Кислотный дождь — это дождь или любая другая форма осадков , которая является необычно кислой , что означает повышенный уровень ионов водорода (низкий уровень pH ). Большая часть воды, включая питьевую, имеет нейтральный pH, который находится в диапазоне от 6,5 до 8,5, но кислотные дожди имеют уровень pH ниже этого и колеблется в среднем от 4–5. [1] [2] Чем более кислый кислотный дождь, тем ниже его pH. [2] Кислотные дожди могут оказывать вредное воздействие на растения, водных животных и инфраструктуру. Кислотные дожди вызваны выбросами диоксида серы и оксида азота , которые реагируют с молекулами воды в атмосфере с образованием кислот.
Было доказано, что кислотные дожди оказывают неблагоприятное воздействие на леса, пресные воды , почвы, микробы, насекомых и водные формы жизни. [3] В экосистемах постоянные кислотные дожди снижают прочность коры деревьев, делая флору более восприимчивой к стрессовым факторам окружающей среды, таким как засуха, жара/холод и нашествие вредителей. Кислотные дожди также способны ухудшать состав почвы, лишая ее питательных веществ, таких как кальций и магний, которые играют роль в росте растений и поддержании здоровья почвы. Что касается человеческой инфраструктуры, кислотные дожди также вызывают отслаивание краски, коррозию стальных конструкций, таких как мосты, и выветривание каменных зданий и статуй, а также оказывают воздействие на здоровье человека. [4] [5] [6] [7]
Некоторые правительства, в том числе в Европе и Северной Америке , с 1970-х годов предпринимают усилия по сокращению выбросов диоксида серы и оксида азота в атмосферу с помощью правил, касающихся загрязнения воздуха. Эти усилия дали положительные результаты благодаря широкомасштабным исследованиям кислотных дождей, начавшимся в 1960-х годах, и опубликованной информации о их вредных последствиях. [8] [9] Основным источником соединений серы и азота, которые приводят к кислотным дождям, являются антропогенные , но оксиды азота также могут образовываться естественным путем в результате ударов молний , а диоксид серы образуется в результате извержений вулканов . [10]
«Кислотный дождь» — популярный термин, обозначающий осаждение смеси влажных (дождь, снег, мокрый снег, туман, облачная вода и роса) и сухих (подкисляющие частицы и газы) кислотных компонентов. Дистиллированная вода после удаления углекислого газа имеет нейтральный pH 7. [2] Жидкости с pH менее 7 являются кислыми, а жидкости с pH выше 7 — щелочными. «Чистый» или незагрязненный дождь имеет кислый pH, но обычно не ниже 5,7, поскольку углекислый газ и вода в воздухе реагируют вместе с образованием угольной кислоты , слабой кислоты, по следующей реакции:
Затем угольная кислота может ионизироваться в воде, образуя низкие концентрации ионов карбоната и гидроксония :
Незагрязненный дождь также может содержать другие химические вещества, влияющие на его pH (уровень кислотности). Типичным примером является азотная кислота , производимая электрическим разрядом в атмосфере, например, молнией . [11] Кислотное отложение как экологическая проблема (обсуждаемая далее в статье) будет включать в себя дополнительные кислоты, кроме H 2 CO 3 .
В промышленно развитых районах сообщалось о периодических значениях pH дождевой и туманной воды ниже 2,4. [12]
Основными источниками загрязнения SO 2 и NO x , вызывающего кислотные дожди, являются сжигание ископаемого топлива для выработки электроэнергии и привода автомобилей внутреннего сгорания, переработки нефти, а также в промышленном производстве и других процессах. [2]
Кислотные дожди впервые систематически изучались в Европе в 1960-х годах, а в следующем десятилетии – в США и Канаде.
