Влияние кислотных осадков на биосферу

   Дальнейшую  озабоченность вызывает то, что в  результате гибели наиболее чувствительных к закислению существ (микроорганизмы почвы, грибы, дубы) в структуре материального и энергетического баланса живых сообществ могут произойти неблагоприятные изменения, и в конечном итоге сам человек также пострадает из-за происходящих при этом необратимых процессов.

   Обрабатываемые  земли (пашни) находятся в несколько  ином положении по сравнению с  естественными лесными системами. Причиной повышения кислотности обрабатываемых земель в первую очередь является широкое применение минеральных удобрений. Например, суперфосфаты содержат несколько процентов свободной серной кислоты. Азотистые удобрения содержат значительные количества нитратов и соединений аммония.

Способность почв к закислению в различных  частях Земли .

   1-высокая; 2-выше средней; 3-средняя; 4-низкая.

   Растения, принимая ион аммония, отдают соответствующее количество ионов водорода в почву, что также ведет к ее закислению. Согласно наблюдениям в Венгрии обрабатываемые земли испытывают стремительное закисление. Частично это объясняется тем, что при уборке растений происходит перенос вещества производительного слоя, из-за чего снижается щелочная среда почвы. Главной же причиной является внесение

минеральных удобрений. Для нейтрализации их воздействия на 1 га нужно внести 300-400 кг карбоната кальция в год, в то время как для нейтрализации воздействия кислотных осадков достаточно около 10 кг карбоната кальция. Таким образом, на интенсивно удобренных территориях кислотные осадки играют только второстепенную роль в закислении почв. Согласно мнению отдельных специалистов, из-за внесения удобрений в Венгрии может начаться закисление почвы в катастрофических размерах. Этого можно избежать только регулярным известкованием почвы, а также путем исключения использования аммонийсодержащих минеральных удобрений.

   Закисление  пресных вод. /Собственно говоря, закисление прёсных вод - это потеря ими способности к нейтрализации. Закисление вызывают сильные кислоты, главным образом серная и азотная. На протяжении длительного периода более важную роль играют сульфаты, но во время эпизодических явлений (например, таяние снега) сульфаты и нитраты действуют совместно. На значительных территориях при повышении определенных значений кислотности осадков поверхностные воды оказываются кислыми. Если почва теряет способность нейтрализовать кислоты, то значение рН может снизиться на 1, 5, а в крайних случаях — даже на 2 или на 3. Частично закисление происходит непосредственно под действием осадков, но в большей мере - за счет веществ, смываемых с территории водного бассейна.

   Изменение рН воды одного из шведских озер. Начиная 60-x годов, кислотность увеличилась почти в 100 раз, т.е. значение рН уменьшилось на 2 (по Ренбергу и Хедбергу) 
 

     Особенно интенсивно происходит  закисление озер в Скандинавских странах и в Канаде. Большинство скандинавских озер имеют гранитное или бедное известняками ложе. Такие озера обладают гораздо меньшей способностью к нейтрализации кислот, чем озера, расположенные на территориях, богатых известняком. Это связано с тем, что из известняковых почв выделяется ион гидрокарбоната, который обеспечивает щелочную среду и, следовательно, способность к нейтрализации кислот. Такая же ситуация сложилась и у большинства озер в Венгрии. Например, рН воды в оз. Бала-тон больше 8. Поскольку в химии атмосферы для нейтральной среды принято значение рН = 5, 6, то воду этого озера следует отнести к щелочной.

   Процесс закисления поверхностных вод состоит  из трех фаз.

   1. Убыль ионов гидрокарбоната, т.е.  уменьшение способности к нейтрализации при неизменяющемся значении рН.

   2. Уменьшение рН при уменьшении  количества ионов гидрокарбоната. Значение рН тогда падает ниже 5, 5. Наиболее чувствительные виды живых организмов начинают погибать уже при рН = 6, 5 (рис. 25).

   3. При рН = 4, 5 кислотность раствора  стабилизируется. В этих условиях  кислотность раствора регулируется  реакцией гидролиза соединений  алюминия. В такой среде способны жить только немногие виды насекомых, растительный и животный планктон, а также белые водоросли. 

   Многие  виды животных и растений начинают гибнуть уже при зачениях рН < 6. При рН < 5 не обеспечиваются условия  для нормальной жизни (по данным SNV).

