Что такое кислотный дождь, где он встречается и чем опасен

Что такое кислотный дождь

Кислотные дожди — это осадки, которые возникают из-за выбросов диоксида серы (SO₂) и оксидов азота (NOₓ) в воздух. Эти вещества поднимаются высоко в атмосферу, где взаимодействуют с водой, кислородом и другими веществами, образуя кислые загрязнители. Дожди, насыщенные такими химикатами, называются кислотными.

Обычный дождь, туман и снег тоже в какой-то степени можно назвать кислотными из-за содержания в них угольной кислоты. Она образуется в небольших количествах при взаимодействии углекислого газа и воды в атмосфере и относится к слабым кислотам. Именно поэтому рН дождя в норме равен 5,6—6,0, а по-настоящему кислотными называют осадки с меньшими показателями. Наибольшая кислотность осадков была зарегистрирована на западном побережье США в 1982 году, тогда рН тумана составила 1,8, то есть капли были кислотнее, чем лимонный сок, рН которого равен 2 [1], [2].

Кислотные осадки можно разделить на две категории: влажные и сухие.

• Влажные отложения. Это газообразные или гранулированные загрязнители, которые выпадают на землю в виде осадков — дождя, тумана, снега.
• Сухие отложения. Кислые вещества, которые попадают из воздуха на землю в виде аэрозоля. Он оседает на газонах, растениях, водоемах, постройках, переносится вместе с пылью и не имеет влаги. Когда идет дождь, он соединяется с кислыми частицами и течет по земле в виде кислой жидкости, отравляющей все на своем пути.

Причины кислотных дождей

Вадим Петров выделяет следующие причины возникновения кислотных дождей:

• Промышленные предприятия, сжигающие ископаемое топливо. В результате сжигания угля и нефти в атмосферу попадают диоксид серы и оксиды азота, которые формируют токсичные соединения и выпадают в виде кислотных осадков. Среди производств, которые выбрасывают в атмосферу большое количество SO₂, который является основным компонентом, провоцирующим кислотный дождь, особенно выделяется южноафриканская энергетическая корпорация Eskom. В 2019 году объемы диоксида серы, выброшенные ее предприятиями в атмосферу, превысили показатели энергетических секторов целых стран, в том числе США и Китая [3].
• Транспорт. Автомобили, самолеты и корабли, работающие на бензине и дизельном топливе.
• Сельскохозяйственные предприятия, которые используют удобрения, содержащие азот.
• Природные явления — вулканическая активность и грозы. Например, в 2014 году за шесть месяцев активности исландский вулкан Баурдарбунга выбросил в атмосферу более 11 млн т SO₂ [4].

Последствия кислотных дождей

Влияние на окружающую среду

Кислотные дожди наносят экологии большой урон. Кислые частицы вредят водоемам и тем, кто в них живет: из-за опасных соединений погибают икринки, новые особи не появляются, пищевая цепочка нарушается. Особенно губительны кислотные дожди для небольших водоемов, так как их объемов не хватает, чтобы нейтрализовать концентрацию кислоты.

От кислотных дождей страдает и флора. Капли повреждают листву, кору и корни, из-за чего растения ослабевают, их способность к фотосинтезу ослабевает и они становятся особенно восприимчивыми к болезням, вредителям и другим неблагоприятным факторам. После кислотных дождей химический состав почвы изменяется, а сама земля может стать токсичной. Это приводит к загрязнению грунтовых вод, уничтожению лесов и полей, нарушению целых экосистем. Также страдают сельскохозяйственные угодья — урожай погибает, а поля становятся непригодными для возделывания культур.

Кислотные дожди повреждают искусственные сооружения. Они могут растворять карбонат кальция, то есть разрушать памятники и здания, построенные из мрамора или известняка. Например, Тадж-Махал, одно из семи чудес света, в значительной степени пострадал от кислотных дождей. В городе Агре, где расположен мавзолей-мечеть, работают множество предприятий, которые выбрасывают в атмосферу вредные вещества. Статуя Свободы, сделанная из меди, стала зеленой в результате воздействия кислотных дождей и окисления. Способность разъедать металл делает кислотный дождь опасным для железнодорожной отрасли и авиационной промышленности.

Влияние на человека

Вадим Петров объясняет, что кислотные дожди могут ухудшить качество воздуха, повысив в нем концентрацию мелких твердых частиц (PM2.5 и PM10) и озона: «Это может вызывать респираторные заболевания, такие как астма, бронхит и хроническая обструктивная болезнь легких. Исследование Всемирной организации здравоохранения показало, что повышение уровня твердых частиц в воздухе приводит к увеличению числа госпитализаций и смертей от респираторных заболеваний. Также повышенный риск сердечно-сосудистых заболеваний, включая инфаркт миокарда и инсульт, связан с загрязнением воздуха кислотными дождями. По данным Американской кардиологической ассоциации, длительное воздействие PM2.5 увеличивает вероятность возникновения сердечно-сосудистых заболеваний на 15-20%» [5], [6].

Где бывают кислотные дожди

Еще в 1972 году ООН признала кислотные дожди экологической проблемой международного масштаба. Особенно от вредных осадков пострадали Северная Америка, Европа, Китай и Индия.

