Откуда берутся кислотные дожди? Необычные дожди из лягушек и т.д.?

Предмет: Физика
Тип работы: Реферат
Язык: Русский
Дата добавления: 26.09.2019

 

 

 

 

 

  • Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
  • Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

Много готовых рефератов по физике

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Почему уходящие вдаль рельсы сходятся?
Почему на Солнце бывают пятна?
Как нужно трогаться автомобилю на скользкой дороге?
Почему лед прозрачный, а снег белый?


Введение:

Интенсификация человеческой деятельности в прошлом веке привела к значительному нарушению баланса, который сложился в природе, в результате чего возникло много проблем, связанных с защитой окружающей среды.

Среди очень серьезных проблем экологического плана наибольшую обеспокоенность вызывает растущее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями антропогенной природы. Атмосферный воздух является основной средой для деятельности биосферы, в том числе человека. По приблизительным данным, ежегодно в атмосферу выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов серы, азота, производных галогенов и других соединений. Основными источниками загрязнения атмосферы являются электростанции, работающие на минеральном топливе, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, авиационный и автомобильный транспорт. 

Попадая в атмосферу, многие загрязнители подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или падают на поверхность Земли с помощью аэрозолей. Попадая на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других объектов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов. 

Трудно оценить ущерб, нанесенный дикой природе в результате загрязнения атмосферы и продуктов производственной деятельности человека, однако гибель лесов, загрязнение водохранилищ, распространение аллергических заболеваний, нарушение биологического баланса в экосистемах не в последнюю очередь связаны с высокими концентрациями агрессивные примеси в атмосфере.

Кислотный дождь

Термин «кислотные дожди» относится ко всем типам метеорологических осадков, таких как дождь, снег, град, туман, дождь и снег, pH которых меньше среднего значения pH дождевой воды (среднее значение pH для дождевой воды составляет 5,6). Выделяющиеся в ходе деятельности человека диоксид серы (SO2) и оксид азота (N O x) превращаются в атмосферу Земли в кислотообразующие частицы. Эти частицы реагируют с атмосферной водой, превращая ее в кислотные растворы, которые понижают рН дождевой воды. Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским исследователем Ангусом Смитом. Викторианский смог в Манчестере привлек его внимание. И хотя ученые того времени отвергли теорию существования кислотных дождей, сегодня никто не сомневается в том, что кислотные дожди являются одной из причин гибели людей в водоемах, лесах, посевах и растительности. Кроме того, кислотные дожди разрушают здания и памятники культуры, трубопроводы, делают автомобили непригодными, снижают плодородие почвы и могут привести к проникновению токсичных металлов в водоносные горизонты почвы. 

Вода обычного дождя также является слегка кислым раствором. Это связано с тем, что природные вещества в атмосфере, такие как углекислый газ (CO2), реагируют с дождевой водой. Это производит слабую углекислоту ( CO2 + H3O -> H3CO3). Хотя идеальный рН дождевой воды составляет 5,6-5,7, в реальной жизни кислотность (рН) дождевой воды в одном районе может отличаться от кислотности дождевой воды в другая местность. Это, прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере конкретной области, таких как оксид серы и оксиды азота. 

В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел два термина: кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, которые при растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода (Н+).

Он назвал основания веществами, которые при растворении в воде образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН-). Термин рН используется как мера кислотности воды.

Термин pH означает в переводе с английского» показатель степени концентрации ионов водорода. Значение pH измеряется по шкале от 0 до 14. Ионы водорода (H+) и гидроксид-ионы (OH-) присутствуют в воде и водных растворах. Когда концентрация ионов водорода (H+) в воде или растворе равна концентрации ионов гидроксида (ОН-) в том же растворе, то такой раствор является нейтральным. РН нейтрального раствора составляет 7 (по шкале от 0 до 14). Как вы уже знаете, когда кислоты растворяются в воде, концентрация свободных ионов водорода (H+) увеличивается. Затем они повышают кислотность воды или, другими словами, pH воды. В то же время с увеличением концентрации ионов водорода (H+) концентрация ионов гидроксида (ОН-) уменьшается. Те растворы, значение рН которых по этой шкале колеблется от 0 до <7, называются кислотными. Когда щелочи попадают в воду, концентрация гидроксид-ионов (ОН-) в воде увеличивается. В этом случае концентрация ионов водорода (H+) в растворе уменьшается. Растворы со значением рН от> 7 до 14 называются щелочными. 