Разъедающее воздействие загрязненного, кислого городского воздуха на известняк и мрамор было отмечено в 17 веке Джоном Эвелином , который отметил плохое состояние мраморов Арундела . [13] После промышленной революции выбросы диоксида серы и оксидов азота в атмосферу увеличились. [12] [14] В 1852 году Роберт Ангус Смит был первым, кто показал связь между кислотными дождями и загрязнением атмосферы в Манчестере , Англия. [15] Смит ввёл термин «кислотный дождь» в 1872 году. [16]
В конце 1960-х годов ученые начали широко наблюдать и изучать это явление. [17] Сначала основное внимание в этом исследовании уделялось локальным последствиям кислотных дождей. Вальдемар Кристофер Брёггер был первым, кто признал перенос загрязняющих веществ на большие расстояния через границы из Соединенного Королевства в Норвегию – проблему, систематически изучаемую Брюньюльфом Оттаром в 1970-х годах. [18] На работу Оттара сильно повлиял [19] шведский почвовед Сванте Оден , который привлек широкое внимание к проблеме кислотных дождей в Европе в популярных газетах и написал знаковую статью на эту тему в 1968 году. [20] [21] [22 ] ]
Самое раннее сообщение о кислотных дождях в Соединенных Штатах было получено на основе химических доказательств, собранных в долине Хаббард-Брук ; Осведомленность общественности о кислотных дождях в США возросла в 1970-х годах после того, как The New York Times сообщила об этих выводах. [24] [25]
В 1972 году группа ученых, в том числе Джин Лайкенс, обнаружила, что дождь, выпавший в горах Уайт-Маунтинс в Нью-Гэмпшире, был кислотным. В Хаббард-Бруке было измерено значение pH образца 4,03. [26] За исследованием экосистемы реки Хаббард-Брук последовала серия исследований, в которых анализировалось воздействие кислотных дождей на окружающую среду. Кислотный дождь, смешавшийся с речной водой в Хаббард-Брук, был нейтрализован глиноземом из почвы. [27] Результат этого исследования показал, что химическая реакция между кислотными дождями и алюминием приводит к увеличению скорости выветривания почвы. Было проведено экспериментальное исследование для изучения влияния повышенной кислотности ручьев на экологические виды. В 1980 году группа ученых изменила кислотность реки Норрис-Брук, штат Нью-Гэмпшир, и наблюдала изменения в поведении видов. Произошло уменьшение видового разнообразия, увеличение доминантов сообществ и уменьшение сложности пищевой сети . [28]
В 1980 году Конгресс США принял Закон о кислотном осаждении. [29] Этот закон установил 18-летнюю программу оценки и исследований под руководством Национальной программы оценки кислотных осадков (NAPAP). NAPAP расширила сеть пунктов мониторинга, чтобы определить, насколько на самом деле кислотными были осадки, стремясь определить долгосрочные тенденции, и создала сеть для сухих осаждений. Используя статистически обоснованную схему выборки, NAPAP провел количественную оценку воздействия кислотных дождей на региональной основе, направляя исследования и опросы на выявление и количественную оценку воздействия кислотных осадков на пресноводные и наземные экосистемы. NAPAP также оценил воздействие кислотных дождей на исторические здания, памятники и строительные материалы. Он также финансировал обширные исследования атмосферных процессов и потенциальных программ контроля.
