Хімічні перетворення забруднюючих кислотних речовин в атмосфері:
Потрапляють в повітря забруднюючі речовини значною мірою піддаються фізичним і хімічним перетворенням в атмосфері. Дані процеси протікають одночасно з поширенням цих речовин.
1. Хімічні перетворення сполук сірки:
Як правило сірка входить до складу викидів не в повністю окисленої формі (ступінь окислення сірки в її двоокису дорівнює 4, тобто до двох атомів кисню приєднується один атом сірки). Якщо сполуки сірки перебувають в повітрі протягом досить тривалого часу, то під дією містяться в повітрі окислювачів вони перетворюються на сірчану кислоту або сульфати. В процесі окислення киснем (О2) сірчистого газу (SО2), сірка підвищує свою ступінь окислення і переходить в трехокись сірки (SОз), яка в свою чергу будучи дуже гігроскопічним речовиною і взаємодіючи з атмосферної водою, дуже швидко перетворюється в Н2 SО4. Саме з цієї причини в звичайних атмосферних умовах трехокись сірки не міститься в повітрі у великих кількостях. В результаті реакції утворюються молекули сірчаної кислоти, які в повітрі або на поверхні аерозольних часток швидко конденсуються. Крім двоокису сірки в атмосфері знаходиться також значна кількість інших природних сполук сірки, які в кінцевому рахунку окислюються до сірчаної кислоти (або сульфатів).
- Хімічні перетворення сполук азоту:
Найбільш поширеним з'єднанням азоту, що входять до складу викидів, є окис азоту NO, яка при взаємодії з киснем повітря утворює двоокис азоту. Остання результаті реакції з радикалом гідроксилу перетворюється в азотну кислоту NO2 + ОН = HNO3. Отримана таким чином азотна кислота на відміну від сірчаної може довгий час залишатися газоподібному стані, так як вона погано конденсується. Це пов'язано з тим, що азотна кислота має більшу летючість, ніж сірчана. Пари азотної кислоти можуть бути поглинені крапельками хмар або опадів або частками аерозолю.
Кислотна седиментації (кислотні дощі).
Заключним етапом у перебігу забруднюючих речовин єседиментації, яка може відбуватися двома шляхами:
- вимивання опадів, або вологе седиментації
- випадання опадів, або суха седиментації
Сукупність цих двох процесів і називається кислотної седиментацією.
Вплив кислотних дощів на навколишнє середовище
Вступники в грунт з кислотним дощем іони водню можуть заміщатися знаходяться в грунті катіонами, в результаті чого відбувається або вилуговування кальцію, магнію і калію, або їх седиментації в збезводненої формі. Зростає мобільність токсичних важких металів, таких як марганець, мідь, кадмій. Розчинність важких металів сильно залежить від рН. Розчинення і внаслідок цього легко поглинаються рослинами важкі метали є отрутами для рослин і можуть привести їх до загибелі. Одним з найбільш небезпечних елементів, для живих організмів живуть в грунті, є алюміній розчинений в сильнокислой середовищі. У багатьох грунтах, наприклад, в північних помірних і бореальних лісових зонах, спостерігається поглинання більш високих концентрацій алюмінію в порівнянні з концентраціями лужних катіонів. Хоча багато видів рослин в змозі витримати це співвідношення, однак при випаданні значних кількостей кислотних опадів співвідношення алюміній-кальцій в грунтових водах настільки змінюється, що послаблюється ріст коренів і створюється небезпека для існування дерев.
Що відбуваються в складі грунту зміни можуть перетворювати склад мікроорганізмів у грунті, впливати на їх активність і тим самим впливати на процеси розкладання і мінералізації, а також на зв'язування азоту і внутрішнє закислення.
Незважаючи на що випадають кислотні опади грунт має здатність до вирівнювання кислотності середовища тобто до певної міри вона може чинити опір посиленню кислотності. Опірність грунту визначає як правило наявність вапнякових і пісчаникових порід (до складу яких входить карбонат кальцію СаСО3), які в результаті гідролізу має лужну реакцію.
