Словосочетание «кислотные дожди» часто встречается в средствах массовой информации и новостных лентах. Суть понятия неверно интерпретируется, поскольку широкому обывателю непонятно как происходит образование кислотных дождей, а также что это за осадки.
К указанному явлению относят дождь, дождь со снегом, снег, град, туман с пониженным показателем PH (меньше 7.0). Обусловлено это тем, что воздух загрязнён оксидами азота, серы и другими кислотными соединениями.
Состав кислотных дождей
Небезопасные осадки содержат химические вещества, они загрязнены оксидами различного происхождения. Это сера, азот, озон, сернистая кислота, хлор, метан. Кислотные дожди содержат соединения указанных веществ, компоненты которых зависят от причин загрязнения. Состав обусловлен тем, как и где образуются кислотные дожди.
Осадки с озоном естественного происхождения образуются после грозы. Если воздух наполнен азотом (N) или его соединениями, то дожди содержат оксиды этого вещества. Если промышленные предприятия выбрасывают серу (S), то происходит образование кислотных дождей с этим элементом. Чаще всего аномальные осадки содержат именно азот и серу.
Варианты соединений серы
Производство серной кислоты химическими заводами обуславливает образование разных соединений в атмосфере. Кислотные осадки в этих регионах содержат:
- сероуглерод;
- двуокись серы;
- сероводород;
- диметилсульфид;
- оксисульфид углерода;
- сульфат-ион.
Указанные вещества считаются составными частями воздуха, что определят содержание их в осадках.
Типы соединений азота
В составе кислотного дождя весомую часть занимает N, оксиды и соединения азота:
- окись;
- двуокись;
- закись;
- азотистый ангидрид;
- оксид.
Концентрация тех или иных элементов кислотных осадков обусловлена источником в регионе образования.
Источники серы в атмосфере
К образованию кислот в атмосфере и выпадению кислотных дождей ведёт наличие природных или антропогенных причин. Среди естественных выделяют:
- биологические процессы;
- извержения вулканов;
- испарения с поверхности океанов.
Выделяют два природных фактора образования сероводорода:
- Расщепление органики.
- Восстановление сульфатов.
Массовое попадание серы и его образований (сульфаты, двуокись серы, сероводород) в тропосферу и стратосферу происходит вследствие «пробуждения» вулканов. Каждый год атмосфера наполняется двумя тоннами продуктов вулканической деятельности.
Некоторое количество серы наполняет воздух из-за процессов испарения вод морей, океанов, поскольку морская соль содержит сульфаты. Но эти элементы не принимают участия при образовании кислот.
Антропогенными источники серных осадков:
- сжигание угля;
- сгорание нефтепродуктов;
- металлургическая промышленность;
- нефтепереработка;
- производство серной кислоты.
Отношение природных и искусственных источников эмиссии серы – 30:70. Наиболее выражено это соотношение для промышленных районов.
Существует мнение, что антропогенное образование кислотных дождей связано с развитием атомной энергии, но это неверно, поскольку сера не выделяется при распаде ядерного топлива.
Источники азота в атмосфере
Азот наполняет атмосферу в процессе антропогенных воздействий и природных явлений. К естественным факторам выделения азота и его образований относят:
- сгорание биомассы;
- процессы в почве;
- гроза;
- иные источники.
Сгорание биомассы может быть как природным фактором попадания соединений азота в атмосферу, так и следствием деятельности человека. К этим источникам причисляют лесные пожары, горение саванны. Такое уничтожение биомассы высвобождает двенадцать тонн вещества каждый год.
Денитрифицирующие бактерии, находящиеся внутри почвы, выделяют примерно 8 тонн N2O5 в год.
Электрические разряды способствуют появлению оксидов азота. Воздействие их на атмосферу при высоких температурах обуславливает образование соединения азота с кислородом в воздухе. Таким способом вырабатывается восемь тонн N2O5, впоследствии участвующего при образовании осадков.
Помимо указанных, есть и другие менее существенные источники соединений азота:
- разложение закиси в стратосфере с наполнением оксидами тропосферы;
- окисление аммиака с образованием NO, NO2;
- различные биологические и фотолитические процессы мирового океана.