С самого начала сторонники политики со всех сторон пытались повлиять на деятельность NAPAP, чтобы поддержать свои конкретные усилия по пропаганде политики или унизить усилия своих оппонентов. [29] Для научного предприятия правительства США значительное влияние NAPAP оказали уроки, извлеченные в процессе оценки и управлении экологическими исследованиями для относительно большой группы ученых, руководителей программ и общественности. [30]
В 1981 году Национальная академия наук занималась исследованием спорных вопросов, касающихся кислотных дождей. [31] Президент Рональд Рейган игнорировал проблему кислотных дождей [32] до своего личного визита в Канаду и подтвердил, что канадская граница пострадала от дрейфующего загрязнения из дымовых труб, происходящих со Среднего Запада США . Рейган выполнил соглашение с премьер-министром Канады Пьером Трюдо по обеспечению соблюдения правил по борьбе с загрязнением окружающей среды. [33] В 1982 году Рейган поручил Уильяму Ниренбергу работать в Национальном научном совете . [34] Ниренберг выбрал ученых, в том числе Джина Лайкенса, в состав группы по составлению отчета о кислотных дождях. В 1983 году группа ученых подготовила проект отчета, в котором пришел к выводу, что кислотные дожди являются реальной проблемой и необходимо искать решения. [35] Управление Белого дома по науке и технологической политике рассмотрело проект отчета и направило предложения Фреда Сингера по отчету, которые ставят под сомнение причину кислотных дождей. [36] Участники дискуссии выявили несогласие с позициями Сингера и представили отчет Ниренбергу в апреле. В мае 1983 года Палата представителей проголосовала против закона, направленного на контроль выбросов серы. Были дебаты о том, отложил ли Ниренберг публикацию отчета. Сам Ниренберг опроверг слова о сокрытии отчета и заявил, что отчет был закрыт после голосования Палаты представителей, поскольку он не был готов к публикации. [37]
В 1991 году Национальная программа оценки кислотных осадков США (NAPAP) провела первую оценку кислотных дождей в Соединенных Штатах. [38] Сообщается, что 5% озер Новой Англии являются кислыми, причем сульфаты являются наиболее распространенной проблемой. Они отметили, что 2% озер больше не могут содержать ручьевую форель , а 6% озер непригодны для выживания многих видов гольянов. Последующие доклады Конгрессу документировали химические изменения в почве и пресноводных экосистемах, насыщение азотом, уменьшение количества питательных веществ в почве, эпизодическое закисление, региональную дымку и ущерб историческим памятникам.
Тем временем в 1990 году Конгресс США принял ряд поправок к Закону о чистом воздухе . [39] Раздел IV этих поправок установил систему ограничений и торговли , предназначенную для контроля выбросов диоксида серы и оксидов азота. [40] Оба эти выброса оказались причиной серьезных проблем для граждан США и их доступа к здоровому чистому воздуху. [41] Раздел IV призывает к общему сокращению выбросов SO 2 от электростанций примерно на 10 миллионов тонн, что почти на 50%. [40] Он был реализован в два этапа. Фаза I началась в 1995 году и ограничила выбросы диоксида серы на 110 крупнейших электростанциях до 8,7 миллионов тонн диоксида серы. Одна электростанция в Новой Англии (Мерримак) находилась на этапе I. Четыре других электростанции (Ньюингтон, Маунт-Том, Брайтон-Пойнт и Салем-Харбор) были добавлены в соответствии с другими положениями программы. Фаза II началась в 2000 году и затронула большинство электростанций страны.
В 1990-е годы исследования продолжались. 10 марта 2005 г. Агентство по охране окружающей среды издало Межгосударственное правило чистого воздуха (CAIR). Это правило дает штатам решение проблемы загрязнения электростанций, которое перемещается из одного штата в другой. CAIR навсегда ограничит выбросы SO 2 и NO x на востоке США. Когда будет полностью реализовано [ когда? ] , CAIR сократит выбросы SO 2 в 28 восточных штатах и округе Колумбия более чем на 70%, а выбросы NO x более чем на 60% по сравнению с уровнями 2003 года. [42]
В целом программа ограничения выбросов и торговли квотами успешно достигла своих целей. С 1990-х годов выбросы SO 2 снизились на 40%, а по данным Тихоокеанского научно-исследовательского института , уровень кислотных дождей снизился на 65% с 1976 года . [43] Обычное регулирование использовалось в Европейском Союзе, где наблюдалось снижение более чем на 70%. выбросов SO 2 за тот же период времени. [44]
В 2007 году общий объем выбросов SO 2 составил 8,9 миллиона тонн, что позволило достичь долгосрочной цели программы раньше установленного законом срока в 2010 году. [45]
