системи, руйнуванні кореневих волосків, відмиранні кореневої системи. При закисленні  ґрунтів ( до pH ̴ 3,0), коренева система більшості дерев зменшується на 12%. Аналогічно впливу на короневу систему дерев надають сполуки Феруму. Доведено, що при пониженні величини pH ґрунту на одиницю, концентрація розчинних сполук Алюмінію і Феруму зростає у 100 разів.}}

     _{^{Крім того, в ґрунті містяться ряд мікроорганізмів – редуцентів, таких як бактерії, гриби тощо. Вони приймають участь в процесах мінералізації органічних речовин ґрунтів і утворенні гумусу, а із зростанням кислотності рухомих форм металів, в першу чергу Алюмінію і Феруму, їх активність різко зменшується. Наслідком цих процесів може бути накопичення в ґрунтах органічних речовин, відтак і деградація флори.}}