Книга «Кислотные дожди – серьезная экологическая проблема».
книга по географии (10 класс)

Эта книга разработана по окончанию научно-исследовательской работы «Кислотные дожди – серьезная экологическая проблема». Здесь представлено все о кислотных дождях, что необходимо знать каждому из нас, чтобы последствия данной экологической проблемы не приобрели  катастрофический характер. Особое внимание я уделила мерам по охране атмосферы от кислотообразующих веществ, а также воздействию кислотных дождей на организм человека.
Выполняя работу, я изучала соответствующую литературу и осознала общие цели и трудности, которые стоят на пути всего человечества, поняла, что только все вместе мы сможем помочь нашей природе и нашей планете. Нам необходимо научиться чувствовать себя членами одной семьи, судьба которой зависит от каждого из нас. Только тогда мы сможем сберечь наш общий дом, нашу землю. Я надеюсь, что материалы моей книги, и работы в целом поможет человечеству в решении данной проблемы.

Автор работы: Сидоровская Карина Александровна

Российская Федерация, Мурманская область, город Снежногорск

МАОУ «СОШ № 266 ЗАТО Александровск» 10 «А» класс

Научный руководитель работы: Яковенко Марина Викторовна
Российская Федерация, Мурманская область, город
Снежногорск

МАОУ «СОШ № 266 ЗАТО Александровск» учитель географии и истории

Введение
В новое тысячелетие человечество вступает в условиях экологического кризиса. Ещё несколько лет назад выражения «кислотные осадки» и «кислотные дожди» были известны лишь исключительно ученым, посвященным в определенных, специализированных областях экологии и химии атмосферы. Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные проблемы.

 Еще в конце прошлого века
Фридрих Энгельс предупреждал: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают последствия первых». Знакомство с проблемой кислотных дождей подтвердит нам правоту этих слов. Преодоление экологического кризиса во всех его проявлениях, ведущих к деградации природы и, как следствие, к деградации и исчезновению человечества, жизненно необходимо.

Не должны оказаться пророческими слова великого ученого-естествоиспытателя, впервые создавшего теорию развития живой природы, Жана Батиста Ламарка: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Для успешного разрешения планетарных экологических кризисов и дальнейшего развития человеческой цивилизации необходимо понимание и осознание этих кризисных проблем всеми, в том числе подрастающим поколением, чтобы направить свою

Содержание:

Введение 1

Что такое кислотные дожди? 2

Возникновение кислотных дождей 3

Последствия кислотных дождей 4

Меры по охране атмосферы от кислотообразующих веществ 5

деятельность на изменение структуры общественного и хозяйственного устройства, формирование экологического мировоззрения, ответственного за состояние дома, в котором мы все живем, – нашей планеты Земли.

Что такое кислотные дожди?
Кислотные осадки (дожди) – это осадки (дождь, снег), которые имеют более высокий уровень кислотности, чем обычно из-за присутствия серной или азотной кислот. Также под термином «кислотные осадки» подразумеваются различные метеорологические осадки (дождь, град, снег, дождь со снегом, туман), при которых наблюдается значительное понижение уровня pН.

Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем
Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в Манчестере.  И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в водоносные слои почвы.

Возникновение кислотных дождей
Кислотный осадок образуется в результате выбросов большого количества оксидов азота и оксидов серы. Вступая в реакцию с водой атмосферы, они превращаются в растворы кислот – серной, сернистой, азотной, азотистой. Затем, вместе со снегом или с дождем, они выпадают на землю. 

Одним из главных условий выпадения кислотных дождей является влагооборот. Это непрерывный процесс перемещения воды под действием солнечной радиации и силы тяжести. Процесс этот незамкнут, поэтому правильнее говорить «влагооборот», а не «круговорот воды». Благодаря влагообороту в атмосфере возникают облака, на землю выпадают осадки. В большом влагообороте взаимодействуют атмосфера, литосфера, гидросфера и живое вещество. Испарение с поверхности океана и с суши обеспечивают поступление водяного пара в атмосферу. Облака, попадая в потоки общей циркуляции атмосферы, переносятся на значительные расстояния и осадки могут выпасть в любой точке на поверхности Земли.
        