В 2007 году Агентство по охране окружающей среды подсчитало, что к 2010 году общие затраты на выполнение программы для предприятий и потребителей составят от 1 до 2 миллиардов долларов в год, что составляет лишь четверть первоначально прогнозируемой суммы. [43] Forbes сообщает: «В 2010 году, когда система ограничения выбросов и торговли была дополнена межштатным правилом администрации Джорджа Буша о чистом воздухе, выбросы SO 2 упали до 5,1 миллиона тонн». [46]
Термин «гражданская наука» возник еще в январе 1989 года, когда Общество Одюбона проводило кампанию по измерению кислотных дождей. Ученый Муки Хаклай цитирует в политическом отчете Центра Вильсона, озаглавленном «Гражданская наука и политика: европейская перспектива», первое использование термина «гражданская наука» Р. Керсоном в журнале MIT Technology Review за январь 1989 года. [47] [48] Цитата из отчета Центра Вильсона: «Новая форма участия в науке получила название «гражданская наука». Первый зарегистрированный пример использования этого термина относится к 1989 году и описывает, как 225 добровольцев по всей территории США собирали пробы дождя. чтобы помочь Обществу Одюбон в кампании по повышению осведомленности о кислотных дождях. Добровольцы собрали образцы, проверили их на кислотность и сообщили об этом организации. Затем информация была использована для демонстрации всего масштаба явления». [47] [48]
Канадец Гарольд Харви был одним из первых, кто исследовал «мертвое» озеро. В 1971 году он и Р. Дж. Бимиш опубликовали отчет «Подкисление горных озер Ла-Клош», в котором задокументировано постепенное ухудшение рыбных запасов в 60 озерах в парке Килларни в Онтарио, которые они систематически изучали с 1966 года. [49]
В 1970-х и 80-х годах кислотные дожди были основной темой исследований в Экспериментальной зоне озер (ELA) на северо-западе Онтарио, Канада . [50] Исследователи добавляли серную кислоту в целые озера в ходе контролируемых экосистемных экспериментов, чтобы имитировать последствия кислотных дождей. Поскольку отдаленные условия позволяли проводить эксперименты на всей экосистеме, исследования в ELA показали, что воздействие кислотных дождей на популяции рыб начиналось при концентрациях, намного меньших, чем те, которые наблюдались в лабораторных экспериментах. [51] В контексте пищевой сети популяции рыб сократились раньше, чем когда кислотные дожди оказали прямое токсическое воздействие на рыбу, поскольку кислотность привела к сокращению популяций добычи (например, мизид ). [51] Поскольку экспериментальное воздействие кислоты было сокращено, популяции рыб и экосистемы озер восстановились, по крайней мере частично, хотя популяции беспозвоночных все еще не полностью вернулись к исходным условиям. [52] Это исследование показало, что подкисление связано с сокращением популяций рыб и что последствия можно обратить вспять, если выбросы серной кислоты уменьшатся, и повлияли на политику в Канаде и Соединенных Штатах. [50]
В 1985 году семь канадских провинций (все, кроме Британской Колумбии , Альберты и Саскачевана ) и федеральное правительство подписали Программу кислотных дождей Восточной Канады. [53] Провинции согласились ограничить свои совокупные выбросы диоксида серы до 2,3 миллиона тонн к 1994 году. Соглашение о качестве воздуха между Канадой и США было подписано в 1991 году. [53] В 1998 году все федеральные, провинциальные и территориальные министры энергетики и окружающей среды подписала Общеканадскую стратегию кислотных дождей на период после 2000 года, которая была разработана для защиты озер, которые более чувствительны, чем те, которые защищались предыдущими политиками. [53]
Наиболее важным газом, вызывающим закисление, является диоксид серы. Выбросы оксидов азота, которые окисляются с образованием азотной кислоты , приобретают все большее значение в связи с ужесточением контроля за выбросами соединений серы. 70 Тг(S) в год в виде SO 2 поступает от сжигания ископаемого топлива и промышленности, 2,8 Тг(S) от лесных пожаров и 7–8 Тг(S) от вулканов . [54]
Основными природными явлениями , которые способствуют образованию кислотных газов в атмосфере , являются выбросы вулканов. [56] Так, например, фумаролы из кратера Лагуна-Кальенте вулкана Поас создают чрезвычайно большое количество кислотных дождей и туманов с кислотностью до уровня pH 2, очищая территорию от любой растительности и часто вызывая раздражение глаз. и легкие жителей близлежащих населенных пунктов. Кислотные газы также образуются в результате биологических процессов, происходящих на суше, в водно-болотных угодьях и в океанах . Основным биологическим источником соединений серы является диметилсульфид .
