Что такое кислотный дождь и на что он способен

Все перечисленные выше факторы являются причиной появления в воздухе, почве и воде таких загрязнителей, как оксиды азота (NO и NO2) и диоксиды серы (SO2 и SO3). Именно они вступают в реакцию с каплями воды, образуя серную и азотную кислоты. Даже нормальная дождевая вода имеет слабокислую реакцию из-за наличия в воздухе диоксида углерода, но когда воздух насыщен особыми веществами, дождь превращается в токсичное оружие. 

Кислотность измеряется с помощью так называемой шкалы рН, которая присваивает веществу число от 0 до 14. 0 — это экстремальная кислотность, например, электролит в свинцовых аккумуляторах, а 14 — это щелочь, например, отбеливатель. 7 означает нейтральность, обычно такой показатель имеет питьевая вода. Казалось бы, и дождь должен иметь такое число, но...

Кислотный дождь – это любые атмосферные осадки (дождь, снег, град, туман), кислотность которых выше нормы. Мерой кислотности служит водородный показатель pH: 7 – нейтральная среда, ниже 7 – кислая. Даже в самом чистом воздухе дождевая вода всегда слабокислая (pH около 5,6) из-за растворенного углекислого газа, образующего угольную кислоту. Поэтому порогом кислотности для осадков считается pH < 5,6.

Избыток разных газов усиливает кислотность дождя. рН обычного дождя измеряется на уровне 5 или 6, но для кислотных дождей он может быть всего 3 или 4. рН чрезвычайно кислых дождей измеряется примерно в 2, как у уксуса!

При таком показателе кислотности дождь, безусловно, не растворит нашу кожу, но это не значит, что нужно перестать беспокоиться об этом.

Когда говорят о кислотных дождях, часто представляют только ядовитый ливень. Однако выделяют три вида осадков, каждый из которых опасен по-своему.

Причина одна – человек. Главную роль играют два загрязнителя: диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NO). Они выбрасываются в атмосферу при сжигании ископаемого топлива: угля, нефти и газа на тепловых электростанциях, заводах и в двигателях автомобилей. Одна крупная угольная станция мощностью 1000 МВт выбрасывает в год до 200 000 тонн SO2. Для сравнения: извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году выбросило около 1 млн тонн SO2 – это эквивалент работы всего пяти таких станций за год. То есть человечество кислит дожди постоянно, а не периодически. Естественные источники (вулканы, лесные пожары) тоже вносят вклад, но он ничтожен по сравнению с промышленностью и транспортом.

Химия процесса до страшного проста. Попадая в воздух, SO2 и NO вступают в реакцию с водяным паром, кислородом и другими веществами под действием солнечного света. Диоксид серы превращается в серную кислоту, а оксиды азота – в азотную. Растворяясь в каплях облачной влаги, они и делают дождь ядовитым.

Кислотные дожди оказывают пагубное воздействие на конструкции из стали, известняка или песчаника. Очень медленно и постепенно, но кислотные дожди сделают наши металлические транспортные средства, здания, памятники, статуи и множество искусственных сооружений изношенными и непрочными. 

Первый удар принимают водоемы. При pH ниже 5,5 из донных отложений начинает вымываться алюминий – в форме ионов он парализует жабры рыб. В Швеции задокументировано более 2500 пострадавших озер (3–4% от их общего количества), а еще 6000 озер предположительно затронуты. Леса страдают не меньше: в Центральной Европе 35% деревьев имеют повреждения кроны, связанные с кислотными осадками. Кислотный раствор выщелачивает из почвы кальций, магний и калий, одновременно высвобождая токсичные ионы марганца и алюминия. Это приводит к ослаблению и массовому отмиранию деревьев.

Ученые также считают, что кислотные дожди задерживают развитие растений или, в крайних случаях, убивают их. Известно, что кислая вода, поглощаемая почвой, растворяет ключевые питательные вещества, тем самым лишая растения необходимых элементов для роста. Более того, когда этот кислотный налет стекает по листьям, он растворяет тонкий слой, защищающий их, препятствуя процессу фотосинтеза. Кислотные дожди также загрязняют реки, озера, вызывая гибель рыбы. Те, кто не умирает, как правило, имеют плохое потомство.

Прямой вред от купания в кислотном озере минимален – pH 4,0 не опасен для кожи здорового человека. Но опасность в другом: тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий), вымытые из почвы, попадают в питьевую воду и сельхозпродукцию. Кислотные дожди выщелачивают из почвы и донных отложений высокотоксичную метилртуть, которая накапливается в рыбе, а затем в организме человека, потребляющего такую рыбу. Хроническое отравление ртутью бьет по нервной системе и почкам.

Нет, мы не шутим. У кислотного дождя есть один неожиданный побочный эффект. Исследование показало, что выпадение сульфатов, входящих в состав кислотных дождей, подавляет активность метаногенных бактерий на пресноводных болотах. В эксперименте с добавлением сульфатов (эквивалент 30 кг серы на гектар) продуцирование метана сократилось на 35%. Это неплохая компенсация за нашу неэкологичность: мы сжигаем уголь – выделяется CO2 и SO2. Последний вызывает кислотные дожди, которые тормозят выделение другого парникового газа – метана. Однако углеродный след от сжигания угля многократно перекрывает этот эффект, и называть кислотные дожди полезными было бы абсурдно.

Кислотные дожди давно перестали быть проблемой только Европы и Северной Америки.

Оксиды серы и азота могут путешествовать на тысячи километров, поэтому зона выпадения кислотных дождей часто не совпадает с географией источников выбросов.

Самая кислая точка в России – район Норильска. Здесь из-за выбросов металлургической компании «Норникель» pH осадков достигает 3,8–4,0. Радиус поражения – сотни километров тундры, где лишайники погибли полностью на площади 5000 квадратных км.

В европейской части ситуация спокойнее: средний pH дождя в Подмосковье – 4,9, а в Карелии – 5,2. Данные исследований показывают, что за последние 30 лет кислотность осадков на западе РФ снизилась, но на Урале и в Сибири осталась высокой из-за старых производств. В Москве и Санкт-Петербурге годовые выпадения серы колеблются от 10 до 40 кг на гектар, что сравнимо с уровнями в Западной Европе 1980-х годов.

Но что же делать в таком случае? Решение очевидно: уменьшать уровень загрязнений. И дело не только в одном регионе, где особенно много заводов или машин. Облака часто могут пролетать много километров, поливая земли кислотными дождями других регионов. Например, уже давно было обнаружено, что 16% кислотных дождей в Норвегии выпадают из облаков, которые были загрязнены в Великобритании.

Мировой опыт показал: технические решения работают. В США Закон о чистом воздухе ввел систему квот на выбросы диоксида серы – к 2010 году выбросы снизились на 65%, а средний pH дождя на северо-востоке страны вырос с 4,2 до 4,9. Более дешевый способ – перевод электростанций с угля на газ: выбросов диоксида серы практически нет.

Есть и поучительные примеры: в ГДР в 1980-е годы из-за нехватки природного газа жгли бурый уголь с высоким содержанием серы, и кислотные дожди уничтожили 70% лесов в Рудных горах. После объединения Германии и закрытия грязных станций леса начали восстанавливаться. В регионах, уже пострадавших от закисления, применяется известкование – добавление в озера и почву известняка для нейтрализации кислоты. Но это временная и дорогостоящая мера, не устраняющая причину.