Михайлец М.А.
Кислотні дощі та їх вплив на
навколишнє середовище
Інтенсивна господарська діяльність людини створює найпотужніше антропогенний тиск на навколишнє середовище. Це призводить до порушення рівноважних процесів, що протікають в біосфері, що проявляється цілим спектром проблем екологічного характеру.
Однією з найактуальніших екологічних проблем останніх десятиліть є кислотні опади. Термін «кислотний дощ» спочатку був введений ще в 1882 році Р. Смітом, про його вплив на стан природних та штучних екосистем заговорили тільки в кінці минулого століття.
Кислотні опади та їх наслідки являють собою серйозну соціально-економічну проблему. Вони вкрай негативно впливають на біоценози замкнутих водойм, будучи причиною зменшення рибного промислу. Вони знижують родючість сільськогосподарських угідь, сприяють поширенню важких металів, служать причиною руйнування будівельних конструкцій, а також пам'ятників архітектури і зодчества.
В основі механізму утворення кислотних опадів лежить порушення природних кругообігів речовин, в першу чергу сірки, внаслідок інтенсивної господарської діяльності людини (Рис. 1).
Мал. 1. Механізм утворення кислотних дощів
1. викиди кислотообразующих з'єднань
2. взаємодія кислотообразующих речовин з парами води
3. випадання кислотних опадів
4. вплив кислотних дощів на ОС: закислення грунту і водойм, пригнічення і загибель рослин, руйнування будівель, пам'ятників архітектури і зодчества
Діоксид сірки у великій кількості утворюється при спалюванні багатого сіркою пального, наприклад вугілля і мазуту (вміст сірки в них коливається від 0,5 до 5-6%). Іншими джерелами є електростанції (~ 40% антропогенного надходження в атмосферу), металургійне виробництво, різні хімічні технологічні процеси і ряд машинобудівних підприємств [1].
В атмосфері діоксид сірки в результаті фотохімічного окислення частково перетворюється в триоксид сірки (сірчаний ангідрид) SО3: 2SO2 + O2 = 2SO3.
Основна частина викидається діоксиду сірки при достатній атмосферної вологості утворює кислотний полігідрат SО2 • nH2O, або сірчистийкислоту: SO2 + H2O = H2SO3. Аерозолі сірчаної і сірчистої кислот вважаються основною причиною випадання кислотних опадів.
У нашій країні проблема кислотних дощів вперше була піднята тільки в кінці 1980 х років, а перші спроби її вирішення почалися в 1990 х роках.
В останні роки середньорічні фонові концентрації діоксиду сірки над територією Росії залишалися на низькому рівні - близько 0,3 мкг / м3, кілька збільшуючись в холодний період року (в середньому близько 2,5 мкг / м3). У довгостроковій динаміці відзначається стабілізація рівня концентрацій діоксиду сірки після деякого її зменшення протягом 10 попередніх років. Середньорічні фонові концентрації діоксиду азоту в повітрі також залишалися на рівні минулих років, змінюючись від 1,2 до 4,8 мкг / м3 [4].
Однак на території Російської Федерації є регіони надзвичайно неблагополучні за даними показниками. Прикладом може служити Норильськ і НПР, де основним джерелом викидів кислотоутворюючих з'єднань є комбінат «Норільський нікель». До його складу входять три заводи - нікелевий, мідний заводи і Надеждинський металургійний комбінат. Як відомо, металургійні підприємства вносять значний внесок у забруднення атмосфери кислотообразующими сполуками. У зв'язку з цим на території Норильського промислового району регулярно реєструється випадання закислення опадів (табл. 1), що призводить до вираженої деградації лісових біоценозів.
Таблиця 1. Добові величини закислення атмосферних опадів в Норильську в 2012-2013 рр *
(критичне значення рН - нижче 4,0)
1 квартал 2012 р
5,0-6,7
2 квартал 2012 р
5,8-7,0
3 квартал 2012 р
5,5-6,0
4 квартал 2012 р
5,8-6,2
1 квартал 2013р.
5,6-6,3
2 квартал 2013 р
5,8-6,2
3 квартал 2013 р
5,9-6,1
* (Матеріали надані Начальником територіального Центру з моніторингу забруднення навколишнього середовища Н.С. Шльонської).
