Киселинно замърсяване, тропосферен озон и свързани с него
Въпреки това винаги има примеси в горивото и азот във въздуха, а самото изгаряне не винаги е пълно. В резултат на това в атмосферата се появява цял набор от замърсители, по-голямата част от които са оксиди на сяра и азот, способни да образуват силни киселини. Тези вещества в естествената среда взаимодействат интензивно с амоняк, поради което амонякът като замърсител винаги се разглежда в рамките на проблема с киселинното замърсяване.
Азотните оксиди и остатъците от изкопаеми горива - летливи органични съединения (ЛОС) провокират образуването на тропосферен озон - силен окислител, който уврежда растенията и е опасен за човешкото здраве-11.
Процесите, генерирани в природата от киселинни вещества, се наричат подкисляване на естествената среда. Сярните съединения са най-важният фактор за антропогенното подкисляване на природната среда. Киселинността на средата (обикновено наричана водни разтвори) се определя от концентрацията на свободни водородни йони Н +. В химически чиста вода при 20 ° C концентрацията на H 'е KG7 mol/l [15] [16]. В химията концентрацията на Н + обикновено се изразява като стойност на рН:
рН = -lgC,
където C е моларната концентрация на водородни йони, а lg е десетичният логаритъм. По този начин, за чиста ("неутрална") вода pH = 7. Ако pH lt; 7, тогава средата ще бъде кисела, ако рН е gt; 7 - алкална. В естествената среда винаги присъства въглероден диоксид, който при разтваряне във вода образува слаба въглеродна киселина Н2С03, частично дисоциираща във вода:
H2CO3 o HC03 - + H +; HCOj о СО2 '+ Н \
В резултат на това за незамърсени валежи рН = 5,6, тоест чистите естествени дъждове имат слабо кисел характер. Поради разтворените в тях вещества, естествените повърхностни води, като правило, са неутрални или имат слабо алкална реакция, по-специално за водите на световния океан, характерната стойност на рН е g 8.1. Незамърсените почви също имат реакция, близка до неутрална.
С подкисляването на водните тела и почвите рН на водата, съдържаща се в тях, намалява. За много видове, обитаващи иглолистни гори и езера от умерения климатичен пояс, диапазонът на толерантност на рН е ограничен отдолу със стойност 6 (фиг. 4.5). Дори при такова относително ниско подкисляване, микробиологичните процеси започват да се нарушават и популациите на водорасли, основните първични производители, се инхибират. Видове потребители,
Фигура: 4.5. Толерансът на подкиселяване варира за обитателите на сладководни резервоари При рН lt; 5 водното тяло "умира"
намиращите се по-високо в трофичните пирамиди са лишени от храна и в същото време са изложени на прякото действие на подкисляване: черупките на ракообразните се унищожават, хрилете при рибите се повреждат. Нарушена е цялата хранителна мрежа. При рН lt; 5 екосистемата на водоема умира.
В допълнение към прякото отрицателно въздействие върху биотата, подкиселените води се превръщат в разтворими форми, опасни за биота вещества, съдържащи се в подлежащите скали, например алуминий и други метали. Окислените азотни съединения допринасят за еутрофикацията на водните тела, не само сладководни, но и цели морета, например Балтийско море.
Сярният анхидрид, озонът и азотната киселина във въздуха също са пряка заплаха за живите организми. Тези вещества причиняват директни изгаряния на растителност и във високи концентрации са опасни както за хората, така и за животните. По-специално смъртта на дървета по пътищата с голям трафик е пряка последица от изгарянето на озона. Озоновият смог се образува в градовете при горещо време,
задушаващо, което може да доведе до смърт на хора, страдащи от сърдечно-съдови и белодробни заболявания.
В Западна и Централна Европа, както и в много региони на европейската част на Русия, концентрациите на озон, надвишаващи ГДК, се наблюдават през лятото върху обширни територии. През зимата се наблюдава значително излишък на ГДК за серен диоксид.
Въпреки мерките, предприети през последното десетилетие в развитите страни, емисиите на сяра и азотни оксиди остават гигантски. Схемата на киселинното замърсяване на природната среда и оценката на емисиите на вещества, участващи в киселинното замърсяване, са показани на фиг. 4.6. Степента на замърсяване може да се види на фиг. 4.7. В Централна и Южна Европа годишно отпадат около 2 g сяра в окислена форма на квадратен метър годишно, което по отношение на сулфатите е около 6 g/m годишно. Ако тези сулфати не бяха неутрализирани от амоняк и почвен хумус, тогава такъв поток на сярна киселина отдавна би превърнал тези региони в пустиня. Въпросът е колко дълго природните системи ще могат да издържат на такъв стрес?!
Фигура: 4.6. Схема на антропогенно подкисляване на природната среда. Оценките на глобалните антропогенни емисии на сяра и азотни съединения Q \ са дадени в милиони тонове от самите тези елементи, тъй като те могат да бъдат включени в различни вещества по време на емисиите. Емисия на летливи органични съединения VOC ?
дадени в милиони тонове
Фигура: 4.7. Отлагане на окислена сяра в Европа и околностите. Нива на изпадане-
дений се дават в mg сяра на квадратен метър за 1999 г. според международната-
родна програма EMEP
Основните източници на емисии на серни оксиди в атмосферата са технологичните процеси, свързани с изгарянето на изкопаеми горива и тежки метални руди. Битумните въглища и нефт съдържат от 0,3 до 5% сяра и когато въглищата или мазутът, получени от нефт, се изгарят в пещите на електроцентралите, тази сяра се окислява.