Кислотные осадки являются проблемой, которая в случае ее бесконтрольного развития, может вызвать в результате существенные экономические и социальные издержки. Окисление почв и вод – это комплекс причин, исходных условий и следующих один за другим процессов в химической и биологической системах, которые мы обобщенно называем нашей окружающей средой. Часть процессов окисления является природной, но данные изменения кислотности в системах почвы и воды ни по скорости, ни по общему охвату не могут быть сравнены с окислением, ставшим результатом собственной деятельности человека в промышленной и энергетической областях,а также в определенной части современного использования земли.

         После 1950 года произошло очень сильное увеличение выбросов и к в 1960-х годах кислотные дожди определились как проблема в ряде стран Европы и Северной Америки. Появились первые публикации по окружающей среде, которые охватывали крупномасштабные регионы с основными загрязнителями – окислов серы (SO_x) и окислов азота (NO_x) от разработки полезных ископаемых. Которые распространялись на сотни миль от мест разработки ветром, после чего они вымывались из атмосферы дождями, туманами и снегом..В 1968 году Уден опубликовал работу, где он доказал, что осадки над скандинавскими странами постепенно становятся все более кислыми, а также что большие количества окисляющих веществ – сернистые соединения – поступают в виде выбросов из промышленных районов в Центральной Европе и Великобритании. Строго говоря, то, что ветры могут переносить видимые и осязаемые частицы, как например, сажу или песчаную пыль, новостью не было, поскольку такие случаи известны уже давно. В 1755 году было отмечено, что красная песчаная пыль из Сахары достигла Англии, пройдя длинный путь над странами и континентами. В 1881 году ученые в Норвегии утверждали, что загрязнители воздуха, поступившие с ветрами из Англии, явились причиной того, что снег в определенных районах Норвегии принял серую окраску. В 1950 году в Европе можно было чувствовать запах дыма от огромного лесного пожара по другую сторону Атлантического океана, в канадской провинции Альберта.

Превращение серы в атмосфере

          Вдали от промышленных центров решающий вклад в кислотность дождя и снега вносит углекислый газ (80%), на серную и азотную кислоты  приходится лишь 10%. По-иному обстоит дело в небе над индустриальными регионами. Здесь 60% кислотности дает серная кислота, 30% - азотная, 5% - соляная и только 2% - углекислый газ, оставшиеся 3% кислотности порождают другие примеси.

            Об ущербе, наносимом окислением озерам и рекам, сообщается с разных концов света. Больше всего пострадали Швеция, Норвегия, США и Канада но и из ФРГ, Бельгии, Голландии, Дании, Шотландии, ГДР и Югославии поступают сведения о –том, что поверхностные воды начинают окисляться втех районах, где почвы бедны известью.

Наземные экосистемы

         Воздействие кислотных дождей на наземные экосистемы не так четко проявляется. Одной из основных причин этого является то, что почвы по сравнению с водными экосистемами больше забуфферены. Кислотные добавки могут здесь хорошо нейтрализоваться. Кроме того, многие растения произрастают в обычном режиме на почвах с рН 3,8-5,5 и приспособлены к химическому составу почвенных растворов. Большая часть дождей, выпадающих на лесные массивы являются в основном перехваченными листвой, которые на своей поверхности производят химические изменения их состава.Известно,что любая почва содержит алюминий,который в ней в нерастворимой форме.Соединяясь же с кислотным осадкам алюминий высвобождается из сложных почвенных соединений и вымывается водными потоками.

           Леса также подвергаются воздействию кислотных дождей. В середине 70-х годов стали замечать,что заросли норвежской ели начали желтеть и осыпаться.Впоследствии, бедствие разгулялось по всей Европе. В Голландии и Великобритании к 1986 г. около трети деревьев оказались “полностью или умеренно обнаженными” . В ФРГ то же самое случилось с 20%, в Чехословакии и Швейцарии примерно с 16% деревьев.Исследователи определили,что кислые дожди вымывают из почв питательные вещества, высвобождают алюминий, который попадает в корни деревьев. Из почвы вымываются кальций и магний.Диоксид серы прямо повреждает зелень – блокирует устьица на листьях и иголках, мешая фотосинтезу. Для некоторых деревьев ядом служит озон, порождаемый выхлопом автомобилей; особенно он вреден, когда соединяется с диоксидом серы. Уродливо быстро начинают расти ветвт, зато корни усыхают. И вообще многие процессы жизнедеятельности леса нарушаются.

