Кислотные дожди, их причины и методы устранения.

Кислотными дождями называют все виды метеорологических осадков (дождь, снег, град, туман, дождь со снегом), показатель рН которых меньше, чем среднее значение рН дождевой воды, равное 5,6. Значение рН нейтрального раствора равняется 7. При растворении кислот в воде концентрация ионов Н+ возрастает, а показатель рН снижается. Для кислых растворов рН< 7, для щелочных pH > 7.

Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это происходит вследствие того, что двуокись углерода вступает в реакцию с дождевой водой. При этом образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2OH2CO3). Теоретическое значение рН дождевой воды равняется 5,6 – 5,7. В реальной жизни показатель ее кислотности в разных местах может сильно различаться, что, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или иной местности (оксид серы, оксиды азота).

Кислотный дождь образуется в результате химического взаимодействия оксидов серы (SO2 и SO3) и азота (NOх) с водой в атмосфере. Эти вещества выбрасываются автомобильным транспортом, образуются в результате деятельности металлургических и химических предприятий, а также при сжигании ископаемого топлива на электростанциях (при высокой температуре азот горит в кислороде воздуха). Вступая в реакцию с водой, оксиды превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотистой и азотной. Затем вместе со снегом или дождем они выпадают на землю.

В настоящее время последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются практически во всех странах Земного шара. Он оказывает отрицательное воздействие на водоемы – озера, реки, заливы, пруды, повышая их кислотность до такого уровня, что в них погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со значениями рН =7 – 9,2. С увеличением кислотности водяные растения гибнут, лишая других животных водоема пищи. При рН = 6 погибают пресноводные креветки, а при повышении рН до 5,5 – донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон, он составляет основу пищевой цепи водоемов и питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических веществ. Когда рН достигает 4,5,погибает вся рыба, большинство лягушек и насекомых.

По мере повышения кислотности воды становится возможным растворение из донных отложений и почв токсичных тяжелых и легких металлов: кадмия, ртути, свинца, алюминия и др. Люди, пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу, перенасыщенную ртутью, могут приобрести серьезные заболевания. Возрастание в подкисленной воде содержания алюминия всего лишь до 0,2 мг/л летально для рыб. Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты, активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и становятся недоступными для усвоения.

Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне, но также уничтожает растительность на суше.. Особенно чувствительны к кислотным дождям хвойные леса – с них опадает хвоя. Воздействие кислотных дождей также снижает устойчивость лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что приводит к их ухудшению, как природных экосистем. Они разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, снижают плодородие почв и т.п.

Единственный способ изменить ситуацию к лучшему – это снизить количество кислотообразующих выбросов в атмосферу. В теплоэнергетике это может быть достигнуто за счет перехода с угля на газовое топливо, поскольку содержание серы в газе существенно меньше, чем в углях. Для устранения образования оксидов азота следует понизить температуру горения газа или мазута до 500 – 600ОС, этого можно достичь, применяя так называемые каталитические генераторы тепла, в которых сжигание топлива происходит не в факеле (форсунке), а в слое катализатора путем окисления.

Для снижения выбросов оксидов азота (и оксида углерода СО – угарного газа) автомобильного транспорта следует применять каталитические дожигатели, которые монтируются на выхлопную трубу автомобиля. Проходя через слой катализатора в дожигателе (это платиновые металлы, нанесенные на инертный носитель), выхлопные газы очищаются: СО превращается в СО2 – углекислый газ, а оксиды азота – в азот.

Истощение природных ресурсов и проблема отходов.

Истощение природных ресурсов – одна из глобальных экологических проблем человечества. Природные ресурсы (ПР) – объекты и явления природы, которые используются (или могут быть использованы) для удовлетворения материальных, научных или культур­ных потребностей общества.

Природные ресурсы  классифицируются на биологические (леса, растения, животные), минеральные (полезные ископаемые), энергетические (энергия солнца, приливов и отливов, ветра и т.д.), исчерпаемые, неисчерпаемые, возобновимые, невозобновимые, реальные и потенциальные.