Азотная кислота в дождевой воде является важным источником фиксированного азота для жизни растений, а также вырабатывается в результате электрической активности в атмосфере, такой как молния . [57]
Кислые отложения были обнаружены в ледниковом льду тысячелетней давности в отдаленных частях земного шара. [58]
Основной причиной кислотных дождей являются соединения серы и азота, полученные человеком из источников, таких как производство электроэнергии , животноводство , заводы и автомобили . К ним также относятся электростанции, использующие электрогенераторы, на которые приходится четверть оксидов азота и две трети диоксида серы в атмосфере. [59] Промышленные кислотные дожди являются серьезной проблемой в Китае и России [60] [61] и районах с подветренной стороны от них. Все эти районы сжигают серосодержащий уголь для производства тепла и электроэнергии. [62]
Проблема кислотных дождей не только обострилась с ростом населения и промышленности, но и стала более распространенной. Использование высоких дымовых труб для уменьшения местного загрязнения способствовало распространению кислотных дождей за счет выброса газов в региональную атмосферную циркуляцию; рассеивание из этих более высоких штабелей приводит к переносу загрязняющих веществ дальше, что наносит обширный экологический ущерб. [58] [63] Часто осаждения происходят на значительном расстоянии с подветренной стороны от выбросов, при этом горные регионы, как правило, получают наибольшее количество осаждений (из-за большего количества осадков). Примером этого эффекта является низкий уровень pH дождя, выпадающего в Скандинавии . Что касается низкого уровня pH и дисбаланса pH в связи с кислотными дождями, низкие уровни или значения pH ниже 7 считаются кислыми. Кислотный дождь выпадает при значении pH примерно 4, что делает его вредным для человека. Когда эти низкие уровни pH падают в определенных регионах, они влияют не только на окружающую среду, но и на здоровье человека. При кислом уровне pH у людей происходит выпадение волос, низкий pH мочи, серьезный минеральный дисбаланс, запоры и многие случаи хронических заболеваний, таких как фибромиалгия и базальная карцинома. [64]
При сжигании топлива образуются диоксид серы и оксиды азота. Они превращаются в серную и азотную кислоту. [65]
В газовой фазе диоксид серы окисляется за счет реакции с гидроксильным радикалом по межмолекулярной реакции: [15]
за которым следует:
В присутствии воды триоксид серы (SO 3 ) быстро превращается в серную кислоту :
Диоксид азота реагирует с ОН с образованием азотной кислоты:
При наличии облаков скорость потери SO 2 выше, чем можно объяснить только химией газовой фазы. Это происходит из-за реакций в каплях жидкой воды.
Диоксид серы растворяется в воде, а затем, как и углекислый газ, гидролизуется в ряде равновесных реакций:
Существует большое количество водных реакций, окисляющих серу из S( IV ) в S(VI), приводящих к образованию серной кислоты. Наиболее важные реакции окисления протекают с озоном , перекисью водорода и кислородом (реакции с кислородом катализируются железом и марганцем в капельках облаков). [15]
Влажное отложение кислот происходит, когда любая форма осадков (дождь, снег и т. д.) удаляет кислоты из атмосферы и доставляет их на поверхность Земли. Это может быть результатом осаждения кислот, образующихся в каплях дождя (см. выше химический состав водной фазы), или выпадения осадков, удаляющих кислоты либо в облаках, либо под облаками. Влажное удаление как газов, так и аэрозолей имеет важное значение для мокрого осаждения. [2]
Кислотное осаждение происходит также путем сухого осаждения при отсутствии осадков. На это может приходиться от 20 до 60% общего кислотного осаждения. [66] Это происходит, когда частицы и газы прилипают к земле, растениям или другим поверхностям. [2]
Было доказано, что кислотные дожди оказывают неблагоприятное воздействие на леса, пресные воды и почвы, убивая насекомых и водные формы жизни, а также нанося ущерб зданиям и оказывая воздействие на здоровье человека.