Закислення прісних вод.
Закислення прісних вод - це втрата ними здатності до нейтралізації. Закислення як правило викликають сильні кислоти такі як сірчана і азотна кислота. Протягом тривалого періоду більш важливу роль відіграють сульфати, але під час епізодичних явищ (танення снігу) сульфати і нітрати діють спільно.
Процес закислення водойм можна умовно розділити на 3 фази:
- Спад іонів гідрокарбонату, тобто зменшення здатності до нейтралізації прі не змінюється значенні рН.
- Зменшення рН при зменшенні кількості іонів гідрокарбонату. Значення рН тоді падає нижче 5,5. Найбільш чутливі види живих організмів починають гинути вже при рН = 6,5.
- При рН = 4,5 кислотність розчину стабілізується. У цих умовах кислотність розчину регулюється реакцією гідролізу алюмінію. В такому середовищі здатні жити лише окремі види комах, рослинний і тваринний планктон, а також білі водорості.
Загибель живих істот крім дії дуже отруйна іона алюмінію може бути викликана і тим, що під впливом іона водню виділяються кадмій, цинк, свинець, марганець, а також інші отруйні важкі метали. Кількість рослинних поживних речовин починає зменшуватися. Іон алюмінію утворює з іоном ортофосфата нерозчинний фосфат алюмінію, який осідає у формі донного осаду: А1 3 + + РO 3 = А1РО4. Як правило зменшення рН води йде парралельно зі скороченням популяцій і загибель риб, земноводних, фіто-і зоопланктону, а також безлічі різних інших організмів.
Найбільшого масштабу закислення озер і річок досягло в Швеції, Норвегії, США, Канаді, Данії, Бельгії, Голландії, Німеччини, Шотландії, Югославії та ще в цілому ряді Європейських держав. Вивчення 5000 озер в південній Норвегії показало, що в 1750 з них зникли популяції риб, а 900 інших озерам загрожує серйозна небезпека. У південній і центральній частинах Щвеции спостерігається втрата риби в 2500 озерах, те ж саме передбачається в ще 6500 озерах, де вже виявлені ознаки закислення. Майже в 18 000 озерах рН води менше 5,5, що дуже несприятливо впливає на популяції риб.
Безпосередній вплив кислотних опадів на навколишнє середовище
1. Загибель рослин. Безпосередня загибель рослин найбільшою мірою спостерігається поблизу від безпосереднього джерела викидів, а також в радіусі кількох десятків кілометрів від цього джерела. Головною причиною є висока концентрація двоокису сірки. Це з'єднання адсорбується на поверхні рослини, головним чином на його листі, і проникаючи в організм рослини бере участь в різних окисно - відновних реакціях. Під їх впливом відбувається окислення ненасичених жирних кислот мембран, тим самим змінюється їх проникність, що надалі впливає на такі жизнено-важливі процеси як дихання і фотосинтез. В першу чергу відбувається загибель лишайників, які можуть існувати тільки при дуже чистому стані навколишнього середовища. Лишайники є чутливими індикаторами різних видів повітряного забруднення. Недавні дослідження, проведені в університеті Ноттінгема, показали, що утворюють подушки види роду С1аdonia можуть служити чутливими індикаторами кислотних дощів. Величезної шкоди завдають кислотні дощі лісам. Ліси висихають, розвивається суховершинность на великих площах. Кислота збільшує рухливість в грунтах алюмінію, який токсичний для дрібних коренів, і це призводить до пригнічення листя і хвої, крихкості гілок. Особливо страждають хвойні дерева, тому що хвоя змінюється рідше, ніж листя, і тому накопичує більше шкідливих речовин за один і той же період. Хвойні дерева жовтіють, у них зріджуються крони, пошкоджуються дрібні коріння. Але і у листяних дерев змінюється забарвлення листя, передчасно опадає листя, гине частина крони, пошкоджується