В начало страницы

Все больше азотной кислоты в осадках

              В одном американском исследовании указывалось, что доля серной кислоты в общем количестве кислоты в осадках за десятилетний период ( с середины 60-х годов) уменьшилась с 83 до 66%. Одновременно доля азотной кислоты увеличилась с 15 до 30%. Таким образом, повышенная кислотность осадков может в значительной степени быть объяснена увеличением количества азотной кислоты.Для возможности оценки последствий окисления в почве и воде необходимо также принимать в расчеты сухое осаждение. К сожалению, сведения о его размерах являются немногочисленными и ненадежными. К тому же, при прохождении осадков через слой растительности со многими веществами происходят различные изменения. Как раз для сульфатов и нитратов может произойти резкое изменение распределения при прохождении осадков через кроны деревьев. Как видно, количество сульфатов, достигающих земли в сосновм и еловом лесу, на 50% больше, чем в открытом поле. В районах с высоким сухим осаждением данное количество может быть в 2-3 раза больше. Одновременно при прохождении воды через кроны деревьев отфильтровываются ионы нитратов. Это означает, что “вклад” нитратов в кислотность воды, поступающей в почву в хвойном лесу, составляет только 5-10% доли сульфатов. При этом кислотность сильно возрастае в хвойном лесу, где рН может быть на единицу ниже в каплях под деревьями по сравнению с рН вне крон деревьев. Изменение меньше для лиственных лесов, где рН во многих случая возрастает.

              Таким образом, ”переработка” ионов сульфатов и нитратов происходит в природе по-разному. Это приводит к тому, что влияние нитратов на кислотность почвы и воды, как правило, меньше того, которое указывается величинами, определяющими количество мокрых осаждений.

Способствуют ли нитраты окислению озер?

            Сравнительная оценка роли азотной кислоты в поступлении водородных ионов в поверхностные воды может быть выполнена по-разному.Для бедных питательными веществами, часто чувствительных к окислению озер доля азотной кислоты обычно составляет только малую часть (>5%) общего количества кислоты. Если такие озера имеют маленькие районы притоков, то большую роль играет непосредственное поступление осадков на поверхность озера. Поскольку кислота в осадках приблизительно на 30% состоит из азотной кислоты, ее значение в отношении окисления в таких случаях возрастает.Богатые питательными веществами озера часто окружены богатыми питательными веществами почвами, и поступление в них водородных ионов из окружения является сравнительно небольшим. В результате, соотношение между двумя кислотами будет приблизительно таким же, как в осадках, т.е. 30% азотной кислоты и около 70% серной кислоты. Когда нитратные ионы вымываются из окружающей почвы, с ними следуют не водородные ионы, а ионы кальция, магния и другие положительные ионы. Поэтому общая кислотная нагрузка для богатых питательными веществами озер ниже, чем для бедных питательными веществами озер, и относительно более сильное воздействие, оказываемое азотной кислотой, не является настолько решающим для окисления.

                Поступающие в воду нитратные ионы воспринимаются растительностью в озерах. В результате щелочность повышается и, таким образом, рН понижается во время весенний половодий, а летом снова повышается. Одновременно уменьшается содержание нитратов. С учетом данного процесса оказывается, что результирующее поступление водородных ионов при воздействии азотной кислоты является очень низким в большинстве озерных систем.Если рассматривать положение в течение всего года, то выбросы окислов азота сравнительно мало сказываются на окислении озер. Вопрос заключается в том, играют ли они большую роль в так называемых кислотных толчках, которые преимущественно имеют место весной и осенью. Эти кратковременные, но сильные изменения в водной среде часто являются критическими, например для рыбы. Обычно нитраты составляют большую часть общего потока анионов весной и осенью, когда нитраты не могут эффективно поглащаться растительностью. Поэтому это совпадает с “периодами кислотных толчков”, нитраты могут при этом в течение коротких периодов составлять более чем 30% общего количества поступающей кислоты.

Попытка прогнозирования роли азотной кислоты в окислении озер в ближайшие десятилетия дала следующие результаты:

• Доля нитратов в окислении озер составляет на сегодня в основном менее 10% (исходя из годового расчета). Воздействие нитратов часто является более определяющим при так называемых кислотных толчках.
• При существующей тенденции в отношении осаждений в течение десятилетнего периода нитраты будут играть все более важную роль как “движущая сила”, обеспечивающая поступление водородных ионов в поверхностные воды. Произойдет некоторое усиление кислотных толчков. Однако осаждение сульфатов по-прежнему будет играть главную роль в окислении.