Климатические ресурсы (тепло и влага атмосферы, воздух, энергия ветра) также практически неисчерпаемы. Однако со­став атмосферы может значительно изменяться в результате за­грязнения ее механическими примесями, газами промышленнос­ти и транспорта, а также радиоактивными веществами. Борьба за чистоту воздуха – одна из важнейших задач охраны этого при­родного ресурса.

Водные ресурсы для биосферы в целом неизменны, но запа­сы и качество пресной воды ограничены, некоторые регионы уже сейчас испытывают в ней недостаток, который вызван обмелением рек и озер, а также ее повсеместным загрязнением. Практически неиссякаемыми остаются воды Мирового океана, но они перед угрозой загрязнения нефтью, радиоактивными и другими отходами, что изменит условия существования населяющих их животных и растений.

Проблема исчерпаемости природных ресурсов с каждым годом приобретает все большую актуальность, это связано как с осознанием факта их ограниченности, так и с интенсивно увеличивающимся потреб­лением.

Расходование ресурсов приводит к существенным изменениям биосферы. Преждевременное изъятие погребенных в литосфере веществ и ввод их в оборот нарушает оптимальный баланс круговорота веществ в природе. Кроме того, использование невозобновимых ре­сурсов влечет за собой цепь частных последствий, важных для био­сферы: преобразование ландшафтов, изъятие площадей природных экосистем, деградация почв, изменение распределения грунтовых вод и др.

С этой проблемой неразрывно связана и другая экологи­ческая проблема – отходы – неиспользуемые остатки сырья, материалов, полуфаб­рикатов, иных изделий и продуктов, образующиеся в процессе произ­водства продукции или ее потребления и утратившие свои потреби­тельские свойства. Они относятся к материальным объектам, кото­рые могут быть потенциально опасны и для окружающей природной среды, и для здоровья человека. Отходы бывают:

• бытовые (коммунальные);

• промышленные;

• производственного потребления;

• опасные (токсичные);

• радиоактивные.

В свою очередь, промышленные отходы делятся на твердые и жид­кие. К первым относятся отходы металлов, древесины, пласт­масс, промышленный мусор и прочее. Ко вторым – сточные воды, шламы пыли минерального и органического происхождения в системах мокрой очистки газов и т.п.

Опасными являются, в частности, широко применяемые в сельском хозяйстве различные ядохимикаты, а также промышленные отходы, содержащие канцерогенные и токсичные вещества. По дан­ным статистики, на территории России накоплено около 80 млрд. тонн от­ходов, количество которых неуклонно растет из года в год.

Наибольшую опасность для окружающей среды и здоровья челове­ка представляют радиоактивные отходы, которые образуются на АЭС, радиохимических заводах, гидрометаллургических комбинатах, в ис­следовательских центрах.

Большую угрозу представляют забытые захоронения отходов, на месте которых строятся жилые дома или другие сооружения. Как и в других странах мира, озадаченных проблемой отходов, в России предпринимаются шаги по нормализации (минимизации) этой проблемы на законодательном уровне. Так, в 1998 г. принят Феде­ральный закон “Об отходах производства и потребления”, устанавливающий общие требования к обращению с ними. В

Деградация наземных экосистем и проблема нехватки пищевых ресурсов.

Нерациональное землепользование приводит к деградации наземных экосистем. Имеются в виду такие процессы, как сведение лесов, эрозия, засоление и загрязнение почв, опустынивание и, как следствие, падение продуктивности почвы, снижение урожаев, высыхание поверхностного слоя почвы, оврагообразование, наступление песчаных дюн на орошаемые земли, уничтожение урожаев песчаными бурями и т.д.

Сведение лесов – серьезная проблема не только потому, что лес – это природный ресурс чрезвычайной важности для человека, который не может быть восстановлен в короткие сроки, возникает также огромное число побочных эффектов. Оно является главной причиной таких экологических проблем, как опустынивание, деградация почв, наводнение, образование селевых потоков, заиливание водотоков, разрушение ареалов диких животных, вымирание видов животных и растений и т.п.