Следует обратить внимание на еще одну особенность шкалы pH. Каждый последующий шаг на шкале рН указывает на десятикратное снижение концентрации ионов водорода (H+) (и, соответственно, кислотности) в растворе и увеличение концентрации гидроксид-ионов (ОН-). Например, кислотность вещества со значением pH4 в десять раз выше, чем кислотность вещества со значением pH5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со значением pH6, и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением рН 9. 

Кислотный дождь возникает в результате реакции между водой и загрязнителями, такими как оксид серы ( SO2) и различными оксидами азота ( NOx). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом в результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а также при сжигании угля и древесины. Реагируя с атмосферной водой, они превращаются в растворы серной, серной, азотной и азотной кислот. Затем вместе со снегом или дождем они падают на землю. 

Кислотность водного раствора определяется наличием в нем положительных ионов водорода H+ и характеризуется концентрацией этих ионов в одном литре раствора С (H+) (моль / л или г / л). Щелочность водного раствора определяется наличием гидроксильных ионов OH и характеризуется их концентрацией C (OH). 

Расчеты показывают, что для водных растворов произведение молярной концентрации ионов водорода и гидроксила является постоянной величиной, равной

C(H+)C(ОН) = 10–14,

иными словами, кислотность и щелочность взаимосвязаны: повышение кислотности ведет к снижению щелочности, и наоборот.

Раствор является нейтральным, если концентрации ионов водорода и гидроксила одинаковы и равны (каждый) 10–7 моль / л. Это состояние характерно для химически чистой воды. 

Из вышеизложенного следует, что для кислых сред выполняется следующее условие:

10–7 < C(H+) ≤ 100,

для щелочных сред:

10–14 ≤ C(H+) < 10–7.

На практике степень кислотности (или щелочности) раствора выражается более удобным значением рН, которое является отрицательным десятичным логарифмом молярной концентрации ионов водорода: 

рН = –lgC(H+).

Например, если концентрация ионов водорода в растворе составляет 10–5 моль / л, то индекс кислотности этого раствора равен pH = 5. В этом случае изменение показателя кислотности pH на единицу соответствует десятикратному изменению. в концентрации ионов водорода в растворе. Таким образом, концентрация ионов водорода в среде с рН = 2 в 10, 100 и 1000 раз выше, чем в среде с рН = 3, 4 и 5 соответственно. 

В кислых растворах pH <7, и чем ниже, тем более кислый раствор. В щелочных растворах рН> 7 и более, чем выше щелочность раствора. 

Шкала кислотности изменяется от pH = 0 (чрезвычайно высокая кислотность) до pH = 7 (нейтральная среда) до pH = 14 (чрезвычайно высокая щелочность).

Чистая природная, в частности дождевая вода, в отсутствие загрязняющих веществ, тем не менее, имеет слабокислую реакцию (pH = 5,6), поскольку диоксид углерода легко растворяется в ней, образуя слабую углекислоту:

CO2 + H2O H2CO3.

Для определения индекса кислотности используются различные рН-метры, в частности, дорогие электронные устройства. Простым способом определения характера окружающей среды является использование индикаторов химических веществ, цвет которых изменяется в зависимости от рН среды. Наиболее распространенными показателями являются фенолфталеин, метиловый апельсин, лакмус и натуральные красители из красной капусты и черной смородины. 

Дождевая вода, образующаяся при конденсации водяного пара, должна иметь нейтральную реакцию, т.е. pH = 7. Но даже в самом чистом воздухе всегда есть углекислый газ, а дождевая вода, растворяя ее, слегка подкисляет (pH 5,6-5,7). А поглотив кислоты, образованные из диоксида серы и азота, дождь становится заметно кислым. Снижение pH на одну единицу означает увеличение кислотности в 10 раз, в два 100 раз и т. д. мировой рекорд принадлежит шотландскому городу Питлохри, где 20 апреля 1974 года выпал дождь с pH 2,4. больше не вода, а что-то вроде столового уксуса. 

Последствия кислотных осадков

В 70-х гг. рыба стала исчезать в реках и озерах скандинавских стран, снег в горах поседел, листва деревьев покрывала землю раньше времени. Очень скоро такие же явления были замечены в США, Канаде и Западной Европе. В Германии 30%, а в некоторых местах 50% лесов пострадали. И все это происходит далеко от городов и промышленных центров. Оказалось, что причиной всех этих неприятностей является кислотный дождь. 

