В 1987 г. на международной встрече в Монреале 98 стран
заключили соглашение (Монреальский протокол) о постепенном
прекращении производства ХФУ и запрещении выбросов
их в атмосферу. В 1990 г. на новой встрече в Лондоне ограничения
были ужесточены — около 60 стран подписали дополнительный
протокол с требованием полностью прекратить производство
ХФУ к 2000 г.
В связи с тем что подобные ограничения затрагивали экономические
интересы стран, был организован специальный
фонд для помощи развивающимся странам по выполнению
1 Талоны — бромфторуглероды (CFgBr; CF2BrCl; C2F4Br2), использующиеся
в огнетушителях, а также в некоторых видах военной техники,
из-за чего информация о них крайне ограничена. Отличаются в несколько
раз большей озоноразрушающей способностью, хотя используются
в относительно малых количествах.
392 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ
требований Протокола. В частности, благодаря Индии было
достигнуто отдельное соглашение о передаче этим странам передовых
технологий для самостоятельного производства заменителей
хлорфторуглеродов.
В нашей стране в мае 1995 г. принято постановление Правительства
РФ № 526 «О первоочередных мерах по выполнению
Венской конвенции об охране озонового слоя и Монреальского
протокола по веществам, разрушающим озоновый слой»,
а в мае 1996 г. — постановление Правительства РФ № 563
«О регулировании ввоза в Российскую Федерацию и вывоза из
Российской Федерации озоноразрушающих веществ и содержащей
их продукции».
К сожалению, расчеты показывают, что даже при успешном
выполнении принятого графика реализации достигнутых
соглашений содержание хлора в атмосфере вернется к уровню
1986 г. (когда впервые было выявлено антропогенное воздействие
на озоновый слой) только лишь в 2030 г. Причина этого —
миграция фреонов, уже попавших в атмосферу из ее нижних
слоев в более высокие и большое время их «жизни» в природных
условиях.
9.1.1.3. Кислотные осадки
При нормальном природном составе воздуха обычная
дождевая вода имеет слабокислую реакцию (рН = 5,5... 5,6),
что связано с хорошей растворимостью в ней С02 и образованием
слабой угольной кислоты по реакции С02 + Н2 0 => Н2С03 —>
—> НС03 + Н+, а также с присутствием в атмосфере оксидов
серы и азота либо хлористого водорода природного происхождения.
Однако физический захват (прилипание с возможным последующим
растворением, абсорбция или адсорбция) оседающими
частицами воды (осадками) различных химических веществ,
присутствующих в атмосферном воздухе в избыточном
количестве (преимущественно вследствие антропогенного происхождения),
часто приводит к увеличению кислотности
(уменьшению значения водородного показателя рН ниже 5,5),
т. е. к образованию так называемых «кислотных» (или «кислых
») осадков — дождя, тумана, росы, града, снега (рис. 9.7).
Известен также «синдром кислотных частиц», при котором
наблюдается оседание твердых частиц сульфатов Mex(S04) ,
Me(HS04) или нитратов Me(N03) при отсутствии влаги с даль-
Увеличение кислотности Увеличение щелочности
Рекордно кислый ливень в Уиллинге (США, 1978)
Ливень в Питлочри (Шотландия, 1974)
Ливень в Баварском лесу (Германия, 1981)
Германии (1980—1990)
Выживают не чувствительные
к кислотному загрязнению
насекомые
Щелочь
(раствор)
14 рН
Сода
(раствор)
Соляная Яблоко Сок Молоко Пресная Мыльные
кислота Лимон томатный вода растворы
Аккумуляторная Обычный Кровь Морская
кислота дождь человека вода
Рис. 9.7. Ориентировочная кислотность дождевой воды, воды и различных веществ, выраженная в единицах рН
394 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ
нейшим их растворением в воде на непосредственно подстилающей
поверхности с образованием кислот.
Основная причина образования и выпадения кислотных
осадков (зачастую неточно называемых «кислотными дождями
») — наличие в атмосфере оксидов серы и азота, хлористого
водорода и иных кислотообразующих соединений. Считается,
что преимущественно снижение величины рН вызвано выбросом
в атмосферу серосодержащих загрязнений (-2/3) и соединений,
содержащих азот (-1/3). Присутствие в воздухе заметного
количества, например, аммиака или ионов кальция (Са2+)
приводит к выпадению не кислых, а щелочных осадков. Однако
их также принято называть кислотными, ибо они имеют
«нестандартную» кислотность и при попадании на почву или
в водоем соответственно меняют кислотность последних.