Применение высоких труб. Это один из наиболее спорных способов. Сущность его заключается в следующем. Перемешивание загрязняющих веществ в значительной степени зависит от высоты дымовых труб. Если мы используем низкие трубы (здесь в первую очередь необходимо вспомнить трубы электростанции), то выбрасываемые соединения серы и азота перемешиваются в меньшей степени и быстрее выпадают в осадок, чем при наличии высоких труб. Поэтому в ближайшем окружении (от нескольких километров до нескольких десятков километров) концентрация оксидов серы и азота будет высокой и, естественно, эти соединения будут причинять больше вреда. Если труба высокая, то непосредственные воздействия уменьшаются, но возрастает эффективность перемешивания, что означает большую опасность для отдаленных районов (кислотные дожди) и для всей атмосферы в целом (изменение серы в газах, образующихся во время горения топлива химического состава атмосферы, изменение климата). Таким образом, строительство высоких труб, несмотря на распространенное мнение, не решает проблемы загрязнения воздуха, зато в значительной степени увеличивает "экспорт" кислотных веществ и опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных местах. Следовательно, увеличение высоты трубы сопровождается тем, что непосредственные воздействия загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и т.п.) уменьшаются, однако косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов) увеличиваются.

Энергосбережение, внедрение новых неэнергоемких технологий и безотходных и малоотходных технологий производственных процессов, применение альтернативных источников энергии, все меры экологического контроля способны решить проблему загрязнения атмосферного воздуха, оздоровить окружающую среду, снять угрозу необратимых отрицательных изменений в биосфере Земли.

соединений – силиконов или производных эфиров кремниевой кислоты; для защиты металлических изделий – покрытие их лаком, масляной краской или легирование сталей, образующих устойчивую к кислотам оксидную пленку.

Все перечисленные меры представляют собой реализацию метода «контроля на выходе» – снижение концентрации загрязнителей на стадии их попадания в атмосферу.

Более эффективен с экологической точки зрения метод «контроля на входе», предусматривающий очистку топлива от потенциальных загрязнителей, использование экологически более чистых источников энергии и создание так называемых безотходных технологий, т. е. технологических процессов, сопоставимых с природными циклами в биосфере.

Содержание серы в выбросах можно уменьшить, используя низкосернистый уголь, а также путем физической или химической его промывки. Первая позволяет очистить уголь от неорганических примесей серы, таких, как сульфиды металлов. С помощью второй удаляется органическая сера. Отметим, что физические методы очистки малорентабельны, а применение химических методов очистки из-за ряда технических сложностей эффективно лишь на вновь строящихся электростанциях. Для средних и малых предприятий энергетики используется метод сжигания топлива в кипящем слое, при котором удаляется до 95% диоксида серы и от 50 до 75% оксидов азота.

Хорошо разработана технология уменьшения содержания оксидов азота (на 50–60%) путем снижения температуры горения.

Перспективна замена бензина в автомобилях другими видами топлива (например, смесью спиртов), применение газобаллонных автомобилей, использующих природный газ, и электромобилей; использование на электростанциях в качестве топлива природного газа.

Режим и количество выпадающих осадков зависит от типа воздушных масс (морские и континентальные), циркуляции атмосферы (преобладающий перенос воздушных масс), подстилающей поверхности (рельеф).

Воздушные массы  имеют типичные свойства только в очаге формирования, при перемещении они трансформируются, приобретая новые свойства. Это правило влияет как на физические, так и на химические свойства воздушных масс.

Состав дождей для одной и той же зоны изменяется в зависимости от высоты над уровнем моря. Скорость химических превращений веществ, загрязняющих воздух, в совокупности с метеорологическими условиями и определяет интенсивность выпадения продуктов окисления в зоне антропогенных источников.

Источники таких загрязнений:

• тепловые электростанции,
• металлургическое производство,
• выхлопные газы автомобилей,  
• сжигание топлива (угля и древесины)

Технология очистки имеет очень низкий уровень развития, что не позволяет отфильтровать соединения азота и серы, возникшие в результате сгорания торфа, угля и других видов сырья. Попав в атмосферу, оксиды соединяются с водой в результате реакций под действием солнечного света. После этого они выпадают в качестве дождей, их называют «кислотные осадки».

Оксид серы (IV) (SO2), попавший в атмосферу, претерпевает ряд химических превращений. Оксид серы (IV)  в результате фотохимического окисления превращается в оксид серы (VI) – SО3, который реагирует с водяным паром атмосферы, образуя серную кислоту: 2SО2 + О2 = 2SО3, SО3 + Н2О=Н2SО4. 

Основная часть выбрасываемого оксида серы (IV) (SO2) во влажном воздухе образует сернистую кислоту: SО2 + Н2О=Н2SО3.

Сернистая кислота во влажном воздухе постепенно окисляется до серной: 2Н2S03 + 02= 2Н2S04. 