Россия обладает более чем одной пятой мировых лесных ресурсов, из них 79,6% хвойные леса, 2,7% твердолиственные и 17,7% мягколиственные. За пятилетний период леса погибли на площади 1,5 млн. га. Что приводит к сведению лесов в России?

Пожары. В районах Сибири и Дальнего Востока они часто носят глобальный характер. В период 1988 – 1993 гг. в России произошло 122,8 тысяч лесных пожаров, охвативших 5,1 млн. га лесной площади. По мнению специалистов, площадь гарей и погибших древостоев в стране втрое превышает площадь рубок.

Промышленные рубки. В 1988 – 1993 гг. в России рубки производили на площади 8,8 млн. га, а лесовосстановление – только на 7,2 млн. га.

Потери заготовленной древесины (особенно в Сибири и на Дальнем Востоке). Лесозаготовка проходит со значительными потерями древесины. В 1993 г. она составила 4,9 млн. м3 древесины. Это создает дополнительную пожарную опасность, способствует возникновению очагов вредителей.

Вредные насекомые и болезни. Эксперты ежегодно регистрируют очаги насекомых и болезней на площади от 1,5 до 2,5 млн. га.

Поражение промышленными выбросами. В целом по Российской Федерации промышленными выбросами поражено более 780 тыс. га леса, в том числе 380 тыс. га погибли или усыхают. В районе Норильска уничтожено около 300 тыс. га. Территория лесов, зараженных в результате ядерных аварий и испытаний ядерного оружия, составляет 3,5 млн. га.

Опустынивание – процесс, в результате которого уменьшается продуктивность земель, подверженных засухе. Опустынивание может происходить вследствие сведения лесов, нерационального землепользования, засухи, перевыпасов скота, нерационального орошения (заболачивания и засоления) и т.д.

Другая причина, приводящая к опустыниванию, – перевыпас скота. С увеличением поголовья скота возрастает нагрузка на пастбища, и одновременно падает их продуктивность. Перевыпас ведет к:

-уменьшению количества подножного корма и съедобной растительности;

-замещению многолетних видов растений однолетними, которые не способны уберечь почву от эрозии;

-сбиву пастбищ копытами скота;

-дестабилизации песчаных дюн в результате того, что скот поедает растительность на их гребнях;

-ухудшению здоровья животных и постоянным падениям надоев молока и производства мяса.

Засоление почв (вторичное засоление; имеется в виду, что хозяйственная деятельность человека усиливает естественные природные процессы засоления почв) – процесс деградации почв, обычно связанный с неумеренным поливом орошаемых земель в засушливых районах, как результат нерациональной ирригации. Сначала происходит подтопление и заболачивание земли. Это приводит к тому, что соленые грунтовые воды выходят на поверхность, если дренажные системы не отводят их. Площадь засоленных почв в России – 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв снижает урожайность сельскохозяйственных культур, вплоть до полной потери и изъятия земель из оборота.

Этот процесс ослабляет биологический круговорот веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения – галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций, усиливаются миграционные процессы.

Эрозия почв (от лат. erosio – разъедание) – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся такому разрушению, называют эродированными. Эрозия почвы может быть вследствие промышленных и сельскохозяйственных работ (промышленная эрозия), военных действий – воронки, траншеи (военная эрозия) и т.д. Пылевые бури и водные потоки способны в считанные часы снести до 10 – 15 см верхнего слоя почвы, наиболее богатого гумусом (в естественных условиях гумусовый слой почвы образуется со скоростью 2 – 3 см за 100 лет).

Эрозия оказывает существенное негативное воздействие на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и т.п.

Рассмотренные процессы деградации почв приводят к тому, что ежегодно во всем мире сокращаются площади пахотных земель, снижается урожайность продовольственных культур. Все это в совокупности с неуклонным ростом народонаселения Земли неизбежно ведет к проблеме нехватки пищевых ресурсов, которая обостряется и процессом урбанизации, т.е. ростом городов и городского населения. При этом из сельскохозяйственного обращения изымается большая площадь пахотных земель и сельхозугодий. Рост городов, а вместе с ним автотранспорта и промышленных предприятий приводит к увеличению степени загрязнения окружающей природной среды и к деградации экосистем.