   Гибель  живых существ помимо действия сильноядовитого  иона алюминия может быть вызвана  и другими причинами. Под воздействием иона водорода, например, выделяются кадмий, цинк, свинец, марганец, а также другие ядовитые тяжелые металлы. Количество растительных питательных веществ, например, фосфора, начинает уменьшаться, так как в растворе ион алюминия образует с ионом ортофосфата нерастворимый фосфат алюминия:

    ,

который осаждается в форме донного осадка. Гибель водных живых сообществ может приводить к за-кислению и выделению тяжелых металлов, а также к нарушению экологического равновесия. Уменьшение рН воды идет параллельно с сокращением популяций или гибелью рыб, 
 

   Чувствительность  водных организмов к снижению рН в  пресных водах. 

земноводных, фито- и зоопланктона, а также  множества прочих живых организмов. Можно заметить характерные различия (во флоре и фауне) озер, вода которых  имеет близкий состав питательных веществ и ионов, но различную кислотность. До определенных пределов млекопитающие, в том числе и человек, защищены от вредного влияния кислотности, однако в организмах водных животных накапливаются ядовитые тяжелые металлы, которые могут попасть в пищевую цепочку. Наибольших масштабов достигло закисление озер и рек в Швеции, Норвегии, США, Канаде, но этот процесс уже начал распространяться в Дании, Бельгии, Голландии, ФРГ, ГДР, Шотландии и Югославии.

   Изучение 5000 озер южной Норвегии показало, что  в 1750 из них исчезли популяции  рыб, а 900 другим озерам угрожает серьезная опасность. Гибель рыбы из-за постоянного выпадения кислотных осадков продолжается.

   В южной и средней Швеции отмечены потери рыбы в 2500 озерах, то же самое  предполагается еще в 6500 озерах, где  обнаружены признаки закисления. Почти  в 18 000 озерах рН воды меньше 5, 5, что неблагоприятно влияет на популяцию рыб. В Канаде и северной части США существуют аналогичные проблемы. В Онтарио приблизительно 50 тыс. озер, имеющих гранитное ложе, подвержены относительно сильному действию соединений серы. В Квебеке чувствительные к загрязнениям территории распространены еще больше. На основании скандинавского опыта ожидается, что в будущем эти озера начнут закисляться. В северной части США уже подмечено сокращение популяции лосося приблизительно в 100 озерах. Проблем, связанных с закислением поверхностных вод, в Венгрии, к счастью, не возникает, поскольку в этих водах имеется большое содержание карбонатов и гидрокарбонатов, которые обеспечивают способность нейтрализовать кислоты. Проведенные в различных водах исследования по нагрузке и расчеты на моделях показывают, что воды венгерских рек и озер в большинстве своем способны выдерживать на протяжении долгого времени даже возросшие нагрузки. Исключением являются только некоторые водохранилища, вода которых химически нейтральна, а следовательно, способность их к выравниванию кислотности относительно мала 

Непосредственные (прямые) воздействия. Гибель растений.

   Непосредственная  гибель растений в наибольшей степени  ощущается вблизи от выбросов загрязнений, в радиусе некольких десятков километров от их источника. Главной причиной является высокая концентрация двуокиси серы. Это соединение адсорбируется на поверхности растения, в основном на его листьях, и оказывает на него вредное влияние. Двуокись серы, проникая в организм растения, принимает участие в различных окислительных процессах. Эти процессы протекают с участием свободных радикалов, образованных из двуокиси серы в результате химических реакций. Они окисляют ненасыщенные жирные кислоты мембран, тем самым изменяя их проницаемость, что в дальнейшем отрицательно влияет на многие процессы (дыхание, фотосинтез и др.).

   Непосредственные  воздействия на растения могут принимать различные формы: 1) генетические изменения; 2) видовые изменения; 3)нанесение прямого вреда растительности. Естественно, в зависимости от чувствительности вида и размеров нагрузки масштаб воздействия может простираться от восполнимого (обратимого) ущерба до полной гибели растения.

   В первую очередь погибают наиболее чувствительные виды, например, отдельные лишайники, которые могут сохраниться только в самой чистой среде, поэтому их считают "индикаторами" чистого воздуха. Обычно в сильнозагрязненных местах образуется "лишайная пустыня". В современном городе она существует уже при средней концентрации двуокиси серы 100 мкг/м". Во внутренних его районах лишайник вообще отсутствует, а на окраинах его можно встретить очень редко. Впрочем, существуют также виды лишайника, хорошо переносящие нагрузки двуокиси серы, поэтому отдельные сопротивляющиеся виды иногда занимают место погибших видов лишайника.