Показатель pH варьируется в разных водоемах, но в нетронутой природной среде диапазон этих изменений строго ограничен. Природные воды и почвы обладают буферной способностью, они способны нейтрализовать определенную часть кислоты и сохранить окружающую среду. Однако ясно, что буферная емкость природы не безгранична. 

Небольшие количества фосфатных удобрений могут вдохнуть новую жизнь в водоемы, пострадавшие от кислотных дождей; они помогают планктону усваивать нитраты, что приводит к снижению кислотности воды. Фосфат дешевле в использовании, чем известь, и фосфат оказывает меньшее влияние на химический состав воды. 

Земля и растения, конечно же, также страдают от кислотных дождей: снижается продуктивность почвы, уменьшается поступление питательных веществ, меняется состав почвенных микроорганизмов.

Кислотный дождь наносит большой ущерб лесам. Леса высыхают, на больших площадях развиваются сухие верхушки. Кислота увеличивает подвижность алюминия в почвах, что является токсичным для мелких корней, а это приводит к угнетению листвы и хвои, ломкости ветвей. Особенно пострадали хвойные деревья, потому что иголки заменяются реже, чем листья, и, следовательно, накапливают больше вредных веществ за тот же период. Хвойные деревья желтеют, их кроны истончены, мелкие корни повреждены. Но даже у лиственных деревьев цвет листьев меняется, листва преждевременно опадает, часть кроны отмирает, а кора повреждается. Нет естественного возобновления хвойных и лиственных лесов. 

Кислотный дождь наносит все больший ущерб сельскохозяйственным культурам: повреждаются ткани растительного покрова, изменяется клеточный метаболизм, растения замедляют свой рост и развитие, снижается их устойчивость к болезням и паразитам, а продуктивность снижается.

Откуда берутся кислотные дожди? Необычные дожди из лягушек и т.д.?

Специалисты из Американского университета Северной Каролины изучили влияние кислотных дождей на растения в период их максимальной восприимчивости к факторам окружающей среды. Под воздействием кислотных дождей сразу после опыления в початках кукурузы образовалось меньше зерен, чем при поливе чистой водой. Кроме того, чем больше кислоты содержалось в дождевой воде, тем меньше зерен образовывалось в початках. В то же время оказалось, что кислотные дожди, прошедшие до опыления, не оказали заметного влияния на формирование зерна. 

Было проведено исследование степени подверженности кислотным дождям 18 видов сельскохозяйственных культур и 11 видов декоративных растений на ранних стадиях роста. Листья томатов, сои, бобов, табака, баклажанов, подсолнечника и хлопка были наиболее подвержены вредному воздействию. Наименее восприимчивыми являются озимая пшеница, кукуруза, салат, люцерна и клевер. 

Кислотные дожди не только убивают диких животных, но и разрушают архитектурные памятники. Прочный твердый мрамор, смесь оксидов кальция (CaO и CO2), реагирует с раствором серной кислоты и превращается в гипс (CaSO4). Изменяющиеся температуры, потоки дождя и ветра разрушают этот мягкий материал. Исторические памятники Греции и Рима, стоявшие на протяжении тысячелетий, были разрушены в последние годы прямо на наших глазах. Та же участь угрожает Тадж-Махалу шедевру индийской архитектуры периода Моголов, в Лондоне Тауэру и Вестминстерскому аббатству. В соборе Святого Павла в Риме было разрушено 2,5 см портлендского известняка. В Голландии статуи в Сент-Джонсе тают, как конфеты. Черные отложения разъедали королевский дворец на площади Дам в Амстердаме. 

Более 100 тысяч самых ценных витражей, украшающих соборы в Палатке, Контербери, Кельне, Эрфурте, Праге, Берне и в других европейских городах, могут быть полностью утрачены в ближайшие 15-20 лет.

Изучив новые данные о кислотности осадков, выпадающих в различных регионах Западной Европы, и об их влиянии на здания и сооружения, сотрудники Дублинского университета (Ирландия) обнаружили, что наиболее катастрофическая ситуация сложилась в центре Манчестера (Великий Великобритания), где кислотные осадки растворяются за 20 месяцев более 120 г на 1 м2 камня (песчаник, мрамор или известняк).

Город сильно пострадал, хотя общее количество осадков за наблюдаемый период было крайне низким. Очевидно, их кислотность была слишком высокой. 

За Манчестером следуют Liphoon (Хэмпшир в Великобритании) и Антверпен (Бельгия), где каждый камень на открытом воздухе теряет 100 г / м2. Даже такие известные города, как Афины, Копенгаген и Амстердам, известные своим загрязнением атмосферы, претерпели кислотное разрушение в гораздо меньшей степени. 