Загрязнение Мирового океана.

Океан – поистине неисчерпаемый источник полезных ископаемых. Нефть, благородные металлы, редкоземельные элементы и т.п. хранят океанские недра и океанские воды. Например, запас только железо-марганцевых конкреций, устилающих дно Тихого океана, достигает 1,5 млрд. тонн. В них сосредоточено около 71 млрд. тонн марганца (это в 300 раз больше, чем во всех вместе взятых месторождениях суши). При разумной эксплуатации, кроме марганца и железа, из них можно извлечь более 2 млрд. тонн никеля, 1 млрд. тонн кобальта, 1,2 млрд. тонн меди.

Значительный энергетический потенциал сосредоточен в океанических волнах, приливах, термальных градиентах, морских течениях. Дно океана дает около четверти суммарной мировой добычи нефти. Предполагается, что к 2005 г. морская добыча нефти повысится еще на 50%. По оценкам специалистов, морские ресурсы магнетита, ильменита, рутила, олова, золота, платины и других элементов несопоставимы с их запасами на суше. Океан обеспечивает 90% мировой добычи брома, 60% – магния, 30% – поваренной соли. Океан служит одним из важнейших источников пищевых ресурсов для человечества, поставляя 25% белков животного происхождения.

Велико его транспортное значение: более 75% мирового грузооборота приходится на его долю. Океан в значительной мере влияет на процесс климатообразования, на поддержание в состоянии равновесия основных частей атмосферы. Он является основным буфером, определяющим содержание СО2 в атмосфере и регулирующим тем самым интенсивность парникового эффекта.

Нефть и нефтепродукты. Основной загрязнитель океана – нефть. Как правило, это связано с транспортировкой нефти из районов ее добычи и с утечками из скважин (каждый год так теряется 10,1 млн. тонн нефти). Большая масса нефти поступает в моря по рекам, с бытовыми и ливневыми стоками. Объем загрязнений из этого источника составляет 12 млн. тонн в год.

Попадая в морскую среду, нефть сначала, образуя слои различной мощности, растекается в виде пленки, которая изменяет состав спектра солнечного света, проникающего в воду, и количество поглощенного водой света. Так, пленка толщиной 40 мкм полностью поглощает инфракрасное излучение Солнца, нарушая тем самым экологическое равновесие и вызывая гибель морских организмов. Нефть “склеивает” перья птиц, вызывая в итоге их гибель.

Другим загрязнителем океана являются пестициды – вещества, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений. Около 11,5 млн. тонн этих веществ уже вошло в состав наземных и морских экосистем. Печально известен хлорорганический инсектицид – ДДТ. За открытие его свойств ученым была присуждена Нобелевская премия. Но вскоре выяснилось, что многие истребляемые организмы способны приспосабливаться к нему, а сам ДДТ аккумулируется в биосфере и очень устойчив к биодеградации: его период полураспада (время, за которое исходное количество уменьшиться в два раза) составляет десятки лет. Было принято решение запретить производство и применение ДДТ, но он уже успел накопиться в биосфере. Так, заметные дозы ДДТ были обнаружены даже в организмах пингвинов. К счастью, они не входят в пищевой рацион человека. Но накопившийся в рыбе, съедобных моллюсках и водорослях, ДДТ (или другие пестициды), попадая в человеческий организм, могут привести к очень серьезным, порой трагическим последствиям.

Синтетические поверхностно-активные вещества или детергенты – вещества, понижающие поверхностное натяжение воды и входящие в состав синтетических моющих средств, широко применяемых в промышленности и в быту. Вместе со сточными водами синтетические поверхностно-активные вещества попадают в материковые воды и далее в морскую среду. Синтетические моющие средства содержат также и другие ингредиенты, токсичные для водных организмов: полифосфаты натрия, ароматизирующие и отбеливающие (персульфаты, пербораты) вещества, кальцинированную соду, карбоксиметилцеллюлозу, силикаты натрия и т.д.

Тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, цинк, медь, мышьяк и т.п.) широко применяются в промышленном производстве. Они со сточными водами попадают в океан.