   Однако  кислотные атмосферные соединения, естественно, могут также оказывать  прямое вредное воздействие и  на растения более высокого класса. Непосредственный вред, приносимый двуокисью серы, зависит от многих факторов — местного климата, вида деревьев, состояния почвы, способов обработки леса, рН влажных осадков и др. Опасный уровень атмосферной двуокиси серы оказался гораздо ниже, чем считалось раньше, так как определенные физиологические и биохимические изменения могут происходить без каких-либо признаков гибели. Однако эта опасная граница становится еще ниже при воздействии двуокиси азота, озона, кислотного дождя и т.д.

   Роль  двуокиси серы в гибели лесов, таким  образом, можно считать доказанной. Также доказано вредное влияние влажных кислотных осадков на рост деревьев. Однако эти осадки в первую очередь влияют косвенно — через почву и корневую систему. В наибольшей степени непосредственная гибель растений наблюдается в районах с сильнозагрязненным воздухом, например, в Средней Европе. Масштабы гибели растений и повышенные концентрации двуокиси серы в Европе распространены примерно одинаково. Сухие осадки, содержащие двуокись серы, уже атаковали леса Чехословакии, Польши и ГДР. Возможно, самый значительный ущерб причинен ФРГ, где треть всех лесов наполовину погибла. Однако считается, что на упомянутых территориях гибель леса связана не столько с двуокисью серы, сколько с оксидами азота, которые образуются из выхлопов автомобилей. Оксиды азота под воздействием солнечных лучей выделяют озон. Озон с оксидами азота, а также частично с углеводородами, поступающими в атмосферу не только с выхлопными газами, но и из других источников, образует весьма агрессивное вещество PAN (пероксиацетилнитрат).

   Трудно  решить, кто же несет непосредственную ответственность за гибель леса — двуокись серы или оксиды азота. Кажется достаточно вероятным, что вредное воздействие оказывают совместно все агрессивные кислотные вещества, загрязняющие воздух. Многие также придерживаются мнения, что при совместном воздействии вредных веществ влияние каждого из них еще больше усиливается (синергизм).

   Прямое  разрушение растительности кислотными атмосферными веществами происходит и в Венгрии, хотя и в меньших масштабах, чем в Средней Европе. Действие двуокиси серы в Венгрии имеет широкий диапазон, начиная с трудно контролируемого снижения урожайности и кончая гибелью растительности.

   Здесь, как и в других районах мира, более всего чувствительны к прямому загрязнению хвойные деревья, так как хвоя подвержена воздействию загрязняющих веществ на протяжении нескольких лет в отличие от деревьев, сбрасывающих листву. Самые чувствительные породы — это ель, лиственница и пихта. Однако многие деревья, сбрасывающие листву, также с трудом переносят прямые воздействия вредных веществ (например, бук, граб).

   Необходимо  подчеркнуть, что упомянутая здесь  непосредственная гибель растений и косвенные воздействия на них не могут быть отделены друг от друга, так как обычно эти процессы происходят одновременно, и в зависимости от обстоятельств доминирует какой-либо из них. В любом случае, естественно, вредные воздействия дополняют и усиливают друг друга. 

   Следует упомянуть, что наряду с так называемыми  небиотическими воздействиями гибели леса содействуют и биотические факторы. К ним относятся, например, некоторые грибы и насекомые (гриб Ceratocystis, лист Ожорка). Иногда вредное влияние приписывают только биотическим факторам, иногда, наоборот, только небиотическим. Наиболее вероятным кажется мнение, согласно которому небиотические факторы, т.е. факторы окружающей среды, ослабляют растения, которые в меньшей степени могут сопротивляться биотическими воздействиям, и, таким образом, эти воздействия проявляются совместно. 

   Прямые  воздействия на человека.

   Естественно, атмосферные кислотные микроэлементы не щадят и человека. Однако здесь речь идет уже не только о кислотных дождях, но и о том вреде, который приносят кислотные вещества (двуокись серы, двуокись азота, кислотные аэрозольные частицы) при дыхании.

   Уже давно установлено, что существует тесная зависимость между уровнем смертности и степенью загрязнения района. При концентрации около 1 мг/м³ возрастает число смертельных случаев, в первую очередь среди людей старшего поколения и лиц, страдающих заболеваниями дыхательных путей. Статистические данные показали, что такое серьезное заболевание, как ложный круп, требующее моментального вмешательства врача и распространенное среди детей, возникает по этой же причине. То же самое можно сказать и о ранней смертности новорожденных в Европе и Северной Америке, которая ежегодно исчисляется несколькими десятками тысяч.