Люди, которые вынуждены употреблять питьевую воду, загрязненную токсичными металлами ртутью, свинцом, кадмием и т. д., также страдают от кислотных дождей.

Необходимо сохранить природу от подкисления. Для этого необходимо будет резко сократить выбросы в атмосферу оксидов серы и азота, но прежде всего диоксида серы, поскольку именно серная кислота и ее соли на 70-80% вызывают кислотность дождей, выпадающих на большие расстояния от место промышленной эмиссии. 

Наблюдения за химическим составом и кислотностью осадков в России проводятся 131 станцией, которая отбирает все пробы для химического анализа, и 108 станциями, на которых оперативно измеряется только значение рН. Образцы отложений для 11-20 компонентов анализируются в пяти кластерных лабораториях. 

Система контроля загрязнения снежного покрова на территории России осуществляется в 625 пунктах, которые обследуют территорию площадью 15 млн. км2. Пробы отбираются на наличие сульфат-ионов, аммиачной селитры, тяжелых металлов и определяется значение pH. 

Природные осадки имеют разную кислотность, но средний рН составляет 5,6. Кислотные осадки с pH <5,6 представляют серьезную угрозу, особенно если значение pH падает ниже 5,1. Основные последствия кислотных осадков перечислены ниже. 

Повреждение статуй, зданий, металлов и отделки автомобилей.

Гибель рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках.

Снижение фертильности лосося и форели при рН <5,5.

Гибель и снижение продуктивности многих видов фитопланктона при рН <6 8.

Нарушение азотного цикла в озерах, когда значение рН колеблется от 5,4 до 5,7.

Ослабление или гибель деревьев, особенно хвойных, растущих на больших высотах, из-за вымывания из почвы кальция, натрия и других питательных веществ.

Повреждение корней деревьев и гибель многих видов рыб из-за выброса ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия из почвы и донных отложений.

Ослабление деревьев и повышение их восприимчивости к болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые процветают в кислой среде.

Замедляет рост таких культур, как помидоры, соевые бобы, бобы, табак, шпинат, морковь, брокколи и хлопок.

Рост населения составляет 81 голь, простейший, вызывающий серьезную кишечную инфекцию, которая поражает альпинистов и альпинистов, пьющих воду из, казалось бы, чистых горных ручьев.

Возникновение и обострение многих заболеваний дыхательной системы человека, преждевременная смерть людей.

Кислотные осадки иллюстрируют пороговый эффект. Большинство почв, озер и рек содержат щелочные химические вещества, которые могут взаимодействовать с некоторыми кислотами для их нейтрализации. Однако регулярное воздействие кислот на протяжении многих лет приведет к истощению большинства этих ингибиторов подкисления. Затем, как будто внезапно, начинается массовая гибель деревьев и рыб в озерах и реках. Когда это происходит, уже слишком поздно предпринимать какие-либо действия для предотвращения серьезного ущерба. Задержка 10-20 лет. 

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в северной и центральной Европе, на северо-востоке США, на юго-востоке Канады, в некоторых частях Китая, Бразилии и Нигерии. Они становятся растущей угрозой в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки, а также в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (в основном из-за сухих осадков). Кислотные осадки также выпадают в ряде тропических регионов, где промышленность практически не развита, в основном из-за выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большинство кислотообразующих веществ, производимых в одной стране, переносятся преобладающими поверхностными ветрами в другую. Более трех четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии доставляется в эти страны ветром из промышленных регионов Западной и Восточной Европы. 

Более половины кислотных осадков в густонаселенных районах юго-востока Канады и в восточной части Соединенных Штатов обусловлены выбросами высококонцентрированных углей, нефти и промышленных объектов в семи центральных и верхних штатах Среднего Запада в штатах Огайо, Индиана, Пенсильвания, Иллинойс, Миссури, Западная Вирджиния и Теннесси. Кислотность осадков на большей части востока Северной Америки составляет 4,0-4,2. Это в 30-40 раз больше, чем кислотность нормальных осадков, которые выпали в этих местах несколько десятилетий назад. Государства, которые выделяют наиболее кислотообразующие вещества, это Калифорния, Индиана, Огайо и Техас. 

