Асидификация

Асидификация — это природный процесс, вызванный антропогенной деятельностью и приводящий к повышению кислотной реакции атмосферы, гидросферы и педосферы. Еще в середине XIX в. обратили внимание на кислотные осадки, которые выпадали в окрестностях г. Манчестера (Англия). Английский ученый Р. А. Смит измерил кислотность атмосферных осадков и, обнаружив высокую концентрацию, назвал их кислотными дождями. Около 50 лет назад обратили внимание на увеличение кислотности внутренних вод, в частности озер Скандинавии. Впоследствии отметили ухудшение состояния почв и установили влияние возрастания кислотности на биологические компоненты ландшафтов. С течением времени повышение кислотности грунтовых вод, поверхностных водоемов и атмосферных осадков переросло в глобальную проблему.

В естественных нормальных условиях атмосферные осадки обычно обладают нейтральной или слабокислой реакцией, т. е. щелочно-кислотный показатель рН равен или меньше 7. Принято считать, что кислотные осадки — это осадки, у которых рН меньше 5.

Кислотные осадки бывают двух типов: сухие, выпадающие недалеко от источника их поступления, и влажные, распространяющиеся на большие расстояния. Основными компонентами кислотных осадков являются аэрозоли оксидов серы и азота, а также аммиак, которые совместно или раздельно при взаимодействии с атмосферной или почвенной влагой образуют капельки серной, азотной и некоторых других кислот.

Кислотные осадки имеют как природное, так и антропогенное происхождение. Основными источниками естественных кислотных осадков являются извержения вулканов, лесные пожары, дефляция почв и др., а антропогенных кислотных осадков — процессы сжигания минерального топлива, главным образом каменного и бурого угля в тепловых электростанциях и котельных, в металлургии, нефтехимической промышленности, на транспорте и др. Вследствие того что мировое сообщество продолжает использовать в качестве основного источника тепловой энергии минеральные полезные ископаемые, происходит неуклонное ухудшение состояния атмосферы.

В настоящее время антропогенная эмиссия кислотных соединений вдвое превышает их суммарные естественные выбросы, а в северном полушарии это соотношение достигает 9:1. В 2000 г. антропогенная эмиссия диоксида серы в атмосферу втрое превышала природные выбросы (соответственно 75 и 25 млн. т. в год). Эмиссия азота только вследствие сжигания горючих полезных ископаемых вдвое превысила естественные выбросы.

В результате широкого использования ископаемого топлива в атмосферу кроме углекислого газа попадают вещества, образующие антропогенные кислотные осадки. Только над территориями Северной Америки и Европы, где обитает всего 14% населения планеты, выбрасывается около 70% общемирового объема веществ, образующих антропогенные кислотные осадки. Основные области распространения кислотных осадков — промышленные районы Северной Америки, Западной и Восточной Европы, Япония, Корея, Китай. Но этими регионами зона распространения кислотных выбросов не ограничивается. Медленно, но неуклонно начинает нарастать и доля развивающихся стран, особенно расположенных в Азии.

Другим источником кислотных соединений является сельское хозяйство. В настоящее время естественная фиксация соединений азота в процессе построения растительной массы уже не в состоянии обеспечить потребности земледелия в азотном биогенном элементе — наиважнейшем химическом элементе для жизнедеятельности организмов. Приходится увеличивать использование азотных удобрений и расширять площади под посевами бобовых и рисовых культур, которые обладают способностью фиксировать азот в почвенном слое.

В результате резко возросшего количества внесенных азотных удобрений и существующей эрозии почв часть азотных соединений выносится, напрямую попадая в атмосферу, или вовлекается в круговорот водными потоками.

Высок среднегодовой выброс в атмосферу сульфатных частиц. Особенно большие выбросы серы дает промышленность США. На территории России фоновое загрязнение оксидами серы и азота отмечается повсеместно.

Вклад России в глобальную эмиссию серы составляет 15—20 %, а оксидов азота 10—15%. Достаточно четко выделяются территории с повышенным уровнем кислотности осадков: запад и центр европейской части России, Урал, Кольский полуостров, Кузбасс. Внутри этих территорий имеются значительные площади, где выпадает ежегодно от 3 до 5 т серы и 1—2 т азота на каждый квадратный километр.

Антропогенная асидификация приводит к значительным изменениям состояния почвенного покрова, меняет рН поверхностных и грунтовых вод, ухудшает состояние лесов и растительного покрова в целом. Вода с разной степенью кислотности неблагоприятно воздействует на инженерные сооружения, а атмосферная влага влияет на радиационный баланс Земли. Оксиды азота и серы, попадая в избыточном количестве в растения и накапливаясь в их клетках, затем отрицательно влияют на здоровье человека.

При оценке реального воздействия кислотных осадков на ландшафты и их компоненты необходимо сравнивать величины осадков с буферной способностью почв и почвообразующих пород. В целом в областях недостаточного увлажнения кислотные осадки нейтрализуются и особенно серьезной проблемы не представляют. Наоборот, в зонах избыточного и обильного увлажнения воздействие кислотных осадков на почвы, леса, водные объекты оказывается наиболее сильным и неблагоприятным.

Лесные почвы Европы длительное время отличались высокой потенциальной способностью противостоять асидификации. Однако в результате высокой насыщенности промышленными объектами с начала промышленной революции они постепенно теряли буферную способность и оказались предрасположенными к дальнейшей асидификации. Это выразилось в значительной деградации лесного покрова. Особенно показателен такой результат в некоторых странах Центральной и Западной Европы.

Кислотные осадки играют решающую роль в процессах выветривания алюмосиликатного исходного материала. Они увеличивают подвижность в ландшафте высокотоксичного для живых существ алюминия.

Первое время казалось, что высокие и сверхвысокие трубы тепловых электростанций, промышленных предприятий и котельных способствуют снижению концентрации загрязняющих веществ вблизи источника выбросов. Однако высота труб не решает проблемы, особенно при большой плотности источников загрязнения, и к тому же чем выше труба, тем сильнее разнос кислотных осадков на большие расстояния. Следовательно, проблема из локальной превращается в региональную.

Ввиду того что кислотные осадки переносятся на значительные расстояния, возникла необходимость в международном сотрудничестве. Еще в 1979 г. была заключена европейская Конвенция, в которой приняли участие США и Канада, по трансграничному переносу загрязнений воздуха. Впоследствии к ней добавился ряд соглашений по сокращению эмиссии оксидов серы и азота.

Главным анропогенным источником кислотных осадков является тепловая энергетика, поэтому основной путь снижения эмиссии оксидов серы и азота состоит в том, чтобы изменить технологические приемы, использовать минеральное топливо более высокого качества и с низким содержанием оксидов серы и азота, видоизменить технологию сжигания, осуществить переход на качественно иной вид топлива (мазут, низкосерный газ), повсеместно установить на трубах улавливающие фильтры.