Для морских биоценозов наибольшею опасность представляют ртуть, свинец и кадмий. Ионы этих металлов способны аккумулироваться в океанических пищевых цепочках, вызывая болезни, мутации и гибель морских организмов, а также болезни людей, потребляющих морепродукты в пищу. Наибольшую известность получила болезнь Миномата в Японии. Причиной заболевания послужили отходы предприятий по производству хлорвинила и ацетальдегида, где в качестве катализатора используется хлорид ртути. Недостаточно очищенные сточные воды предприятий поступали в залив Миномата, ртуть концентрировалась в телах рыбы и моллюсков, употребляемых местным населением в пищу. Достигнув определенного содержания в организме человека, она вызывала его заболевание. Симптомы этой неизлечимой болезни – расстройство речи, зрения, паралич; итог – несколько сот прикованных к больничной койке людей и почти 70 погибших.

Еще один источник загрязнения (и значительный) – дампинг – сброс отходов в океан с целью захоронения. Многие страны, имеющие выход к морю, производят морские захоронения различных материалов и веществ: грунта, вынутого при дноуглубительных работах, отходов промышленности, строительного мусора, взрывчатых и химических веществ, радиоактивных изотопов (радионуклидов) и т.п. Объем захоронений составляет около 10% от всей массы загрязняющих веществ, поступающих в Мировой океан.

Формальным основанием для дампинга служит естественное свойство морской среды к самоочищению – переработке органических и неорганических веществ, поступающих в воду. Однако эта способность небеспредельна, поэтому дампинг следует рассматривать лишь как вынужденную меру, временную дань общества несовершенству технологий.

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Во многих случаях оно способствует повышению температуры воды на ~160С. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 130 км2. Устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену между поверхностным и донным слоями. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с увеличением температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Расширяется видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей, все это приводит к нарушению экологического равновесия в биосфере океана.

Загрязнение Мирового океана – одна из глобальных экологических проблем, стоящих перед человечеством и требующих решения.

Проблема сохранения биоразнообразия.

Под биоразнообразием понимают все виды растений, животных, микроорганизмов, а также сами экосистемы и экологические процессы, частью которых они являются. Оно является основой жизни на Земле: чем большее число растительных и живых организмов образуют экосистему, тем более она устойчива.

Биологические ресурсы являются основным источником сырья для промышленности (люди используют в пищу около 7000 видов растений, но 90 % мирового продовольствия создается всего двадцатью, а три вида из них (пшеница, кукуруза и рис) покрывают более половины всех потребностей). В последнее время человечество осознало полезность диких видов животных и растений. Они не только содействуют развитию сельского хозяйства, медицины и промышленности, но и полезны для окружающей среды, являясь неотъемлемой частью природных экосистем. Даже виды организмов, которые не входят в пищевую цепь человека, могут быть ему полезны, хотя и приносят пользу косвенным путем.

Понятие биоразнообразия все чаще ставится во главу угла при оценке состояния и экологического благополучия экосистем. Эволюционные процессы, происходившие в различные геологические периоды, привели к существенному изменению видового состава обитателей Земли. По мнению экспертов, в ближайшие 20–30 лет под серьезной угро­зой исчезновения будет находиться примерно 25% всего биоразно­образия Земли. Четыре основные причины исчезновения видов:

• утрата среды обитания, фрагментация и модификация;

• чрезмерная эксплуатация ресурсов;

• загрязнение окружающей среды;

• вытеснение естественных видов экзоти­ческими видами.

Во всех случаях эти причины имеют антропогенный характер. Подсчитано, что сокращение 70% тропических лесов ведет не только к исчезновению тех видов, которые обитали на уничтоженных участках леса, но и к сокращению до 30% численности видов, обитав­ших на соседних участках.

Многие морские виды уничтожаются ввиду коммерческой эксплуата­ции моря. Крупные наземные животные, в частности африканский слон, также находятся под угрозой исчезновения вследствие чрезмерной антропогенной нагрузки на зоны их естественного обитания.

Утрата видового разнообразия как жизненного ресурса может при­вести к серьезным глобальным последствиям для человека и даже его существования на Земле.