• Европа, США и Канада. По данным 2013 года, ph дождевой воды в Канаде, Дании и Германии составлял от 4,2 до 4,5, а в США — 4,8. В Австрии, Республике Беларусь, Хорватии, Финляндии, Ирландии, Норвегии, Италии, Швейцарии и Великобритании уровень кислотности варьировался от 4,19 до 5,82 со средним значением 4,8. Более свежих данных о кислотности обычных дождей в настоящий момент нет. В США Закон о чистом воздухе 1990 года был принят для борьбы с кислотными дождями и помог сократить выбросы диоксида серы на 88% и диоксида азота на 50% в период с 1990 по 2017 год. Эти изменения помогли восстановить леса красной ели и некоторые популяции рыб после ущерба, нанесенного кислотными дождями [7].
• Китай. В настоящее время в КНР наблюдается самый высокий уровень кислотных выпадений в мире: за последние 30 лет благодаря быстрому экономическому росту и увеличению объемов сжигания ископаемого топлива выбросы SO₂ и NO _X в стране выросли более чем в 3 и 7 раз соответственно [8]. В нескольких десятках городов КНР значения pH дождевой воды находятся в диапазоне от 3,8 до 4,5. Ученые предполагают, что в 2009 году именно кислотные дожди могли размытть гору в уезде Улун и вызвать оползень, унесший жизни 74 человк [9]. Однако Китай вводит меры контроля за опасными выбросами диоксида серы, благодаря чему показатель с 2007 года снизился на 75% [10].
• Индия. В 2017 году Индия была вторым после Китая источником выбросов диоксида серы.  Ожидается, что выбросы SO₂ и NO, будут расти до 2030 года. Кроме того, из-за того, что местные аграрии активно используют удобрения и пестициды, в атмосферу выделяются аммиак и химически активные азотные соединения, что еще больше увеличивает кислотность осадков [11].
• Южно-Африканская Республика. Южная Африка — один из крупнейших источников диоксида серы в мире. В 2019 году загрязнение воздуха стало второй по значимости причиной смертности на континенте [12]. Проблемы с экологией здесь тесно связаны с сильной зависимостью энергетического сектора стран от ископаемого топлива. Лидером по объемам вредных выбросов в атмосферу в Африке является ЮАР. По данным за 2021 год, средний уровень pH дождевой воды в стране варьировался от 4,4 до 4,8 [13].

Кислотные дожди в России

Развитие энергетики и промышленности в России также приводит к росту выбросов диоксида серы. Из-за них среднее значение рН осадков в Москве за период с 1983 по 2017 годы составило 4,9 [14]. Местные предприятия ответственны за загрязнение атмосферы в Бурятии, Самарской области, Красноярском крае, Иркутской области, Оренбургской области и Забайкальском крае. В 2023 году здесь было выброшено больше всего вредных веществ в стране [15]. Металлургические заводы Норильска — одного из самых загрязненных городов России — выделяют в атмосферу 1,8 млн т SO₂ в год. С октября 2023 года здесь действует масштабная серная программа, которая предусматривает утилизацию диоксида серы. Также с августа 2023 года в городе работает программа мониторинга качества воздуха. Непрерывный контроль различных параметров его загрязнения ведется во всех районах. Данные агрегируются на единой информационной платформе. Это позволяет своевременно информировать горожан об отклонениях.

Сегодня за кислотностью осадков в России стране наблюдают свыше 100 станций. Также действует система контроля загрязнения снежного покрова. Ученые отслеживают показатель pH, содержание в осадках тяжелых металлов и других загрязнителей [16].

Важную роль в борьбе с кислотными дождями в России играет федеральный проект «Чистый воздух». Снижение выбросов диоксида серы и оксидов азота, модернизация промышленных предприятий и развитие экологически чистого транспорта — основные меры, которые позволят бороться с загрязнениями воздуха и входят в программу проекта.

Решение проблемы кислотных дождей

На конференции ООН по окружающей среде в Стокгольме в 1972 году страны заложили основу международного сотрудничества для решения проблемы кислотных дождей. В 1979 году была принята Женевская конвенция о трансграничном загрязнении воздуха [17]. Этот документ стал первым юридически обязательным международным соглашением по этому вопросу.

Благодаря принятым мерам частота выпадения кислотных осадков в Европе и на востоке Северной Америки сократилась. Если в 1970-80 годы pH дождя на этом континенте мог опуститься до 2,1, то сейчас благодаря принятым мерам максимальная кислотность дождей фиксируется в среднем в 3,7. Всемирная организация здравоохранения также следит за вредными выбросами. В 2021 году ВОЗ выпустила новые рекомендации о контроле за качеством воздуха: в них перечислено допустимое количество вредных веществ в атмосфере [18].

Ответственные компании тоже пытаются снизить вред экологии. Например, в начале 1990-х международная горнодобывающая группа Rio Tinto провела модернизацию медеплавильного завода, расположенного неподалеку от Солт-Лейк-Сити, штат Юта. Чтобы снизить выбросы SO₂, компания, помимо меди, начала производить здесь серную кислоту. Газы с высоким содержанием SO₂ очищаются от примесей, затем диоксид серы окисляется, проходит через ряд химических реакций, и на выходе получается серная кислота, и из нее можно сделать материалы, полезные в производстве. Например, если соединить серную кислоту с карбонатом кальция, получится гипс. За 20 лет завод выпустил более 16 млн т кислоты, а показатель улавливания серы здесь достигает 99,93%.

Чтобы кислотных дождей выпадало меньше, каждый может изменить свои привычки и предпринять меры:

• снизить потребление энергии или при возможности использовать ее альтернативные источники, например, систему солнечного электроснабжения или ветрогенераторы.
• использовать приборы на электричестве, а не топливе, например, электрические газонокосилки и электропилы;
• сократить количество поездок на автомобиле — больше ходить пешком, ездить на велосипеде или использовать общественный транспорт;
• высаживать растения.