Кислотный дождь, вымирание лесов.
Диоксид серы SO2, оксиды азота NOx и кислотный водород ответственны за нарастающую концентрацию кислот в воздухе. SO2 растворяется в воде с образованием сернистой кислоты H2SO3, которая в присутсвии озона O3 и пероксида водорода Н2O2 в тропосфере через SO, реагирует с водой до H2SO4. О3 и радикалы типа ОН' окисляют NO до NO2 с дальнейшим образованием азотистой (HNO2) и азотной (HNO3) кислот по реакциям:
NO + О3 → NO2 + О2 ;
2NO2 + Н2О → HNO2 + HNO3 ;
NO2 + ОН → HNO3 ;
NO + NO2 + H2O → 2HNO2 .
Кислотный водород НС1 высвобождается при сжигании мусора из поливинилхлорида (ПВХ), газ, растворяясь в воде, образует соляную кислоту. Вредные вещества могут непосредственно воздействовать на материалы и живые организмы (сухое отложение) или выпадать в виде растворов из воздуха (влажное отложение — кислотный дождь). В большинстве местностей Земли осадки по своей природе кислые; расчетное значение рН = 5,6 отражает средний естественный фон. Кислотный дождь антропогенного происхождения имеет рН = 4 — 4,5; изменение рН на 1,0, например от 5,6 до 4,6, означает увеличение числа ионов водорода кислоты в 10 раз.
Чаще всего источники происхождения SO2 — непрерывно работающие электростанции, a NOx — транспорт. По данным нем. метеостанций SO2 участвует в образовании 50% кислот осадков. Поскольку газ является долгоживущим и выбрасывается в атмосферу в больших количествах, его часто обнаруживают на расстоянии более 2000 км от источника выброса.
Логическим путем пришли к тому, что кислотные дожди привели к вымиранию лесов, они наносят вред зданиям и водоемам. На разрушение зданий (убытки в ФРГ — 1,5 млрд марок/год) обратили внимание вследствие общеизвестного разрушения памятников. Стройматериалы, содержащие карбонаты (СаСОэ) (известняк, мрамор, известковый раствор), реагируют с серной кислотой с образованием гипса СаСО3:
СаСО3+ H2SO4 → CaSO4 + СО2 + Н2О
который насыщается водой, набухает и разрушает структуру камня: стройматериал распадается. Гипс может выходить на поверхность горной породы (каменных плит) с образованием твердых корок и подтеков и послойно разрушать камень. H2SO, разрушает стеклянные витражи; стекло мутнеет под действием SО2.
Вымирание лесов.
В качестве основных причин вымирания лесов можно назвать: климат, ошибки при лесонасаждении, действие грибов, бактерий, но в первую очередь — повреждения, обусловленные действием вредных веществ. Умирание деревьев — следствие комплексно взаимосвязанных причин (комплекс болезней). Повреждения вызваны выбросами вредных веществ, в солнечные годы при сухой диспозиции растений степень повреждений увеличивается; вредители — грибы, бактерии и жуки-короеды — используют слабость деревьев.
Вредные вещества оседают преимущественно на листьях и хвои или попадают из почвы в корни.
В качестве первопричины повреждения листьев и хвои рассматриваются озон (озонная гипотеза) или кислотные оксиды SO, и NO, (эко системная гипотеза). Озон повреждает кутикулу листьев и хвои. Через устьица он проникает в ткань и образует с водой клеточных стенок радикалы ОН', разрушающие тилакоидные мембраны хлоропластов.
Мg2+ — центр, атом хлорофилла — вымывается кислотными осадками (leaching — выщелачивание). Хвоя желтеет, ее ассимиляционная способность падает. Корни вбирают меньше питательных солей и не могут больше восполнять потерю Мg2+. Рост дерева замедляется. Вымывание питательных веществ ускоряется при прямом участии озона. О3 цепляется к двойным связям и SH-группам мембранных фосфолипидов, повышая проницаемость мембран. На озон устьица реагируют своим закрыванием, вследствие чего фотосинтез тормозится. SO, заставляет устьица раскрыться; испаряемость при этом повышается. В сухие годы растение переживает недостаток воды — водный стресс.
Избыток NO2 приводит к накоплению нитратов (NO3-) в листке. С помощью ферментов он через нитрит NO3- превращается в аммиак (NO4+), который поглощается растением. Поскольку разложение нитратов происходит быстрее, чем разложение нитритов, при избытке нитратов в клетке накапливаются нитриты, разрушающие талакоидную мембрану.
Пока в почвах есть известь, они нейтрализуют действие кислоты из осадков (кислотный буфер):
2СаСО3 + H2SO4 → 2CaSO4 + НСО3-.
Гидрогенкарбонат НСO3- связывает ионы металлов (Са2+, Мg2+). Гидрокарбонаты металлов вымываются из почвы.
Остаточные ионы Н+ замещают ионы К+, Na+, Mg2+ и Са2+ глинистых минералов (силикатный буфер). Если буферная способность исчерпана, высвобождаются ионы Аl3+, остающиеся в почве как высокомолекулярные катионы гидроксида алюминия. Аl3+ и свободные катионы кислот тяжелых металлов разрушают корневую систему.
