Кислотным дождем называют дождь, снег или другие формы осадков с pH менее 5,6, в основном вызванным техногенным выбросом в атмосферу большого количества кислых веществ .
Кислотные дожди можно разделить на две категории: «влажные» и «сухие». К первым относятся все газообразные загрязнители или гранулированные загрязнители, выпадающие на землю в виде осадков. Ко вторым относятся кислые вещества, переносимые пылью, падающие с воздуха в дни, когда не идет дождь. Кислотные дожди делятся на дожди азотной кислоты и дожди серной кислоты.
При образовании и выпадении дождя и снега – они поглощают и растворяют в воздухе такие вещества, как диоксид серы и оксиды азота , образуя кислотные осадки с рН ниже 5,6. Кислотные дожди в основном вызываются техногенными выбросами в атмосферу больших количеств кислых веществ.
Это изображение иллюстрирует путь возникновения кислотных дождей в окружающей среде: (1) Выбросы SO2 и NOx выбрасываются в воздух, где (2) загрязняющие вещества превращаются в кислотные частицы, которые могут переноситься на большие расстояния. (3) Эти кислотные частицы затем выпадают на землю в виде влажных и сухих отложений (пыль, дождь, снег и т.д.) и (4) могут оказывать вредное воздействие на почву, леса, ручьи и озера.
Зона кислотных дождей
Образование кислотных дождей связано не только с тем, что капли дождя в процессе падения растворяются в атмосферных загрязнителях и становятся кислыми. Наоборот, большая высота — это место, где как раз и образуются кислотные дожди. Объясняется это тем, что выбрасываемые из земли кислотообразующие вещества слабо нейтрализуются щелочными частицами в приповерхностном слое. Таким образом, они распространяются в верхние слои атмосферы, образуя в верхних слоях атмосферы обширную область кислотных дождей.
Районы, где часто выпадают кислотные дожди, называются зонами кислотных дождей. 
- среднегодовое значение рН осадков выше 5,65 и интенсивность кислотных дождей 0-20% – это некислотные дожди;
- значение рН составляет от 5,00 до 5,60 и уровень кислотных дождей составляет 30-60% – область умеренных кислотных дождей;
- значение рН составляет от 4,70 до 5.00 и интенсивность кислотных дождей составляет 50-80% – это район сильных кислотных дождей;
- значение рН менее 4,70, интенсивность кислотных дождей составляет 70-100%, это район сильных кислотных дождей.
Три основных региона кислотных дождей в мире включают: 1. Североамериканская зона кислотных дождей. 2. Регион кислотных дождей в Западной Европе. 3. Регион кислотных дождей Восточной Азии (Китай). Тремя регионами с наиболее сильными кислотными дождями в мире являются Северо-Западная Европа, Северная Америка и Китай. Скандинавия в северной Европе первой ощутила кислотные дожди.
В 1970-х годах значение pH осадков в Северо-Западной Европе упало до 4,0, значение pH осадков в восточной части Северной Америки упало до 4,5, а значение pH осадков в Китае, Японии, странах Азии и Африки также уменьшились.
С 20-го века масштабы загрязнения кислотными дождями во всем мире расширяются. Кислотные дожди, которые первоначально проходили только в промышленно развитых странах Северной Америки и Европы, постепенно распространились на некоторые развивающиеся страны, такие как Индия, Юго-Восточная Азия и Китай. В то же время кислотность кислотных дождей постепенно увеличивается. По результатам непрерывного мониторинга Европейской сети мониторинга химии атмосферы за последние 20 лет кислотность дождевой воды в Европе увеличилась на 10%, рН кислотных дождей в Швеции, Дании, Польше, Германии, Канаде и других странах в основном 4,0-4,5, а рН кислотных дождей в США 4,8.
Причины кислотных дождей
Причиной кислотных дождей является сложное явление атмосферной химии и атмосферной физики. Кислотные дожди содержат различные неорганические и органические кислоты, большинство из которых представляют собой серную и азотную кислоты. Диоксид серы, выделяющийся при сжигании угля в промышленном производстве и в личном хозяйстве, и оксиды азота, выделяемые при сжигании нефти и автомобильных выхлопов , проходят через «процесс образования дождя в облаке». Что это за процесс? Водяной пар конденсируется на сульфатах и нитратах, и происходит реакция окисления с образованием дождевых капель серной кислоты и дождевых капель азотной кислоты, далее кислотосодержащие дождевые капли продолжают сливаться, поглощать и вымывать другие кислоты и, наконец, приземляются на землю, образуются кислотные дожди.
Кислотные дожди образуются, когда диоксид серы (SO2) и (или) оксид азота (NOx) реагируют с водой, кислородом и другими химическими веществами в атмосфере. Это приводит к образованию серной кислоты (H2SO4) и азотной кислоты (HNO3 ).
Диоксид серы естественным образом присутствует в атмосфере из–за извержений вулканов , но только в очень низких концентрациях, около 0,01 части на миллион.
Человеческая деятельность привела к гораздо более высоким уровням SO2 , который образуется при сжигании ископаемого топлива. Текущие атмосферные концентрации SO2 колеблются от 0,1 до 2 частей на миллион. Около 75% кислотных дождей вызывается SO2 в форме серной кислоты.
Оксиды азота также естественным образом присутствуют в атмосфере в тех же концентрациях, что и SO2 . Оксиды азота также образуются при высокотемпературном сгорании ископаемого топлива, особенно в автомобильных двигателях. Атмосферные уровни NOx выросли примерно с 0,01 ppm до 0,2 ppm, а оксиды азота являются причиной около 25 % кислотных дождей.
Кислотные дожди бывают двух основных форм: влажные и сухие. Мокрый дождь — это любая форма осадков с участием воды, включая снег, туман, град, дождь или росу. Сухое осаждение происходит, когда кислотные частицы образуются в атмосфере в отсутствие воды. Затем они прикрепляются к частицам в воздухе и оседают на землю во время таких явлений, как пыльные бури. Сухие кислотные дожди особенно распространены в районах с небольшим количеством осадков, таких как пустыни.
Последствия попадания кислотных дождей на почве обширны. Кислотные дожди влияют не только на территорию, где они выпадают, но и текут по земле, загрязняя водные пути, озера и даже грунтовые воды. Кислотные дожди так или иначе влияют на большинство экосистем, но наибольшее воздействие приходится на пресноводную водную среду. Оказывают влияние на лесные массивы и экосистемы и в местах, где почва естественно кислая.
Поскольку кислотные дожди вызваны загрязнением окружающей среды человеком , единственный способ предотвратить их появление и уменьшить его последствия — прекратить загрязнять окружающую среду. Каждый может сыграть свою роль: экономия электроэнергии будет означать, что нужно будет сжигать меньше ископаемого топлива, а значит, будет меньше выбросов загрязняющих веществ. Если вы регулярно ездите на автомобиле, вы можете подумать о ходьбе пешком или на велосипеде, поскольку автомобили являются вторым по значимости источником загрязняющих веществ, вызывающих кислотные дожди.
- Океан: океанский туман выносит в воздух немного серной кислоты.
- Организмы: некоторые организмы в почве, такие как мертвые животные и отмершие листья растений, могут разлагать некоторые сульфиды под действием бактерий, а затем превращать их в двуокись серы.
- Извержение вулкана: происходит выброс значительного количества газообразного диоксида серы.
- Лесные пожары. Лесные пожары, вызванные молнией и сухой жарой, также являются естественным источником выбросов оксида серы.
- Молния: молния в высотном дождевом облаке обладает сильной энергией, которая может частично объединять азот и кислород в воздухе с образованием оксида азота , который затем окисляется до диоксида азота в тропосфере. N2+O2=высокая температура и высокое давление=2NO 2NO+O2==2NO2 Оксиды азота представляют собой сумму оксида азота и диоксида азота, которые реагируют с парами воды в воздухе с образованием азотной кислоты.
- Бактериальное разложение. Даже неудобренная почва содержит следовые количества нитратов, которые могут быть разложены на газы, такие как оксид азота, диоксид азота и азот, с помощью почвенных бактерий.
- Сжигание ископаемого топлива , такого как уголь, нефть и природный газ. Уголь содержит серу, и в процессе сжигания образуется большое количество диоксида серы.Кроме того, высокая температура в процессе сжигания угля заставляет азот и кислород в воздухе объединяться в монооксид азота, который затем превращается в диоксид азота. вызывают кислотные дожди. Промышленные процессы, такие как выплавка металлов: некоторые руды цветных металлов представляют собой сульфиды, такие как медь, свинец и цинк. В процессе восстановления сульфидных руд меди, свинца и цинка до металлов большое количество газообразного диоксида серы будет улетучиваются, часть из них рекуперируется в виде серной кислоты, часть попадает в атмосферу. Другим примером является химическое производство,например, производство серной кислоты и производство азотной кислоты, в результате которого производится значительное количество диоксида серы и диоксида азота. Другим примером является переработка нефти, которая также может производить определенное количество диоксида серы и диоксида азота.
- Транспорт, например выхлопы автотранспорта. Разные модели двигателей имеют разную концентрацию оксидов азота в выхлопах, причем концентрация оксидов азота в выхлопе двигателей с плохими механическими свойствами или большим сроком службы выше. Когда автомобиль останавливается на перекрестке и ожидает проезда, не выключая двигатель, концентрация оксидов азота в выхлопных газах выше, чем при обычном вождении. С быстрым увеличением количества различных транспортных средств по всему миру, вклад их выхлопных газов в кислотные дожди увеличивается из года в год.
Процесс образования кислотных дождей
Кислотные дожди в основном возникают в результате сжигания ископаемого топлива:
- при сжигании серосодержащего угля образуется диоксид серы.
Диоксид серы реагирует с водой с образованием сернистой кислоты. Сернистая кислота может окисляться до серной кислоты на воздухе.
- окись азота растворяется в воде с образованием кислоты: небольшое количество двуокиси азота часто образуется в атмосфере во время грозы и молнии .
Азот и кислород объединяются, образуя оксид азота. Оксид азота структурно нестабилен и на воздухе окисляется до диоксида азота. Двуокись азота реагирует с водой с образованием азотной кислоты.
Как определить тип кислоты
Анионами в кислотных дождях являются в основном ионы нитратов и сульфатов. По концентрации двух в пробах кислотных дождей можно определить, является ли основным фактором, влияющим на осадки, двуокись серы или оксиды азота . Диоксид серы в основном образуется при сжигании ископаемого топлива (например, угля), а оксиды азота в основном образуются из таких источников загрязнения , как автомобильные выхлопы . В соответствующей литературе типы кислотных дождей делятся на три категории по соотношению концентрации сульфатных и нитратных ионов следующим образом:
- Сернокислотный или угольный тип: сульфат/нитрат>3
- Смешанный тип: 0,5