кора. Природного поновлення хвойних і листяних лісів не відбувається. Все більшої шкоди кислотні дощі завдають сільськогосподарським культурам: пошкоджуються покривні тканини рослин, змінюється обмін речовин в клітинах, рослини сповільнюють ріст і розвиток, зменшується їх опірність до хвороб і паразитів, падає врожайність. Фахівці американського університету штату Північна Кароліна вивчили вплив, який чиниться кислотними дощами на рослини в період їх максимальної сприйнятливості до факторів зовнішнього середовища. Під впливом кислотних дощів безпосередньо після запилення в качанах кукурудзи формувалося менше зерен, ніж при зрошенні чистою водою. Причому чим більше в дощовій воді містилося кислоти, тим менше зерен утворювалося в качанах. Разом з тим з'ясувалося, що кислотні дощі, що пройшли до запилення, не чинили помітного впливу на формування зерен. Проведено дослідження ступеня сприйнятливості до кислотних дощів 18 видів сільськогосподарських культур і 11 видів декоративних рослин на ранніх стадіях росту. Найбільш схильними до шкідливому впливу виявилися листя томатів, сої, квасолі, тютюну, баклажанів, соняшнику і бавовнику. Найменш сприйнятливими - озима пшениця, кукурудза, салат, люцерна і конюшина.
- Прямий вплив на людину. Особливу небезпеку для здоров'я людини представляють аерозольні частинки кислотного характеру. Ступінь їх небезпеки залежить в першу чергу від їх розмірів. Великі аерозольні частинки затримуються у верхніх дихальних шляхах, тоді як дрібні (менше 1 мкм.) Краплі складаються з суміші сірчаної та азотної кислот можуть проникати в найвіддаленіші ділянки легенів і наносити там суттєві пошкодження. Крім того такі метали як
алюміній (і ін. важкі метали) можуть потрапити в ту харчовий ланцюжок на вершині якої стоїть людина, що може привести до його отруєння. - Корозія металів, будівель і пам'ятників. Кислотні дощі не тільки вбивають живу природу, а й руйнують пам'ятники архітектури. Міцний, твердий мармур, суміш оксидів кальцію (СаО і СО2), реагує з розчином сірчаної кислоти і перетворюється в гіпс (СаSО4) .Смена температур, потоки дощу і вітер руйнують цей м'який матеріал. Історичні пам'ятки Греції та Риму, простоявши тисячоліття, останніми роками руйнуються прямо на очах. Така ж доля загрожує і Тадж-Махалу - шедевру індійської архітектури періоду Великих Моголів, в Лондоні
Тауеру і Вестмінстерського абатства. На соборі Св. Павла в Римі шар портлендського вапняку роз'їдені на 2,5 см. У Голландії статуї на соборі Св. Іоанна тануть, як льодяники. Чорними відкладеннями поїдені королівський палац на площі Дам в Амстердамі. Понад 100 тис. Найцінніших вітражів, що прикрашають собори в скинії, Контербері, Кельні, Ерфурті, Празі, Берні, в інших містах Європи можуть бути повністю втрачені в найближчі 15-20 років.
Вивчивши нові дані про кислотність опадів, що випадають в різних регіонах Західної Європи, і про вплив їх на будівлі та споруди, співробітники Дублінського університету (Ірландія) виявили, що саме катастрофічне становище склалося в центрі Манчестера (Великобританія), де за 20 місяців кислотні опади розчинили більше 120 г на 1 м 2 каменю (пісковику, мармуру або вапняку)
Місто постраждало дуже сильно, хоча загальна кількість опадів в спостережуваний відрізок часу там було вкрай низьким. Очевидно, занадто висока була ступінь їх кислотності.
За Манчестером слід Ліпхун (графство Гемпшир в Вели-кобрітанія) і Антверпен (Бельгія), де кожен камінь під відкритим небом втратив 100 г з 1 м 2. Навіть такі відомі забрудненістю атмосфери міста, як Афіни, Копенгаген і Амстердам, піддалися кислотному руйнування в значно меншому ступені.