Ареал пошкоджених лісів Таймиру здебільшого знаходиться на південь від Норильська, що пов'язано з переважаючими вітрами. За свідченням очевидців, всихання деревостанів почалося ще в 50-і роки минулого століття. До кінця 60-х площа загиблих лісів становила 5 тис. Га. Зона повної загибелі деревостанів в 1993 р простяглася на 90 км в південному напрямку від Норильська, а помітні ушкодження лісів техногенного характеру спостерігалися на відстані до 170 км від міста. Площа загиблих і пошкоджених насаджень з 1976 по 1990 р зросла з 322 до 550 тис. Га, а площа загиблих у 1989 р склала 283 тис. Га [3] (рис. 2).
Мал. 2. Динаміка величини позовів, що пред'являються підприємствам «Норильського нікелю» за шкоду лісовим насадженням
(За даними порталу «Екосвіт»)
Слід зазначити, що головну небезпеку для природних і штучних екосистем представляють не стільки самі кислотні опади, скільки процеси, що протікають в результаті закислення навколишнього середовища. Випадання кислотних опадів призводить до вилуговування з грунту життєво необхідних рослинам поживних речовин, а також токсичних важких і легких металів, таких як свинець, кадмій і ін. Такі метали і їх токсичні сполуки активно засвоюються рослинами та іншими грунтовими організмами, що і призводить до негативних наслідків . При підвищеній кислотності ґрунтів з верхніх горизонтів виноситься обмінний кальцій, магній та інші елементи, активуються обмінні процеси між абиотической і біотичної частинами екосистеми. Зокрема пов'язане з кислотними опадами збільшення поглинання деревами алюмінію призводить до вираженого зниження приросту деревини [4]. Безпосередній вплив кислотних опадів призводить до порушення листкової поверхні, процесів транспірації і фотосинтезу.
В цілому, можна зробити висновок, що вплив кислотних опадів на лісові біоценози носить комплексний характер, зачіпаючи, в першу чергу, ґрунти і рослинність (рис. 3).
Грунтову підкислення вважається одним з негативних чинників, що призводять до деградації лісів помірної зони північної півкулі. При цьому ефект може проявлятися через тривалий час після випадання кислотних опадів.
Мал. 3. Комплексний характер впливу кислотних опадів на лісові біоценози [6]
Т.Ф. Тарасова і О.В. Чаловская виділяють кілька основних стадій, які характерні для процесу трансформації екосистеми лісів північної півкулі під дією кислотних опадів [5].
1. Випадання найбільш чутливих до умов зовнішнього середовища видів при збереженні основних параметрів екосистеми. Першими при погіршенні параметрів середовища починають зникати лишайники.
2. Структурні перебудови екосистеми. Погіршується санітарний стан дерев, при збереженні щільності деревостану і його запасів. Змінюється трав'яний-кустарнічковий ярус, де випадають чутливі види лісового різнотрав'я. Сповільнюються процеси, що відбуваються за участю ґрунтових мікроорганізмів. Незначно збільшується товщина підстилки. Зменшується різноманітність і чисельність епіфітних лишайників.
3. Стадія часткового руйнування екосистеми. Відзначається пригнічення і зрідженими деревного ярусу, порушення його відновлення. У трав'яному ярусі відбувається заміна лісових видів луговими видами і видами-Експлерент. Біологічна активність грунту різко знижена. Великі грунтові сапрофагі відсутні. Зменшується швидкість деструкції листового опаду, в результаті відбувається його накопичення у вигляді товстого шару підстилки. Лишайниковий покрив зберігається тільки біля самої основи стовбурів, представлений одним-трьома стійкими видами. Відбувається елімінація великих лісових видів птахів, зменшується щільність орнітофауни. Спостерігається вселення синантропних видів і видів, приуроченим до відкритих місцепроживання (характерно для населення птахів, дрібних ссавців і мурах).
4. Стадія повного руйнування екосистеми. Деревне ярус повністю зруйнований, зберігаються лише окремі, сильно пригноблені екземпляри дерев. Трав'яний ярус представлений одним-двома видами злаків, в зволожених місцях зустрічається хвощ. Лишайниковий покрив відсутній. Повністю змиті підстилка і верхні горизонти грунту. Біологічна активність грунту знижена до нуля. Грунтові тварини відсутні. Угруповання птахів і дрібних ссавців існують за рахунок припливу мігрантів з сусідніх ділянок території.
