Химия загрязненной атмосферы городов. Разрушение металлов, облицовки зданий, стекол. Проблема гибели лесов

Кислотообразующие вещества в атмосфере представлены в основном оксидами серы (SO2) и азота (NO, NO2), которые поступают как из природных, так и из антропогенных источников. Природными источниками диоксида серы являются вулканическая деятельность, а также окисление сероводорода, поступающего в атмосферу как при извержении вулканов, так и из биологических источников. Также из естественных биологических источников в атмосферу поступают оксиды азота.

Антропогенное поступление оксидов серы в атмосферу связано со сжиганием топлива, прежде всего каменного угля, содержащего до нескольких процентов серы. Источниками образования SO2 также являются металлургическая промышленность (переработка сульфидных руд меди, свинца и цинка), а также предприятия по производству серной кислоты и переработке нефти.

Диоксид серы в атмосфере претерпевает химические превращения.

Под действием солнечного излучения в газовой фазе происходит его окисление в триоксид серы (SO3), который, растворяясь в частицах атмосферной воды, образует серную кислоту. Окисление происходит также в жидкой фазе после абсорбции SO2 в каплях атмосферной влаги либо в твердой фазе после адсорбции на частицах оксидов металлов.

Антропогенное загрязнение атмосферы оксидами азота связано со сжиганием всех видов природного топлива, выбросом выхлопных газов автомобильного транспорта и с газовыми выбросами предприятий химической промышленности.

При сжигании топлива на предприятиях теплоэнергетического комплекса и при работе двигателей внутреннего сгорания в результате взаимодействия при высоких температурах кислорода и азота, содержащихся в воздухе, используемом для сжигания топлива, образуется монооксид азота NO. Это соединение легко окисляется, реагируя с кислородом, до диоксида азота NO2, дальнейшее окисление которого во влажной атмосфере приводит к образованию азотной кислоты.

Образующиеся в результате химических превращений в атмосфере оксидов серы и азота сильные кислоты – серная и азотная – являются причиной образования кислотных атмосферных осадков: кислотных дождей, снега, тумана. Поскольку кислоты и кислотные оксиды могут выпадать из атмосферы и в результате сухой седиментации, сами по себе или с частицами пыли, сухие кислотные отложения на поверхности растений при выпадении росы, растворяясь в небольшом количестве воды, также делают ее кислотной.

Кислотные осадки оказывают негативное влияние на наземные и водные экосистемы, которое заключается как в прямом воздействии на организмы (например, разрушение воскового покрова листьев растений, что делает их доступными для болезнетворных микроорганизмов), так и косвенном, через влияние на среду обитания.

Кислотные осадки приводят к разрушению зданий, металлических конструкций. Под действием кислот происходит разрушение карбонатных строительных материалов (известняк, мрамор). Эти материалы разрушаются естественным путем уже при рН 8,6 – 6,2 под действием атмосферной влаги, содержащей CO2:

СаСО3 + СO2 + H2O ↔Ca2+ + 2HСO3

При воздействии кислотных осадков происходит необратимое растворение карбонатов:

СаСО3 + Н2SO4 + H2O → CaSO4

. 2H2O + CO2

Из бетона и других минеральных строительных материалов, а также стекол под действием атмосферных осадков с пониженным рН выщелачиваются не только карбонаты, но и силикаты. Если рН осадков достигает значений 4,5 – 3,0, начинают вымываться из кристаллической решетки ионы алюминия.

Кислотные осадки усиливают коррозию изделий из железа и других металлов, приводят к разрушению резины и иных материалов.

Диоксид серы и другие ее соединения раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательных путей, приводят к возникновению хронического гастрита, бронхита, ларингита, рака легких.

Для предупреждения опасного воздействия кислотных осадков на экосистемы и антропогенные сооружения необходимо добиваться снижения выбросов в атмосферу оксидов серы и азота.

Заметный рост концентрации диоксида углерода в атмосферном воздухе начался в конце XVIII в. Увеличение содержания углекислого газа было связано вначале с вырубкой лесов, затем основной вклад стало вносить сжигание ископаемого топлива. При сравнении состава современного воздуха с пробами 200-летней давности, взятыми в полостях арктических и антарктических льдов, было установлено, что за последние два века содержание CO2 повысилось от 280 до 330 – 340 млн-1.

По существующим оценкам, в настоящее время от сжигания различных видов топлива в атмосферу поступает более 0,7 % общего количества атмосферного CO2, или более 10 %, количества СО2, потребляемого на синтез биомассы растений. Темпы роста промышленного выделения углекислого газа оцениваются в 3,5 % в год.

Наряду со сжиганием природного топлива к увеличению поступления углекислого газа в атмосферу приводит дегумификация почв в результате интенсивной обработки земли и создания новых пашен, а также продолжающееся сведение лесов, особенно ликвидация тропической растительности. Эти процессы в значительной мере способствуют нарушению равновесия между связыванием и выделением диоксида углерода, хотя их вклад в увеличение концентрации CO2 в атмосфере количественно не установлен.