Диоксид серы S02 образуется в больших количествах при
сжигании природных органических топлив (табл. 9.3). Среднее
время жизни S02 в атмосфере составляет четверо суток.
В воздухе он подвержен фотохимическим (под действием солнечного
света) превращениям и дальнейшему окислению с образованием
триоксида серы S03 , гораздо более вредного для
окружающей природной среды, чем исходный диоксид.
Таблица 9.3
Количество выбросов и источники образования
атмосферных соединений серы
Источники
Природные:
процессы разрушения биосферы
вулканическая деятельность
поверхность океанов
Антропогенные
ВСЕГО
Количество выбросов в год
млн т
30—40
2
50—200*
60—70
92—112
%
29—39
2
59—69
100
Сульфаты в частицах соли над океанами. Из-за больших размеров
они оседают и быстро возвращаются в океан, и лишь ничтожная доля серы
попадает в верхние слои атмосферы или рассеивается над сушей. Кроме
того, из сульфатов морского происхождения в воздухе не может образовываться
серная кислота, поэтому для кислотных осадков они не существенны.
9.1. Антропогенное воздействие на биосферу 395
Соединяясь с парами воды, находящимися в воздухе, S03
образует серную кислоту H2S04 . Наибольшая кислотность наблюдается
непосредственно после начала выпадения дождя или
снега. В этот момент кислотность может быть значительно выше
средней, но в процессе выпадения происходит самоочищение
атмосферы и рН приближается к нормальному значению.
Считается, что среди кислотных осадков наиболее сильной
кислой реакцией отличаются кислотные туманы. Так, в Гамбурге
однажды была зафиксирована кислотность тумана (рН < 2)
более высокая, чем у лимонного сока (рН = 2,3).
Явление «кислотности дождей» было впервые точно описано
еще в середине XIX в. Дж. Смитом, предложившим соответствующий
термин по результатам изучения химизма осадков
в районе г. Манчестера (Англия). Во второй половине XX в. пропорционально
растущим количествам выбросов оксидов серы
и азота возросла и значимость последствий кислотных дождей,
а в 70—80-е годы в промышленных регионах создалась ситуация,
близкая к экологической катастрофе.
Антропогенные выбросы соединений серы и азота характерны
практически для любого вида индустриальной деятельности,
а их абсолютные потоки в конце XX в. стали сопоставимы
с соответствующими геохимическими потоками, иногда
даже (на региональном уровне) превышая их (табл. 9.3).
Основной источник оксидов серы — современная энергетика
(теплоэлектростанции, работающие прежде всего на угле),
а для оксидов азота — также и транспорт (рис. 9.8). По существующим
оценкам около половины всей серы, поступающей
в атмосферу с выбросами типичной электростанции, удаляется
из атмосферы с осадками.
Кислотные осадки ускоряют процессы коррозии металлов,
разрушения зданий, сооружений. Установлено, что в промышленных
районах сталь ржавеет в 20 раз, а алюминий разрушается
в 100 раз быстрее, чем в сельских районах. Многочисленны
примеры начавшегося с середины XX в. разрушения памятников
истории и культуры, изготовленных из природных
минералов (мрамора, известняка и других, имеющих в своем
составе СаС03 и MgC03).
Кислотные осадки представляют для человека опасность как
при косвенном воздействии (путем изменения объектов окружающей
среды), так и при непосредственном контакте. В середине
XX в. произошла одна из первых масштабных экологических
трагедий, истинная причина которой была достоверно зафиксирована
— в Лондоне около 4 тыс. человек погибло от смеси
396 Глава 9. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ
Рис. 9.8. Схема образования кислотных осадков и их многообразного
воздействия на экосистемы (по Б. Небелу)
тумана с дымом — смога (от англ. smoke — дым и fog — туман).
Эта наиболее крупная из известных до сих пор катастроф, связанных
с загрязнением воздуха, которая унесла столько же жизней,
сколько и последняя эпидемия холеры в 1866 г. 5 декабря
1952 г. почти над всей Англией возникла и сохранялась несколько
дней подряд зона высокого давления и безветрия, сопровождавшаяся
столь известным для этих мест густым туманом.
В результате в воздухе возникла температурная инверсия, нарушившая
нормальную вертикальную циркуляцию в атмосфере.