Борьба с кислотными дождями

Кислотные дожди - одна из самых очевидных проблем загрязнения воздуха, стоящих перед нами. Кислые вещества и соединения, которые служат их источником, образуются при сжигании минеральных топлив в энергетических установках и на транспорте. Это главным образом кислоты - производные оксидов серы и азота. Существует ряд природных источников таких соединений: они образуются во время грозы или извержения вулкана, в результате жизнедеятельности бактерий, однако, исключая нечастые извержения, вклад этих источников невелик. Основными “поставщиками” оксидов углерода и азота являются автомобильный транспорт, электростанции и всякого рода плавильные печи.

Влияние кислотных дождей наиболее ощутимо и известно широкой публике в Европе и на северо-востоке США, но зоны риска включают также Канаду и, возможно, калифорнийскую Сьерру, Скалистые горы и Китай. В некоторых местах наблюдалось выпадение осадков, приближающихся по кислотности к столовому уксусу. Масштабы ущерба от кислотных дождей продолжают оставаться предметом дискуссий. Первоначально внимание фокусировалось на вреде, приносимом озерным и речным экосистемам, однако в дальнейшем стали учитываться и такие дорогостоящие последствия, как порча зданий, мостов и оборудования. Труднее всего количественно оценить влияние загрязненного воздуха на здоровье человекам.

Наибольший урон наносится озерам, в которых вода обладает слабыми буферными свойствами. В присутствии природных щелочных буферов кислые соединения, приносимые дождем (большей частью серная и азотная кислоты, в меньших количествах органические кислоты), нейтрализуются. Однако озера, лежащие на гранитных (кислых) породах, весьма подвержены действию попадающих в них кислот, способных переводить в раствор ионы таких металлов, как алюминий и марганец, что может повлечь подавление роста растений и водорослей, а в некоторых озерах - сокращение или вообще исчезновение популяций рыб. Значительный ущерб наносят кислотные дожди и растительности, причем проявление их влияния может быть самым различным - от дефолиации до разрушения тонкой корневой системы.

В таком районе, как северо-восток США, главными источниками подобных загрязнений являются электростанции, работающие на угле с высоким содержанием серы. Одно из возможных средств, предотвращающих выброс загрязнителей, - это установка химических газоочистителей - устройств, в которых нежелательные примеси, содержащиеся в промышленных газах, растворяются, выводятся в осадок или поглощаются. Катализаторы, снижающие выбросы оксидов азота как стационарными, так и мобильными устройствами, - это еще один пример, иллюстрирующий важную роль химии в борьбе за качество воздуха.

Различные способы борьбы с кислотными дождями требуют ежегодных вложений миллиардов долларов. Когда ставки так высоки, важно, чтобы атмосферные процессы, включающие перемещение, химические превращения и конечную “судьбу” загрязнителей, были основательно изучены.

Кислоты выпадают либо вместе с дождем и снегом (“мокрые” осадки), либо в виде аэрозолей газообразных кислых соединений, оседающих на почве, листьях растений и т.д. (“сухие” осадки). То, что заканчивает свой путь в виде осадков, обычно проникает в атмосферу в совершенно иной форме. Например, содержащаяся в угле сера окисляется в газообразный диоксид и в таком виде выбрасывается из печных труб. Перемещаясь в атмосфере, диоксид медленно окисляется и реагирует с водой, образуя серную кислоту, в виде которой сера может вернуться на землю за сотни миль вниз по ветру.

Пути образования оксидов азота, их химических превращений и выведения из атмосферы также чрезвычайно сложны. Азот и кислород, нагреваемые до высоких температур в силовых установках, доменных печах и автомобильных двигателях, образуют моноксид азота, N0, который реагирует с окислителями с образованием диоксида, N0₂, а иногда и азотной кислоты, HNO₃, в качестве конечного продукта. Количественные оценки мирового баланса оксидов азота - источников их поступления и мест выведения - содержат еще много неясного.

Пока наши знания о биогеохимических циклах различных химических форм азота, серы и углерода, об их источниках и превращениях в мировых масштабах не будут исчерпывающими, выбор стратегии контроля за загрязнением атмосферы затруднителен. Химия атмосферы и окружающей среды имеет первостепенное значение для создания более здорового и чистого местообитания. Развитие надежных методов определения следов примесей в воздухе, изучение кинетики важных атмосферных реакций и открытие новых, более эффективных химических процессов, позволяющих сократить выделение загрязнителей, - вот цели, которые должны войти в национальную программу действий на грядущее десятилетие.