Как более низкий уровень pH, так и более высокие концентрации алюминия в поверхностных водах, возникающие в результате кислотных дождей, могут нанести ущерб рыбам и другим водным животным. При pH ниже 5 икра большинства рыб не вылупляется, а более низкий pH может привести к гибели взрослых рыб. Поскольку озера и реки становятся более кислыми, биоразнообразие сокращается . Кислотные дожди уничтожили жизнь насекомых и некоторые виды рыб, в том числе ручьевую форель , в некоторых озерах, ручьях и ручьях в географически чувствительных районах, таких как горы Адирондак в Соединенных Штатах. [67]
Однако степень, в которой кислотные дожди прямо или косвенно влияют через сток с водосбора на кислотность озер и рек (т.е. в зависимости от характеристик окружающего водосбора), варьируется. На веб-сайте Агентства по охране окружающей среды США (EPA) говорится: «Из обследованных озер и ручьев кислотные дожди вызвали кислотность в 75% кислых озер и около 50% кислых ручьев». [67] Озера, расположенные в силикатных породах фундамента, более кислые, чем озера в известняке или других породах фундамента с карбонатным составом (т.е. мрамором) из-за буферного эффекта карбонатных минералов, даже при таком же количестве кислотных дождей. [68] [ нужна ссылка ]
Концентрация диоксида серы и закиси азота имеет множество последствий для водных экосистем, включая изменение кислотности, увеличение содержания азота и алюминия и изменение биогеохимических процессов . [69] Обычно диоксид серы и закись азота не оказывают прямого физиологического воздействия при воздействии; большинство эффектов возникает в результате накопления и длительного воздействия этих газов в окружающей среде, изменяя химический состав почвы и воды. [69] [70]
Биология и химия почвы могут быть серьезно повреждены кислотными дождями. Некоторые микробы не могут переносить изменения в сторону низкого pH и погибают. [71] Ферменты этих микробов денатурируются (изменяются по форме , поэтому они больше не функционируют) под действием кислоты. Ионы гидроксония кислотных дождей также мобилизуют токсины , такие как алюминий, и вымывают необходимые питательные вещества и минералы, такие как магний . [5]
Химический состав почвы может резко измениться, когда основные катионы, такие как кальций и магний, вымываются кислотными дождями, что влияет на чувствительные виды, такие как сахарный клен ( Acer saccharum ). [72]
Закисление почвы
Воздействие кислой воды и закисления почвы на растения может быть незначительным или, в большинстве случаев, значительным. Большинство незначительных случаев, не приводящих к гибели растений, можно объяснить тем, что растения менее восприимчивы к кислым условиям и/или менее сильны кислотные дожди. Однако даже в незначительных случаях растение в конечном итоге погибнет из-за того, что кислая вода снижает естественный pH растения. [73] Кислая вода попадает в растение и заставляет важные растительные минералы растворяться и уноситься; что в конечном итоге приводит к гибели растения из-за нехватки минералов для питания. В серьезных случаях, которые являются более экстремальными, происходит тот же процесс повреждения, что и в легких случаях, то есть удаление необходимых минералов, но с гораздо большей скоростью. [6] Аналогичным образом, кислотные дожди, выпадающие на почву и листья растений, вызывают высыхание восковой кутикулы листьев, что в конечном итоге приводит к быстрой потере воды из растения во внешнюю атмосферу и в конечном итоге приводит к гибели растения. [74] Чтобы увидеть, влияет ли на растение закисление почвы, можно внимательно наблюдать за листьями растения. Если листья зеленые и выглядят здоровыми, pH почвы нормальный и приемлемый для жизни растений. Но если на листьях растения есть пожелтение между жилками, это означает, что растение страдает от закисления и оно нездорово. [75] Более того, растение, страдающее от закисления почвы, не может фотосинтезировать; процесс высыхания растения, вызванный кислой водой, может разрушить органеллы хлоропластов. [76] Не имея возможности фотосинтезировать, растение не может создавать питательные вещества для собственного выживания или кислород для выживания аэробных организмов, что влияет на большинство видов на Земле и в конечном итоге лишает растение смысла существования. [77]
Неблагоприятные последствия могут быть косвенно связаны с кислотными дождями, например, воздействие кислоты на почву (см. Выше) или высокая концентрация газообразных предшественников кислотных дождей. Высотные леса особенно уязвимы, поскольку они часто окружены облаками и туманами, которые более кислые, чем дождь. [78]
Другие растения также могут быть повреждены кислотными дождями, но воздействие на продовольственные культуры сводится к минимуму за счет применения извести и удобрений для замены потерянных питательных веществ. На возделываемых территориях можно также добавлять известняк, чтобы повысить способность почвы поддерживать стабильный уровень pH, но эта тактика в значительной степени бесполезна в случае диких земель. Когда кальций выщелачивается из хвои красной ели, эти деревья становятся менее холодоустойчивыми и подвергаются зимним травмам и даже гибели. [79] [80]
Кислотные дожди оказывают гораздо менее вредное воздействие на океаны в глобальном масштабе, но оказывают усиленное воздействие на мелководье прибрежных вод. [81] Кислотные дожди могут привести к падению pH океана, известному как закисление океана , из-за чего различным прибрежным видам становится сложнее создавать экзоскелеты , необходимые им для выживания. Эти прибрежные виды связаны друг с другом как часть пищевой цепи океана, и, если они не станут источником питания для других морских обитателей, еще больше морских обитателей погибнет. [82] Известняковый скелет коралла особенно чувствителен к снижению pH, поскольку карбонат кальция , основной компонент известнякового скелета, растворяется в кислых (с низким pH) растворах.
Помимо подкисления, избыточное поступление азота из атмосферы способствует увеличению роста фитопланктона и других морских растений, что, в свою очередь, может вызвать более частое вредоносное цветение водорослей и эвтрофикацию (создание обедненных кислородом «мертвых зон») в некоторых частях планеты. океана. [81]
Кислотные дожди не оказывают прямого влияния на здоровье человека. Кислота в дождевой воде слишком разбавлена, чтобы оказывать прямое неблагоприятное воздействие. Частицы, ответственные за кислотные дожди (диоксид серы и оксиды азота), действительно оказывают неблагоприятное воздействие. Эти частицы собираются вместе и реагируют в атмосфере, образуя частицы нитратов и мелкозернистый сульфат. [83] Воздействие большого количества этих частиц, особенно в течение длительного периода времени, может вызвать раздражение глаз и кожи, увеличение жидкости в легких, а также повреждение и эрозию зубов. [84] Повышенное количество мелких твердых частиц в воздухе способствует возникновению проблем с сердцем и легкими, включая астму и бронхит . [7] Эти конкретные воздействия на сердце и легкие могут изменить их функцию, в том числе сердечный приступ может привести к смерти людей с повышенным риском сердечно-сосудистых заболеваний и других сердечных заболеваний. [85]
Кислотные дожди могут повредить здания, исторические памятники и статуи, особенно сделанные из горных пород, таких как известняк и мрамор , которые содержат большое количество карбоната кальция. Кислоты дождя вступают в реакцию с соединениями кальция в камнях, образуя гипс, который затем отслаивается.
Последствия этого обычно можно увидеть на старых надгробиях, где кислотные дожди могут привести к тому, что надписи станут совершенно неразборчивыми. Кислотные дожди также увеличивают скорость коррозии металлов, в частности железа , стали , меди и бронзы . [86] [87]
Места, значительно пострадавшие от кислотных дождей по всему миру, включают большую часть Восточной Европы от Польши на север до Скандинавии, [88] восточную треть Соединенных Штатов, [89] и юго-восточную Канаду . Другие пострадавшие районы включают юго-восточное побережье Китая и Тайвань . [90]
Многие угольные электростанции используют десульфурацию дымовых газов (ДДГ) для удаления серосодержащих газов из дымовых газов. На типичной угольной электростанции ДДГ удалит 95% или более SO 2 из дымовых газов. Примером ДДГ является широко используемый мокрый скруббер . Мокрый скруббер представляет собой, по сути, реакционную башню, оснащенную вентилятором, который отводит в башню горячие дымовые газы электростанции. Известь или известняк в виде суспензии также впрыскивается в башню для смешивания с дымовыми газами и присутствующего диоксида серы. Карбонат кальция в известняке производит сульфат кальция с нейтральным pH , который физически удаляется из скруббера. То есть скруббер превращает серные загрязнения в промышленные сульфаты.
