12.5 Діоксид сірки (SО2)
На даний момент, це єдиний з пріоритетних забруднювачів атмосферного повітря, антропогенна емісія якого значно (у 5-7 разів) перевищує обсяги природних джерел.
Основні природні джерела:
1. Вулканічна діяльність.
2. Пожежі (лісові, торфові, вугільні).
3. Мікробіологічні процеси окислення сірки.
4. Морські бризки та піна.
Основні антропогенні джерела:
1. Використання сірковмісного палива (вугілля, нафта).
2. Переробка сульфідних руд (поліметалічні Ni, Со, Cu, Zn, Pb, Мо, Bi, Sb та Hg)
3. Хімічні процеси (синтез сірчаної кислоти, сульфокислот).
Основні антропогенні джерела емісії діоксиду сірки
Середній час існування молекули сірчаного газу в атмосфері – 2 тижні. Тому цей газ не переноситься на значні відстані. Проте можливе локальне підвищення його концентрації, а місця йог викиду можна чітко ідентифікувати. Як можна бачити, основними районами викидів діоксиду сірки є великі промислові центри.
Основні райони надходження діоксиду сірки відповідають великим промисловим центрам
Основним природним механізмом вилучення діоксиду сірки з повітря є його окислення до сірчаного ангідриду з подальшим утворенням сірчаної кислоти. Реакція окислення значно пришвидшується за дії довогохвильовго ультрафіолету.
SO2 +O2 →uv 320-390 нм→ SO4•
2SO4• → SO3+O2
Важливою також є реакція окислення озоном:
SO2 + О3 → SO3 + О2
Взаємодія з водяною парою призводить до утворення сірчистої кислоти:
2SO3 + 2Н2О → 2Н2SO3+O2
Сірчиста кислота під дією озону або іонів важких металів окислюється до сірчаної, яка вимивається атмосферними опадами.
Крім того діоксид сірки здатний безпосередньо зв’язуватися з вапняками, бетоном, металами, що призводить до його вилучення з атмосферного повітря, минаючи стадії утворення сірчаного ангідриду – так зване «сухе осадження». Цей процес є основною причиною руйнування історичних споруд та статуй у великих європейських містах.
Небезпека для живих організмів
При перевищенні порогу 0,5 мг/м3 діоксид сірки призводить до відчутного подразнення слизових оболонок очей та верхніх дихальних шляхів. Він легко окислюється на слизових оболонках та у альвеолах до сірчаної кислоти, яка руйнує сурфактант, легко проникає у кров, знижуючи рН плазми та сечі. ГДКср для діоксиду сірки встановлено на рівні 0,05 мг/м3. Діоксид сірки є одним з основних чинників формування смогу Лондонського типу.
Сірчаний газ на рослини діє двома шляхами: безпосередньо через листя та опосередковано через грунт. Клітини рослин значно чутливіші до іонів SO3(2-), ніж до SO4(2-). Основним механізмом ураження є пошкодження мембран внаслідок перекисного окислення ліпідів та руйнування хлорофілу (утворюється феофітин). Характерне пошкодження рослин – пожовтіння листкової пластинки між жилками. Найбільш чутливими до дії діоксиду сірки є хвойні рослини. Тому стан їх хвої використовують для біомоніторингу забруднення міського повітря.
Ознаки ураження листя SO2
Іншим важливим механізмом ушкодження рослин є опосередкований вплив в результаті підкислення грунтових вод. Крім негативного впливу кислих грунтів, це призводить до збільшення доступності токсичних для рослин хімічних елементів та їх накопичення у вегетативній масі. Також підкислення грунту змінює склад його мікро- та мікофлори. Збільшення рухливості хімічних елементів викликає вимивання дефіцитних мікроелементів.
Небезпека для довкілля
Діоксид сірки є одним з основних чинників утворення небезпечного екологічного явища – кислотних дощів. Також діоксид сірки має важливий вплив на клімат планети через утворення сульфатних аерозолів. Завдяки білим сульфатним аерозолям у верхніх шарах тропосфери частина сонячної енергії відбивається і не досягає поверхні Землі. Саме цим процесом пояснюють охолодження атмосфери після великих вулканічних вивержень. Одним з основних механізмів появи «паузи» в глобальному потеплінні протягом 2007-2014 рр. вважають компенсаторний вплив сульфатних аерозолів та інших пилових часток. За приблизними оцінками, вивільнення 1 млн. т. діоксиду сірки призводить до охолодження тропосфери на 0,02оС.
Існує й альтернативна точка зору, за якою діоксид сірки (точніше, його відсутність) опосередковано причетний до сучасного глобального потепління тропосфери (див. докладніше Ward, 2009). Основним чинником є швидке зменшення антропогенної емісії діоксиду сірки починаючи з 1970-х років, що призвело до збільшення її прозорості. Так, якщо сумарні викиди людства SO2 у 1972 р. оцінюються у 131 млн. т., то у 2010 р. вони скоротилися не менше ніж на 29 млн. т. Завдяки цьому зростання температури тропосфери оцінюється не менше, ніж 0,6 оС.
Охорона атмосферного повітря від забруднення діоксидом сірки
Зниження антропогенних викидів оксидів сірки за останні 40 років стало можливим завдяки зусиллям низки міжнародних організацій, зокрема – Всесвітнього банку, в результаті чого було укладено кілька міжнародних угод, спрямованих на зменшення викидів діоксиду сірки. У 1976 р. з ініціативи урядів країн Північної Європи та Скандинавії (територія яких найбільше страждає від кислотних дощів) було запропоновано Європейську конвенцію про транскордонне забруднення повітря сполуками сірки та іншими оксидами (Гетеборзький протокол, 1999). Також діє ряд європейських директив, що обмежують використання палива з високим вмістом сірки. Все це дозволило суттєво скоротити глобальні обсяги викидів діоксиду сірки, особливо в Європі та Північній Америці.
Динаміка викидів діоксиду сірки по окремих регіонах