Основные предшественники кислотных дождей и атмосферные процессы, которые способствуют их образованию

К основным предшественников кислотных дождей относят выбросы в атмосферу диоксида серы, оксидов азота и летучих органических соединений. Эти вещества выбрасываются из многих источников, поэтому в каждой стране распределение выбросов этих загрязняющих атмосферу компонентов будет различным. Это распределение выбросов обусловлен степенью развития промышленности стран, в первую очередь металлургии и теплоэнергетики, инфраструктуры и коммунального хозяйства. В некоторых странах основными источниками выбросов веществ, которые являются предшественниками кислотных дождей, является автотранспорт.

 

Соединения серы и азота, которые выбрасываются в атмосферу, могут образовываться как в результате антропогенной деятельности, так и вследствие природных процессов. Безусловно, региональные выбросы веществ, являющихся предшественниками кислотных дождей, с антропогенных источников загрязнения значительно мощнее, чем из природных, хотя на уровне биосферы в целом, эти влияния являются примерно равными.

 

Естественные источники загрязнения атмосферного воздуха соединениями серы и азота условно разделяют на биогенные и небиогенни. Биогенными источниками загрязнения являются растения, например, лесные массивы и тому подобное, и микроорганизмы, которые в процессах жизнедеятельности выделяют в атмосферу разнообразные химические соединения. Небиогеннимы природными источниками загрязнения атмосферы являются различного рода геотермальные источники, молнии, процессы естественного горения и т.д.. Удельный вес природных источников в общем загрязнении атмосферы соединениями серы и азота в разных странах различна, что обусловлено особенностями географического положения, характерными фитоценозами т.д..

 

Особенностью природных источников выброса соединений серы является то, что в атмосферу выбрасываются преимущественно восстановленные соединения серы, например диметилсульфид, а превращение их в предшественников кислотных дождей возможно лишь в результате многостадийных окислительных реакций. В то же время диоксид серы, который выбрасывается из антропогенных источников загрязнения атмосферы, относительно быстро превращается в сульфатную кислоту.

 

Роль природных источников оксидов азота в образовании кислотных дождей значительно больше. Оксиды азота образуются в результате молний, деятельности почвенных организмов, микрофлоры воды, а часть попадает в нижние слои атмосферы из стратосферы.

 

Итак, в отдельных случаях, количество выбросов соединений серы и азота из природных источников соизмерима с количеством выбросов из антропогенных источников. На природные источники выбросов этих компонентов вливать трудно, поэтому особое внимание при организации природоохранной деятельности уделяют антропогенным источникам загрязнения атмосферного воздуха. Так, значительный рост количества выбросов в атмосферу диоксида серы наблюдается до 1920 года, что обусловлено бурным развитием цветной металлургии, химической промышленности и ростом используемого угля. В 30-е годы вследствие экономической депрессии, количество выбрасываемые диоксида серы уменьшается и, в 40-е годы вновь возрастает, что обусловлено бурным развитием промышленности и транспорта в период II Мировой войны. После этого периода вновь наблюдается упадок промышленности, а значит и уменьшается количество диоксида серы, выбрасываемого в атмосферу. Следующее увеличение количества этих выбросов наблюдается до 1975 года, когда в США был принят закон об охране атмосферного воздуха. Вследствие этих мероприятий, сократились количества выбросов диоксида серы в атмосферу и, в 1985 году, они составляли 22 млн. тонн, что есть на уровне 1925 года.

 

Из данных рис. 2.2. видно, что наблюдается тенденция роста выбросов в атмосферу только для оксидов азота, которые образуются при сгорании всех видов топлив. Это обусловлено, прежде всего, ростом количества транспорта и другие.

 

Превращения диоксида серы, оксидов азота и летучих органических соединений в соответствующие кислоты проходит вследствие их химического превращения в атмосфере. В то же время, в состав кислотных дождей входят хлористый и флуористий водород, которые попадают в кислотные дожди без химического превращения. Эти вещества образуются при сжигании угля, получении фосфорных удобрений, металлического алюминия и т.д.. Только в США с антропогенных источников в атмосферу ежегодно попадает до 0,6 млн. тонн флуористого водорода.

 

Атмосферу можно рассматривать как большую окислительную систему с высоким содержанием основного окислителя - кислорода. Поэтому при попадании в атмосферу соединений, которые в своем составе содержат атомы серы, азота, углерода, водорода и т.д., превращаются в "долгоживущие" компоненты, например, диоксид углерода, или "короткоживущие" продукты кислотного характера, например оксиды серы и азота, которые принимают участие в процессах образования кислот и удаляются из атмосферы в виде кислотных дождей. В этих химических превращениях загрязняющих атмосферу веществ, кроме кислорода участвуют озон, гидроксильный радикал (® ОН), гидропероксидний радикал (Н02 »), органические пероксиды (ROO») и пероксид водорода. Все они образуются вследствие свободнорадикальных реакций, которые проходят в атмосфере. Наибольшей реакционной способностью к реакциям окисления обладают озон, гидроксильный и гидропероксидний радикалы. В процессе протекания атмосферных свободнорадикальных окислительных реакций, кроме азотной и серной кислот, образуются и органические кислоты - преимущественно муравьиная и уксусная. Источниками их образования является летучие органические соединения, а реакцию окисления катализирует диоксид азота. В органические кислоты трансформируются около 5-10% олефинов, которые попали в атмосферу с выбросами. В городской местности количество органических кислот в осадках является большей, что обусловлено значительно большими количествами N02 и летучих органических соединений в городах.

 

Шлейф осадков кислотных дождей распространяется по направлению ветра на десятки и сотни километров от источников выброса оксидов серы и азота. Особенно высокие концентрации кислот наблюдаются на первых 25-40 км от источников загрязнения атмосферы, но до 25-30% 802 и 10-15% N02 переносятся ветром от промышленных зон на расстоянии более 200 км.

 

Скорость превращения диоксида серы в сульфатную кислоту (вследствие свободнорадикальных реакций) не очень высока. Только ~ 50% диоксида серы трансформируется в сульфатную кислоту в течение 180 часов, поэтому даже при малой скорости ветра, Бог может переноситься на значительные расстояния. Оксид азота (II) довольно быстро окисляется до диоксида азота и при взаимодействии с парами воды, образует нитратную кислоту. Она быстро вымывается из атмосферы осадками. В летний период при интенсивном солнечном излучении скорость превращения оксида азота в азотной кислоте достаточно велика. В течение 12-14 часов до 50% оксида азота (II) превращается в азотной кислоте и удаляется из атмосферы.

 

Итак, характер протекания атмосферных окислительных реакций способствует образованию кислотных дождей. их влияние на различные объекты окружающей среды и хозяйственные постройки будет рассмотрен нами далее.

Загрузка...