12.10 Кислотні атмосферні опади
Основними природними механізмами вилучення з атмосфери оксидів азоту та діоксиду сірки є їх зв'язування з водяною парою та випадіння у складі атмосферних опадів. Це цілком природний процес, завдяки якому відбувається повернення до наземних та водних екосистем сполук сірки та азоту. Проте, антропогенне забруднення тропосфери призвело до значного підвищення у повітрі цих оксидів, що викликало підвищення кислотності атмосферної вологи завдяки утворенню аерозолів сірчаної та азотної кислоти. У зв'язку з нетривалим періодом існування в атмосфері даних забруднювачів, їх швидким вимиванням атмосферною вологою, можливе локальне підвищення кислотності атмосферними опадами.
Кислотні дощі стали першою глобальною екологічною проблемою у 1970-х роках. Хоча термін «кислотний дощ» був введений вперше у 1872 р. Робертом Смітом у книзі «Повітря і дощ: початок хімічної кліматології», де він розглядав підвищення кислотності опадів під час смогу у Манчестері. З того часу кислотні дощі стали глобальною проблемою, яка, навіть, призводить до міжнародних конфліктів.
Якщо до середини 20-го ст. проблема кислотних опадів мала локальний або регіональний характер, то з початком будівництва високих та надвисоких труб промислових підприємств, проблема вийшла за межі окремих країн та набула глобального характеру. Наприклад, труба висотою 100 м забезпечує розсіювання забруднювачів у радіусі 20 км, а висотою 250 м - у радіусі 75 км. Найвищою димовою трубою обладнана Екібастуська ГРЕС-2 (Казахстан) висотою 420 м. Як результат, перевищення нормативів забруднення атмосферного повітря не відбувається. Проте, забруднювачі не зникають з довкілля. Більш того, за умов наявності таких надвисоких труб виробники можуть не скорочувати обсяги викидів та не застосовувати сучасні засоби очистки викидів. Тому в більшості розвинутих країн застосовують обмеження будівництва таких споруд (див. докладніше).
Найвища димова труба у світі: Екібастузська ГРЕС-2. Висота 420 м.
Завдяки особливостям руху повітряних мас, забруднені викиди переносяться на північ та у передгірські райони. В результаті країни Європи діляться на експортерів та імпортерів кислотних опадів: експортери: Данія, Нідерланди, Бельгія, Великобританія, Німеччина, Франція.
Імпортери: Норвегія, Швеція, Фінляндія, Австрія, Швейцарія. Ситуація ускладнюється тим, що грунти цих регіонів і без того характеризуються підвищеною кислотністю. А озера мають слабомінералізовані води, що не мають достатньої буферної ємкості, щоб протистояти зниженню водневого показника рН при надходженні кислотних опадів.
Механізм формування кислотних дощів та розташування на території Європи джерел викидів діоксиду сірки та районів випадіння кислотних опадів
Наслідки для довкілля
Вплив на грунти. Надходження кислих опадів до грунтів призводить до підкислення грунтового розчину, що збільшує рухливість та вимивання деяких хімічних елементів. Зокрема, такі зазвичай міцно зв'язані з грунтовими частками метали, як алюміній та марганець переходять у іонну форму та стають доступними для рослин. Можливе накопичення токсичної кількості таких хімічних елементів у сільськогосподарських культурах, що зменшує їх продуктивність та створює загрозу отруєння тварин. З іншого боку грунти втрачають дефіцитні елементи шляхом вимивання водою (молібден, кобальт, магній).
Кислотність грунтового розчину є важливим фактором існування угруповань грунтових мікроорганізмів. Грунти поблизу промислових районів стають практично стерильними, що викликає порушення грунтотворчих процесів, зокрема - мікробної мінералізації органічних решток живих організмів (наприклад, листовий опад розкладається у приміських лісах значно повільніше).
Вплив на рослинність. Окрім опосередкованої дії кислотних дощів на рослини через зміни грунтових умов, яскраво вираженим є пряме пошкодження рослин (особливо голонасінних). Кислі розчини вимивають кальцій з листків, вилучають іони магнію з молекули хлорофілу. Відбувається безпосередня інтоксикація рослин. Найбільше страждають від кислотних опадів ялинові ліси Скандинавії.
Вплив на водні екосистеми. Перші негативні ефекти кислотних опадів були виявлені у скандинавських річках та озерах. Протягом 50-60-х років рН води в них стрімко знизився до 4.0, що призвело до припинення нормального розвитку лососевих риб, вилов яких є важливою складовою економіки Північноєвропейських країн. Спроби штучного вапнування озер виявилися дорогвартісними і давали неоднозначні результати (Henrikson, Brodin, 1995). Кислотні атмосферні опади, наряду зі збільшення концентрації розчиненого вуглекислого газу, можуть бути одним з механізмів сучасної ацидофіікації Світового океану.
Вплив на людину. Підвищення кислотності грунту призводить до накопичення деяких хімічних елементів у сільськогосподарській продукції, що стають доступними для рослин. Зокрема це є одною з причин збільшення частоти захворювання та помолодшення невиліковної хвороби Альцгеймера внаслідок збільшення надзодження до організму людини алюмінію. Діоксид сірки та сірчана кислота атмосферних опадів є одними з основних чинників виникнення смогу Лондонського типу, на рахунку якого десятки тисяч смертей. Підвищена кислотність опадів викликає швидке руйнування металічних та кам'яних конструкції. Зокрема більшість скульптур і будинків у Римі, Венеції та інших європейських містах за кілька останніх десятиліть одержали значно більші ушкодження, ніж за весь попередній час існування.
Приклад руйнування скульптури у Німеччині за 60 років пі дією кислотних опадів
Під впливом тиску урядів скандинавських країн у 1979 р. було прийнято міжнародний договір «Конвенція про транскордонне забруднення повітря на великі відстані», яку Україна підписала у 1999 р., але й досі не ратифікувала. У 1985 р. у Хельсинки 20 держав Європи та Канада підписали протокол щодо 30% зниження викидів оксидів сірки та азоту. Як результат кількість кислотних опадів знизилася на 90%. У Північній Америці з 1980-х років тягнеться повільний конфлікт між Канадою та США (США – експортер, Канада - імпортер). Внаслідок прийнятих зусиль вділося значно скоротити викиди кислотних газів (головним чином - діоксиду сірки) у північній півкулі. Це призвело до відчутної нормалізації кислотності води в озерах Скандинавії.
Нормалізація рН води в озерах Швеції. Показано частку перевищення нормального рівня