В некоторых регионах сульфаты продаются химическим компаниям под видом гипса , поскольку чистота сульфата кальция высока. В других их выбрасывают на свалку . Последствия кислотных дождей могут сохраняться в течение нескольких поколений, поскольку последствия изменения уровня pH могут стимулировать продолжающееся выщелачивание нежелательных химических веществ в нетронутые источники воды, уничтожая уязвимые виды насекомых и рыб и блокируя усилия по восстановлению местной жизни.
Сжигание в псевдоожиженном слое также снижает количество серы, выделяемой при производстве электроэнергии.
Контроль выбросов транспортных средств снижает выбросы оксидов азота от автомобилей.
Международные договоры о переносе атмосферных загрязнителей на большие расстояния уже давно согласованы западными странами. Начиная с 1979 года европейские страны собирались для ратификации общих принципов, обсуждавшихся в рамках Конвенции ЕЭК ООН. Целью проекта была борьба с трансграничным загрязнением воздуха на большие расстояния. [91] Хельсинкский протокол 1985 года о сокращении выбросов серы в рамках Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния укрепил результаты конвенции. Результаты договора уже принесли свои плоды, о чем свидетельствует снижение выбросов твердых частиц в Северной Америке примерно на 40 процентов. [92] Эффективность Конвенции в борьбе с кислотными дождями вдохновила на дальнейшие действия международного сообщества по предотвращению распространения твердых частиц. Канада и США подписали Соглашение о качестве воздуха в 1991 году. Соглашения подписали большинство европейских стран и Канада. Деятельность Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния оставалась бездействующей после 1999 года, когда 27 стран собрались вместе, чтобы еще больше уменьшить воздействие кислотных дождей. [93] В 2000 году в Азии впервые началось международное сотрудничество по предотвращению кислотных дождей. Десять дипломатов из стран всего континента собрались, чтобы обсудить способы предотвращения кислотных дождей. [94] После этих обсуждений в 2001 году была создана Сеть мониторинга кислотных выпадений в Восточной Азии (EANET) в качестве межправительственной инициативы для предоставления научно обоснованных данных лицам, принимающим решения, и содействия международному сотрудничеству в области кислотных выпадений в Восточной Азии. [95] В 2023 году в число стран-членов EANET войдут Камбоджа, Китай, Индонезия, Япония, Лаосская НДР, Малайзия, Монголия, Мьянма, Филиппины, Республика Корея, Россия, Таиланд и Вьетнам. [96]
В этой схеме регулирования каждому действующему загрязняющему объекту предоставляется или может быть приобретено на открытом рынке разрешение на выбросы за каждую единицу определенного загрязняющего вещества, которое он выбрасывает. Затем операторы могут установить оборудование для контроля загрязнения и продать часть своих квот на выбросы, которая им больше не нужна для их собственной деятельности, тем самым возмещая часть капитальных затрат на свои инвестиции в такое оборудование. Цель состоит в том, чтобы дать операторам экономические стимулы для установки средств контроля загрязнения.
Первый рынок торговли выбросами был создан в Соединенных Штатах после принятия в 1990 году поправок к Закону о чистом воздухе . [97] Общая цель Программы кислотных дождей, установленной Законом [98] , заключается в достижении значительных преимуществ для окружающей среды и здоровья населения за счет сокращения выбросов диоксида серы (SO 2 ) и оксидов азота (NO x ), основных причин кислотный дождь. Чтобы достичь этой цели с наименьшими затратами для общества, в программе используются как нормативные, так и рыночные подходы к контролю загрязнения воздуха.
Большие объемы серной кислоты можно транспортировать на расстояния до нескольких тысяч километров.
Широкое научное внимание к кислотным отложениям, возможно, началось в 1968 году, когда Сванте Оден опубликовал свою знаковую статью о подкислении (Oden, 1968).
Более непосредственное влияние оказала работа Сванте Одена, шведского почвоведа. Оден, ныне широко известный как «отец исследований кислотных дождей» (Park, 1987:6), не только обнаружил, что уровни кислотности осадков растут в Скандинавии, но и был первым, кто окончательно связал области источника и рецептора.