Загрязнение природной среды. Введение в экологическую химию - Фелленберг Г.
ISBN 5-03-002857-9
Скачать (прямая ссылка):
60
2. Изменения в атмосфере
в основном уносится с деревьев вместе с водой, меньшая часть остается на листьях, хвойных иглах и в трещинах коры.
Влажную («мокрую») часть выбросов часто называют кислотными дождями. Этот термин следует применять с известной осторожностью: он относится только к дождям неприродного происхождения и отвечает определенным критериям (кислотный дождь имеет pH 5,6 и содержит повышенное количество сульфитов,, сульфатов, нитритов, нитратов, хлоридов и фторидов или, по крайней мере, один их этих компонентов). Зная содержание вышеперечисленных анионов в осадочных породах, можно определить и pH осадков, выпадавших на землю во времена, когда еще не было промышленного развития. Образцы осадков того времени можно обнаружить в полярных льдах или в горных глетчерах. При образовании ледяного покрова в Гренландии 180000 лет назад pH осадков лежал в пределах 6,0--7,6. После так называемой промышленной революции, совершившейся 150 — 200 лет назад, появились первые свидетельства о кислотных осадках. Британский химик Р. Смит 100 лет назад впервые связал повреждение растительности, каменных строений и металлов с выбросами SO2. Но точное измерение доли антропогенных кислотных загрязнений атмосферы было проведено только в середине XX столетия. Между концом 50-х и началом 70-х гг. осадки с pH 4,0 — 4,5 наблюдались в странах Бенилюкса, ФРГ, Северной Франции, на востоке Британских островов и в южной части Скандинавии. В середине 70-х гг. наряду с максимумом выбросов SO2 в Средней Европе (1973 — 1974 гг.) атмосферные осадки имели самые низкие значения pH: в Шотландии 2,4 и на западном берегу Норвегии 2,7. В ФРГ среднее значение pH осадков в 1960 г. составило 5,3, а в 1980 г. — 3,97.Bo время зимнего отопительного периода значения pH атмосферных осадков были значительно ниже этих средних величин.
На востоке США и в Японии дождевая вода имеет устойчивое значение pH 4,0-4,5. Это, примечательно, ибо в среднем в США количество осадков, содержащих SO2, на единицу поверхности много меньше, чем в Средней Европе и в Японии.
2.2.5.3. Реакции в атмосфере и образование смога
В атмосфере диоксид серы претерпевает ряд химических превращений, важнейшие из них — окисление и образование кислоты.
2.2. Газы
61
Окисление может проходить разными путями и в силу разных причин. Например, УФ-излучение может перевести молекулу SO2 в возбужденное состояние, при длине волны менее 320 нм — в синглетное возбужденное состояние, при длине волны 320 — 390 нм в триплетное. Молекулы SO2, находящиеся в триплетном состоянии, реагируют с кислородом воздуха и через радикалы SO4* превращаются в молекулы SO3.
Большее значение все же имеет окисление с помощью радикалов ОН' (уравнения 2.3 и 2.4). При этом возможна и реакция с озоном:
SO2 + O3-+ SO3 + O2 (2.10)
Во влажной атмосфере образуется серная кислота. В насыщенной парами воды фазе, например в облаках, SO2 сначала образует сернистую кислоту (уравнение 2.6), которая с озоном и пероксидом водорода дает серную кислоту:
HSO3-+ O3 - SO?" + H + + O2 (2.11)
HSO3-+ H2O2 -* SO42- + H+ + H2O (2.12)
Реакционноспособный пероксид водорода может образоваться из органических пероксидов во влажном воздухе.
Наконец, было установлено, что, как SO21 так и HSO3-B несколько промежуточных стадий могут превратиться в серную кислоту с помощью ионов металлов, которые могут присутствовать в воздухе, а также в облаках. Механизм этой цепи превращений до конца не установлен.
Атмосферное превращение SO2 в SO4- приходит при выбросах SO2 в условиях влажных атлантических ветров, особенно в зимний отопительный сезон. Эти процессы получили известность в первую половину XX столетия, когда в результате мощных дымовых выбросов SOz в Лондоне возник густой туман (pea soup), в котором происходило медленное образование аэрозоля серной кислоты — названного впоследствии'смогом (от англ. smoke (дым) и fog (туман)).
В смоге помимо SO2 присутствует и ряд других компонентов, образующихся при сгорании топлива в печах и содержащихся в газах отопительных устройств и выхлопных газах автотранспорта. В планах мероприятий по борьбе со смогом ряда заинтересованных стран отмечается, что в возникновении этого явления играют роль не только SO2, но и СО, NOj, и углеводороды. Для
62
2. Изменения в атмосфере
земель Северный Рейн — Вестфалия важным фактором образования смога считают угольную пыль. Для предотвращения опасности возникновения смога проводятся государственные законодательные мероприятия по ограничению выбросов промышленных газов и выхлопных газов автотранспорта.
В Лондоне, где в середине 50-х годов образование смога происходило особенно часто и интенсивно, были приняты законодательные акты по ограничению выбросов отопительных устройств. В результате уменьшения выбросов SO2 и угольной пыли удалось резко сократить вероятность образования туманов и сернокислых аэрозолей^
2.2.5.4. Разрушение металлов, облицовки зданий и стекол
Целый ряд изделий из неорганических й органических материалов подвергается разрушительному воздействию кислотообразующих газов. К ним относятся машины и другие технические изделия, строения, а также произведения искусства. Ускоряющееся разрушение подобных объектов требует больших затрат на обеспечение их сохранности. Строения с известковой кладкой разрушаются естественным путем под действием дождей, содержащих CO2:
