Многие из нас в детстве боялись, что кислотные дожди станут неизбежной частью жизни. Сегодня расскажем, что это вообще за явление и почему где-то кислотные дожди пропали, а где-то будут идти еще долго.
Сила водорода
Напомним, все вокруг нас состоит из мельчайших частиц — молекул. Молекулы состоят из атомов, атомы — из еще более мелких частиц, «главной» из которых служит протон. Протон, другими словами, — это ядро простейшего атома, водорода.
Кислотой мы называем растворы, в которых молекулы чаще отдают свои протоны (водород), чем забирают чужие. Чем активнее вещество расстается со своими протонами в воде, тем выше кислотность раствора.
Саму кислотность определяют через показатель pH, который можно расшифровать как «сила водорода» (p – power и H – символ водорода), то есть концентрация «потерянного» водорода в растворе.
Кислоты – это вещества с pH ниже 7. Нейтральный pH, то есть равный 7, можно найти только у абсолютно чистой воды, состоящей исключительно из молекул H2O. Чем меньше pH, тем выше кислотность. Кока-кола, например, обладает pH в 3, а близкую к нулю pH в естественных условиях можно найти разве что в геотермальных водах у действующих вулканов.
Природная вода почти никогда не бывает чистой, и различные примеси меняют ее pH в ту или иную сторону. Дождевая вода, как правило, обладает pH примерно в 5,7. Кислотности ей добавляет углекислый газ, широко распространенный в атмосфере.
И это значение считалось всеобщей нормой, пока в середине XX века американские ученые во время рутинных исследований не обнаружили дожди с pH от 2 до 3, то есть на уровне желудочного или лимонного сока!
Но откуда в облаках оказалось столько кислоты, и почему подобного не замечали ранее?
Три всадника кислотного апокалипсиса
Разумеется, кислотные дожди встречаются в природе — после извержений вулканов и разрядов молнии. Но показатели pH, которые увидели первые исследователи кислотных дождей на среднем западе США, выглядели неожиданно и катастрофично.
Можете представить, как запаниковали ученые и с какой скоростью они помчались к властям за средствами на дополнительные исследования. Вскоре выяснилось, что основной вклад в рост кислотности дождей внес человек, а не природа.
Речь о сжигании углерода, серы и азота, которые при взаимодействии с кислородом образуют кислотные оксиды — углекислый газ, сернистый газ и оксиды азота. А эти газы, в свою очередь, накапливаются в облаках и растворяются в дождевой воде, которая затем проливается на землю кислотой. Причем не только с дождем – бывает кислотный снег и даже кислотный туман.
К самым опасным кислотным дождям приводят оксиды серы и азота. В середине XX века основную массу этих веществ выбрасывали в атмосферу тепловые электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и автомобили. Конкретно из выхлопных газов, помимо всем известного углекислого газа, выделяется много оксидов азота.
За кислотные дожди на среднем Западе и северо-востоке США оказались ответственны в том числе и угольные электростанции. После продолжительной борьбы с корпорациями и их лоббистами к концу XX века ученым все же удалось убедить правительство США ввести квоты на выбросы серы и азота. Похожие меры начали вводить и другие страны.
В целом тактика оказалась успешной: с 1990-х годов выбросы сернистого газа в США упали на 40%, а кислотных дождей стало меньше на 65%. В Евросоюзе, например, и вовсе удалось достичь уменьшения выбросов диоксидов серы на 70%.
Почему же мы пишем о кислотных дождях, раз пик кризиса в прошлом? Дело в том, что для некоторых мест на планете он все еще в настоящем, а то и в будущем.
Где и чего опасаться
Считается, что о кислотном дожде можно говорить, когда pH дождевой воды опускается ниже 4,5.
По сравнению с нормой в 5,7 звучит не так страшно, но каждое уменьшение на 1 единицу на шкале pH — это рост кислотности раствора в десять раз. То есть разница между 6 pH и 3 pH равна 10*10*10 — рост кислотности в тысячу раз!
Худшие кислотные дожди фиксировали до введения квот — в 1970-х и 1980-х, когда pH дождя в Северной Америке мог опуститься до 2,1. Сейчас о «худших» кислотных дождях могут говорить при pH в 3,7, а сравнимые с серединой XX века показатели можно найти разве что у промышленных производств в странах с менее жесткой экополитикой — в Китае, Индии и России.
Как правило, однократный кислотный дождь вряд ли сильно повлияет на экосистему. Но если pH дождя постоянно ниже 4,5, кислоты накапливаются в водоемах и реках, убивают рыбу, вытесняют полезные вещества из поверхностных слоев почвы, что вредит урожаям и флоре в целом. А если кислота льется особенно часто, то может даже повредить здания и памятники из камня и металла.
Часто кислотные дожди выпадают не в той стране, которая своими выбросами их вызвала. Кислоты накапливаются в облаках, те постоянно перемещаются из-за ветра. И оказывается, что Скандинавия страдает из-за выбросов в Западной Европе, а Россия — из-за выбросов в Восточной Европе.
Самые пострадавшие от кислотных дождей регионы на данный момент — Восточная Европа, восточное побережье США и юго-восток Канады. Также кислотные дожди регистрируют в Китае, на Тайване и вокруг российского города Норильск в северной Сибири, где добывают медь, никель и другие металлы.
Невооруженным глазом отличить кислотный дождь от дождя с нормальным уровнем pH у вас вряд ли получится. Несмотря на страшное название, наполняющее воображение картинками плавящихся на глазах предметов, кислотные дожди зачастую никак не влияют на здоровье человека (при однократном выпадении).
Но повышенная концентрация сернистого газа и оксидов азота в воздухе действительно влияет на развитие легочных заболеваний вроде астмы и бронхита. Рекомендации тут очевидны: по возможности старайтесь долго не жить рядом с угольными, металлургическими и нефтеперерабатывающими предприятиями и загруженными шоссе.
В целом ситуация с кислотными дождями вызывает оптимизм: именно с этим явлением связывают широкое распространение гражданской науки, а глобально человечество показало, что сообща может решить непростую экологическую проблему. Это повышает шансы того, что мы справимся и с более крупными вызовами вроде изменения климата.