Заходи щодо захисту лісових біоценозів від кислотних опадів на першому етапі зводилися до розробки і реалізації організаційних заходів, які включали в себе посилення природоохоронного законодавства, нормування викидів шкідливих речовин, підвищення штрафів. Ці дії мали певний екологічний ефект, однак повністю проблему вирішити не змогли. Основними методами зниження забруднення атмосфери кислотообразующими викидами на сьогоднішній день є розробка та впровадження різноманітних очисних споруд і правовий захист атмосфери [2].
Для зменшення викидів окисленої сірки в атмосферу через димові труби використовують різні газоочисники (електричні фільтри, вакуумні, повітряні або рідкі фільтри-скрубери). Так, в скрубберах газоподібні продукти згоряння пропускаються через водний розчин вапна, в результаті чого утворюється нерозчинний сульфат кальцію СаSО4. Цей метод дозволяє видалити до 95% SО2, однак його головним недоліком є висока вартість. Таким же дорогим є метод очищення димових газів від оксидів азоту за допомогою ізоціанової кислоти НNСО. За рахунок хімічної взаємодії в цьому випадку видаляється до 99% оксидів азоту.
Для захисту лісів від кислотних дощів також застосовують вапнування. Для цього з літаків розпорошують мелений доломіт (СаСО3 • MgCO3), який реагує з кислотами з утворенням нешкідливих речовин:
СаМg (СО3) 2 + 2Н2SО3 = СаSО3 + МgSО3 + 2СО2 + 2Н2О,
СаМg (СО3) 2 + 4НNО3 = Са (NО3) 2 + Мg (NО3) 2 + 2СО2 + 2Н2О.
Усі перелічені заходи являють собою реалізацію методу «контролю на виході», тобто зниження концентрації забруднювачів на стадії їх потрапляння в атмосферу.
Більш ефективний з екологічної точки зору метод «контролю на вході», який передбачає очищення палива від потенційних забруднювачів, використання екологічно чистіших джерел енергії і створення так званих безвідходних технологій, тобто технологічних процесів, порівнянних з природними циклами в біосфері.
Таким чином, проблема кислотних опадів зберігає свою актуальність як для Росії, так і для всього світу, зачіпаючи в першу чергу країни з розвиненим промисловим комплексом.
В основі закислення опадів, в першу чергу, лежать хімічні взаємодії оксидів сірки та азоту з атмосферними водяними парами, в результаті чого утворюються сірчана і азотна кислоти. Інтенсивні промислові викиди кислотообразующих з'єднань порушують природні кругообіг речовин і призводять до випадання атмосферних опадів з рН менше 5,6.
Кислотні опади мають широкий спектр негативних впливів, як на природні об'єкти, так і на об'єкти, створені людиною. Найбільш схильні до дії кислотних опадів біоценози озер і лісів, які в результаті закислення можуть піддаватися повній або частковій деградації.
Рішення даної проблеми вимагає зусиль в області розробки заходів щодо зниження кількості кислотообразующих викидів. Перспективними є технології, що дозволяють очистити паливо і сировину від потенційних забруднювачів атмосфери на початковому рівні.
1. Боровський Є.Е. Кислотні дощі // ECOTECO, № 6. - Електронний журнал. - URL: http://www.ecoteco.ru/library/magazine/zhurnal-111/ekologiya/kislotnye-dozhdi/ .
2. Дубровін Т., Дубровін Е. «Кислота з неба» // Енергетика та промисловість Росії. - 2008, № 20. - URL: http://www.eprussia.ru/epr/112/8772.htm .
3. Зиганшин Р.А., Воронін В.І., Карбаінов Ю.М. Моніторинг лісових екосистем Таймиру // Вісник Красноярського державного аграрного університету. 2011. № 8. С. 117-123.
4. Ількун Г.М. Забруднення атмосфери і рослини. - Київ: Наукова думка, 1978. - 147 с.
5. Огляд фонового стану навколишнього природного середовища на території країн СНД за 2009-2010 рр. / За редакцією Ю.А. Ізраеля. - Росгідромет, 2011. - 128
6. Тарасова Т.Ф., Чаловская О.В. Оцінка возедйствія кислотних дощів на елементи екосистеми промислового міста // Вісник ОДУ. - 2005. - №10. С. 80 - 84.