Серная и сернистая кислота становятся причиной кислотных осадков.

При растворении Оксид азота (IV)  (NO2)  в воде образуются азотная и азотистая кислоты: 2NО2 + Н2О=НNО3 + НNО2.

Последствия кислотных дождей

Действие кислотных осадков на почвы наиболее ощутимо появляется в северных и тропических районах земного шара. Во-первых это связано с тем, что подкисляются и без того кислые почвы. Они, как правило, не содержат природных соединений, нейтрализующих кислоты (карбонат кальция, доломит). Почвы тропиков хотя и имеют нейтральную и щелочную реакцию, но также не содержат веществ – нейтрализаторов кислотности (из-за интенсивного и постоянного промывания дождями).

При рН равном 5 и ниже, в почвах резко возрастает растворимость минералов, их них высвобождается алюминий. который в свободной форме ядовит. Кислотные осадки также повышают подвижность тяжёлых металлов(кадмия, свинца, ртути).

Поступая в водные источники, кислотные осадки повышают кислотность и жёсткость воды. При рН ниже 6 сильно подавляется деятельность ферментов, гормонов и других биологически активных веществ, от которых зависят рост и развитие организмов. Особенно отрицательное действие проявляется на яйцеклетках и молоди. Изменение рН воды озёр и других водоёмов зависит от характера пород, которые выстилают дно водоёма. Если оно выстлано гранитами или гнейсами, то вода в водоёме мягкая и поэтому наиболее подвержена действию кислотных осадков. Если дно водоёма образовано осадочными породами (известняком), то вода в водоёме жёсткая и поэтому

Среди эффективных методов борьбы с выбросами окисленной серы в атмосферу через дымовые трубы следует отметить различные газоочистители, такие, как электрические фильтры, вакуумные, воздушные или жидкие фильтры-скрубберы. В последних газообразные продукты сгорания пропускаются через водный раствор извести, в результате образуется нерастворимый сульфат кальция. Этот метод позволяет удалить до 95% оксидов серы, но является дорогостоящим (снижение температуры дымовых газов и понижение тяги требует дополнительных затрат энергии на их подогрев; кроме того, возникает проблема утилизации сульфата кальция) и экономически эффективен лишь при строительстве новых крупных предприятий. Такой же дорогостоящий метод очистки дымовых газов от оксидов азота с помощью изоциановой кислоты (удаляется до 99% оксидов азота, превращающихся в безвредные азот и воду).

Известкование. Для уменьшения закисления в озера и в почву добавляют щелочные вещества (например, карбонат кальция). Эта операция называется известкованием. Известь, попадая в воду, быстро растворяется, а образующаяся в результате гидролиза щелочь сразу же нейтрализует кислоты. Известкование применяют для обработки кислых почв с целью их нейтрализации. Наряду с преимуществами известкование имеет ряд недостатков:

• в проточной и быстро перемешивающейся воде озер нейтрализация проходит недостаточно эффективно;
• происходит грубое нарушение химического и биологического равновесия вод и почв;
• не удается устранить все вредные последствия закисления;

С помощью известкования нельзя удалять тяжелые металлы. Эти металлы во время уменьшения кислотности переходят в труднорастворимые соединения и осаждаются, однако при добавлении новой дозы кислот снова растворяются, представляя таким образом постоянную потенциальную опасность для озер.

Для защиты памятников культуры и ценных архитектурных сооружений используют покрытия из высокомолекулярных

МЕРЫ ПО ОХРАНЕ АТМОСФЕРЫ ОТ              КИСЛОТООБРАЗУЮЩИХ ВЫБРОСОВ

Чистота атмосферного воздуха планеты – одно из приоритетных направлений природоохранной деятельности национальных правительств, которая развивается в рамках программы, принятой на ХIX специальной сессии Генеральной Ассамблеи Организации Объединенных Наций в июне 1997 г.

Международными соглашениями установлены критические нормы выбросов диоксида серы и оксидов азота, ниже которых их воздействие на наиболее чувствительные компоненты экосистем не обнаруживается, а также ряд рекомендаций по осуществлению снижения этих выбросов.

Основными на сегодняшний день методами снижения загрязнения атмосферы, в том числе кислотообразующими выбросами, являются разработка и внедрение различных очистных сооружений и правовая защита атмосферы.

Ведутся исследования по снижению загрязнений от выхлопных газов автомобилей. Наибольшие трудности здесь вызывает именно уменьшение выбросов оксидов азота, которые помимо образования кислотных осадков ответственны за появление фотохимических загрязнителей (фотохимический смог) и разрушение озонового слоя в стратосфере. Для решения этой проблемы ведутся работы по созданию различных каталитических конвертеров, преобразующих оксиды азота в молекулярный азот.