Около 75% кислотных осадков в Канаде приносят ветры из Соединенных Штатов, и только 15% кислых осадков в северо-восточных штатах обусловлены выбросами из самой Канады. Такой большой положительный баланс переноса кислоты между Соединенными Штатами и Канадой привел к обострению отношений между двумя странами. Канадские ученые и официальные лица, а также многие американские ученые раскритиковали правительство США за то, что оно не предприняло достаточно быстрых шагов, чтобы сократить выбросы промышленных предприятий и электростанций как минимум на 50%. По оценкам Департамента окружающей среды Онтарио, кислотные осадки угрожают 48 000 канадских озер и их спортивному рыболовству (1,1 миллиарда долларов в год) и туризму (10 миллиардов долларов в год). Канадцы также обеспокоены тем, что подкисление наносит ущерб лесному хозяйству и смежным отраслям промышленности, в которых занято 1 из 10 человек в стране и которые приносят 14 миллиардов долларов в год. 

По оценкам Национальной академии наук, ущерб от кислотных осадков в Соединенных Штатах уже составляет не менее 6 миллиардов в год и будет стремительно расти, если не будут приняты немедленные меры. Стоимость снижения этих загрязнителей будет варьироваться от 1,2 до 20 миллиардов долларов, в зависимости от степени очистки и используемой технологии. 

В некоторых районах почвы содержат известняк и другие щелочные вещества, которые могут нейтрализовать кислоты. Однако кислые почвы в других районах практически не способны нейтрализовать кислоты. Кроме того, повторное воздействие на любую почву кислотных осадков может, в принципе, истощать содержащиеся в ней нейтрализующие кислоту вещества. Кислотный речной сток может убить многие формы жизни в озерах и реках. Как и почвы, некоторые озера и реки особенно чувствительны к кислотному воздействию из-за низкого содержания щелочей (особенно бикарбонат-иона), которые могут помочь нейтрализовать поступающие в них кислоты. 

Заключение

Мы уже знаем, что дальнейшее подкисление окружающей среды зависит от того, как обстоят дела с антропогенными выбросами оксидов серы и азота в атмосферу. Конечно, это очень сложно предсказать. Тем не менее, мы можем сделать определенный вывод на основе анализа интенсивности выбросов в прошлом. Предполагаемые выбросы диоксида серы таким образом в будущем тысячелетии значительно выше нынешнего уровня. В соответствии с этим ожидается увеличение подкисления окружающей среды, и ущерб, вызванный кислотными осадками, станет катастрофическим. Это очень беспокоит, если учесть, что нынешние уровни выбросов уже имеют ужасные последствия. 

Ситуация с выбросами оксидов азота также неблагоприятна, поскольку антропогенные выбросы соединений азота по сравнению с соединениями серы увеличиваются еще более высокими темпами.

В некоторых странах увеличение выбросов диоксида серы, по-видимому, было остановлено. Что касается оксидов азота, выбросы NOx продолжают расти в Европе и во всем мире, особенно в связи с увеличением числа транспортных средств. 

В некоторых странах проблема выбросов оксидов серы и азота носит в определенной степени политический характер, поскольку в результате их распространения загрязняющие вещества попадают за пределы государственной границы, и одно государство может обвинить другое в ущерб, вызванный кислотными осадками, соответственно требуя компенсации. Так, например, Канада действует в отношении Соединенных Штатов, а Швеция в отношении промышленно развитых стран Европы. Эксперты в Европе и Северной Америке серьезно обеспокоены дальнейшими последствиями кислотных осадков. Многочисленные международные экологические организации занимаются проблемой широкомасштабного распространения загрязнителей воздуха. 

Международный научно-исследовательский институт прикладного системного анализа (МИПСА) изучает модели для определения возможной кислотности почв, вод и т. д. в течение десятилетий. Результаты показывают, что почвы и леса в Европе могут быть спасены только от дальнейшего подкисления путем значительного сокращения выбросов. 

Эти выбросы должны независимо регулироваться каждым государством. Чтобы уменьшить выброс загрязняющих веществ в атмосферу, существует ряд способов: радикальное сокращение потребления энергии; внедрение новых технологий, установка фильтровального оборудования; использование слабо загрязняющих или полностью экологически чистых источников энергии. 

Это решение звучит довольно нереально. Ни одно государство не согласится сократить масштабы потребления энергии и тем самым ухудшить уровень жизни. Внедрение новых технологий и установка фильтровального оборудования также является экономической проблемой. 

Печальное состояние окружающей среды поставило современных ученых-экологов перед острой проблемой загрязнения нашей планеты. Новые методы должны быть найдены для решения этой проблемы. На данный момент ученые всего мира ищут выход. Но не забывайте, что будущее планеты зависит прежде всего от вас и меня.