           Если осаждение нитратов удвоится, а осаждение сульфатов при этом останется неизменным или уменьшится, то роль нитратов в окислении поверхностных и грунтовых вод сильно возрастет. Это зависит, во-первых, от того, что растения не будут в состоянии воспринять поступивший азот и, во-вторых, от того, что сульфаты сильнее связываются в почве при повышении ее кислотности

Различные реакции почв в близкой и дальней перспективах

               Осаждение азота связано с поступлением водородных ионов, которые оказывают окисляющее воздействие на почву. Когда растение принимает отрицательно зараженные ионы, то корни выделяют гидроксильные ионы, в результате чего происходит нейтрализация части водородных ионов. Потребность растений в азоте значительно выше, чем в сульфатах. Поэтому основная часть нитратных ионов абсорбируется растениями в вегетационный период, в то время как значительная часть сульфатных ионов либо остается связанной в минеральной почве, либо вымывается.Поскольку нитраты поглащаются в значительно большей степени, чем сульфаты , то окончательное воздействие на окисление почвы будет слабее, если избыток кислоты поступаке в форме азотной кислоты, а не серной кислоты. Поступивший азот прочно удерживается в почвенной системе. Выщелачивание азота в бедных питательными веществами лесных почвах существенно меньше поступления с осадками. Выход нитратов из почв, богатых питательными веществами, может быть значительным, но это зависит от того, что при процессах распада в почве образуются нитраты. Однако большая часть серы мокрого осаждения выходит из почвы. Тем не менее, в большинстве почв образуется запас серы, поскольку поступления за счет сухого осаждения часто являются такими же, как поступления с осадками.

Нитраты постепенно окажут окисляющее действие

             Существующее осаждение азота приводит к увеличению запасов азота в почве – что становится еще более заметным при удобрении почвы. Если денитрификация не будет большой, то произойдет насыщение лесных почв азотом.При этом возникает большая опасность усиленного высвобождения и выщелачивания нитратов из почвы. Следствием этого явится окисление поверхностных и грунтовых вод, поскольку нитратные ионы забирают с собой водородные ионы и растворимые соединения алюминия при прохождении вниз через окисленную почву. Это будет иметь особо ярко выраженный характер в связи со сплошной вырубкой, известкованием, а также сильными паводками весной и осенью. Чем больше имеется аккумулированного ащота, который может быть высвобожден, тем сильнее будет такое воздействие.Опасность сильной нитрификации также возрастет в случае поступления в почву или образования в ней (отмершие корни) содержащих азот соединений. Образующиеся при этом водородные ионы могут вызвать местное окисление и, как следствие этого, высвобождение алюминия и других металлов. Считают, что данный процесс прослужил одной из основных причин гибели ели, что в конце 70-х годов произошло на больших площадях в Германии.

Хотя имелись прогрессивные тенденции в контролировании кислотообразующих осадков в некоторых странах, глобальная угроза от кислых дождей еще не устранена. Действительно, размеры проблемы кислотных дождей быстро увеличиваются в странах Азии, где выпадение двуокиси серы ( Sulfur dioxide –SO₂ ) увеличилось начиная с 1990 года

В современных условиях проблема кислотных дождей становится актуальной в разных развивающихся странах земного шара, особенно в разных частях Азии, и Тихоокеанского региона, где энергетическое использование увеличилось и использование серосодержащих углей и нефти – главных источников кислотных осадков – очень высокие. Установлено, что в 1990 году 34 млн. тонн SO₂ было выделено в азиатском регионе, что на 40% больше, чем в Северной Америке. Уровень кислотных осадков был, в частности, высокий в регионах южного Китая, северо-восточной Индии, Таиланда и республики Кореи, которые находятся около или ниже по направлению ветра от главных урбанизированных и индустриальных центров. Влияние этого фактора уже становится ощутимым в сельскохозяйственном секторе этих стран. Исследователи в Индии установили, что пшеница, растущая около электростанций, где осадки SO₂ были почти в 5 раз больше чем критическая норма, на 49% испытывала поражение в урожае чем пшеница, которая выращивалась вдали на 22 км. В юго-западных регионах Китая, кислотные дожди выпадали на 2/3 всех сельскохозяйственных земель и почти 16% урожая было потеряно в результате этого действия.

Экономическое развитие и продолжающаяся добыча угля способствует увеличению кислотных дождей в Азии по крайней мере в течение будущих двух десятилетий. В 2000 году выпадение SO₂ в Азии будет выше, чем Северной Америке и европе вместе взятых. Об этом свидетельствуют данные Всемирного банка (World Bank projections).