обладает буферной ёмкостью, которая препятствует её закислению.

Велико действие кислотных дождей и на леса. Они способствуют выщелачиванию из растений биогенов (кальция, магния, калия), а также сахаров, белков, аминокислот. Кислотные дожди повреждают защитные ткани, увеличивают вероятность проникновения через них патогенных грибов и бактерий, способствуют резкому увеличению численности насекомых.

Кислотные дожди не только убивают живую природу, но и разрушают памятники архитектуры и другие строения. Прочный и твёрдый мрамор, гранит, гипс, цемент, а также металлические постройки и памятники реагируют с растворами серной и азотной кислот.

Естественно, атмосферные кислотные микроэлементы не щадят и человека. Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том вреде, который приносят кислотные вещества (двуокись серы, двуокись азота, кислотные аэрозольные частицы) при дыхании. Люди вынуждены потреблять питьевую воду, загрязнённую токсичными металлами (ртутью, свинцом, кадмием).

Кислотный дождь выглядит, как обычный дождь, не имея какого-то отличительного вкуса и не вызывая необычных ощущений. Вред от кислотного дождя на людей является не прямым. Прогулки под кислотным дождем и даже плавание в озере, подверженному воздействию кислотных дождей, не опаснее, чем плавание в прозрачной воде. Однако, загрязняющие примеси, которые вызывают кислотный дожди, действительно приносят вред здоровью человека. Диоксид серы и оксид азота взаимодействуют с атмосферой, формируя чистый сульфат и частицы азота, которые переносятся на длинные расстояния ветром и вдыхаются в легкие людей. Мелкие частицы также могут попасть в дом. Так во многих исследованиях выявили связь между повышенным уровнем мелких частиц и риском заболевания и преждевременной смерти от сердечных расстройств и респираторных заболеваний, таких как астма и бронхит.         

Сернистый газ – один из самых распространенных загрязнителей атмосферы. Это продукт металлургической и химической промышленности, полупродукт производства серной кислоты, главный компонент выбросов тепловых электростанций и многочисленных котельных, работающих на угле, содержащем серу. Сернистый газ по своим свойствам бесцветен, имеет острый запах, ядовит, канцерогенен. При сжигании одного кг каменного угля в воздух выделяется 10 г серы. То же самое происходит, когда мы едем на автомобиле, работающем на дизельном топливе. При сжигании каждого литра дизельного топлива или керосина в воздух выбрасывается 2 г серы. Некоторые нефтепродукты, используемые для обогрева промышленных объектов, при сжигании каждого литра топлива выделяют до 20 г серы.         

Малые концентрации сернистого газа при воздействии на организм раздражают слизистые оболочки, более высокие вызывают воспаление слизистых носоглотки, трахеи, бронхов, приводят к носовым кровотечениям. При длительном вдыхании открывается рвота, возможны острые отравления со смертельным исходом. 

Однако аналогичным способом вносят свою лепту в появление «кислотных дождей» и оксиды азота. При сжигании нефти, угля и газа в условиях высоких температур происходит соединение азота с кислородом с образованием газообразных веществ – оксидов азота. При сжигании 1 кг природного газа происходит образование 13 г оксидов азота. При использовании обогрева жилых  и промышленных помещений  из каждого литра сжигаемого горючего, получается, от 3 до 5 г оксидов азота. За один  км пробега легковой автомобиль выделяет около 2 г оксидов азота, а тяжелые грузовики и автобусы - 13 г. Оксид азота высокотоксичен.                 

Оксид углерода, диоксид углерода или углекислый газ – этот газ выделяется в воздух всеми живыми существами. Кроме того, огромные количества этого газа выбрасываются в воздух при сгорании топлива, при пожарах и т.п. Содержание диоксида углерода в атмосфере непрерывно повышается в результате деятельности человека, что обусловливает, в числе других факторов, потепление климата (парниковый эффект). Нормальное содержание углекислого газа в атмосфере составляет  0,03 – 0,04%.

Диоксид углерода не оказывает токсического действия на организм растений, они усваивают его в процессе фотосинтеза. Однако избыточное содержание его в атмосфере приводит к увеличению кислотности выпадающих осадков. Обычный дождь в экологически чистой местности имеет подкисленную реакцию (pH = 5,6 – 6,0) за счет того, что диоксид углерода атмосферы частично растворяется в воде.