Основная часть перечисленных природных причин может привести к наполнению азотом аномальных дождей на 50%.
Среди деятельности людей, приводящей к осадков с азотом, выделяют:
- работу двигателей внутреннего сгорания;
- горение газа, нефти, угля и других полезных ископаемых, когда при высоких температурах образуется NO;
- деятельность предприятий химической промышленности, выбрасывающие азот.
Поступление кислотных осадков в атмосферу выше внутри промышленных регионов, мегаполисах, чем на территориях небольших населённых пунктов, свободных от больших предприятий. Кроме случаев лесных пожаров.
Схема образования кислотных дождей
Появлению таких осадков предшествует цепочка химических реакций. Так проходит процесс образования кислотных дождей, на примере серы:
- Диоксид серы, попав в воздух с отходами промышленности, трансформируется вследствие фотохимических реакций. Образуется серный ангидрид.
- Последний, соединяясь с молекулами воды, образует серную кислоту.
- Другая часть диоксида посредством реакций преобразовывается в сернистую кислоту.
- Сернистая кислота, пройдя окисление, становится серной.
Аномальные осадки, содержащие N2O5, образуются по принципу серных, поскольку оксид азота, взаимодействуя с дождевой водой, образует кислоты.
Если причина кислотности хлор, то образование происходит следующим образом:
- Наполнение хлором воздуха за счёт отходов химической промышленности или продуктов горения.
- Вследствие реакции хлора и метана получается хлороводород.
- Образовавшееся вещество взаимодействует с водой, получается соляная кислота.
Исходя из указанного, можно утверждать, что многие вещества, загрязняющие атмосферу образуют аномальные осадки повышенной кислотности. При этом основную массу среди «образующих» элементов составляет SO2, поскольку его выбрасывает в воздух промышленные предприятия.
Диоксид серы составляет две трети источников кислотных осадков, а N2O5 составляет одну треть.
Схема образования кислотных дождей зависит от уровня кислотности осадков, а он обусловлен составляющими веществами.
Преобразование соединений серы
Многие промышленные выбросы содержат серу. Механизм образования кислотных дождей заключается в окислении указанного вещества. Воздух наполняется частично окисленной серой. Атмосфера содержит окислители, превращающие соединения серы в сульфаты и кислоту.
Взаимодействие сернистой кислоты и кислорода повышает уровень окисления серы, из чего получается сернистый ангидрид. Триокись при взаимодействии с водой, находящейся в воздухе, преобразуется в серную кислоту.
Помимо двуокиси, окисляются и другие соединения этого вещества. Они образуют кислоту, молекулы которой быстро конденсируется. Этим объясняется относительно небольшое количество серы в аномальных осадках.
Преобразование соединений азота
Азот также наполняет атмосферу, как правило, это NO (окись). Реакция её окисления образует двуокись, которая преобразовывается в азотную кислоту. Этому способствует взаимодействие с радикалом гидроксила.
По сравнению с серной кислотой, азотная более летучая, поэтому она почти не конденсируется, а её пары поглощаются частицами аэрозоли, облаками, осадками.
Такая ситуация считается проблемой промышленных государств, но подобные химические превращения серы и азота характерны для регионов, подверженных горению биомасс.
Редкий вид кислотных дождей
Зафиксированы единичные случаи выпадения аномальных осадков, состоящих из хлора. Наполнение хлором и его радикалами воздуха обусловлено деятельностью химических предприятий, сгоранием отходом. Кроме того, попаданию соединений хлора в атмосферу способствуют фотохимические разложения фреонов. Этот процесс приводит к появлению радикалов хлора.
Cl реагирует с метаном, образуя хлороводород. Это соединение хлора, наполняет воздух и, взаимодействуя с водой, превращается в соляную кислоту.
Кислотные осадки с таким составом нетипичные, поэтому пока не проводится мониторинг атмосферы, отслеживающий их.
Образование кислотных дождей происходит из-за развития промышленности, работы электростанций (кроме атомной энергетики), горения нефтепродуктов и других антропогенных факторов. Аномальные осадки высокой кислотности несут вред окружающей среде и здоровью людей.
