Klaipėdos „Versmės“ vidurinė mokykla
Chemijos pamoka
Įvairių dujų sukeliančių rūgščius lietus įtaka dirvožemiui ir vandeniui
10d klasės mokinės
Judita Žalaitė
Simona Bučiūnaitė
Klaipėda, 2005
……………………………………………………….9 psl.
Įvadas
Šio šimtmečio pradžioje ir viduryje į vis naujus kuriamus chemikalus buvo žiūrima labai optimistiškai. Niekas nebandė išsiaiškinti galimų šalutinių padarinių. Tik septintojo dešimtmečio pradžioje, visų pirma Rachelės
Karsons knygos „Tylusis pavasaris“ dėka, pradėtos rimtai svarstyti neigiamos chemikalų naudojimų pusės. Užvirė ginčai dėl pavojaus.
Kažkokios visuotinai priimtos teršalų klasifikacijos iki šiol nėra ir vargu ar kada bus, tačiau vadovaujantis aplinkos teršimo apibrėžimu, visą teršalų įvairovę pirmiausia galima suskirstyti į tris dideles grupes:
1. Cheminiai teršalai.
2. Fizikiniai teršalai.
3. Biologiniai teršalai.
Tačiau mes nagrinėsim tik cheminius teršalus.
Cheminiai teršalai – tai vadinamos cheminės medžiagos, jų junginiai ir mišiniai kurie viršijus tam tikrą koncentraciją ir/ar poveikio trukmę, daro arba gali daryti neigiamą poveikį žmonėms ir kitiems gyviems organizmams.
Be to, svarbu suprasti, kad faktiškai visos medžiagos, esant didelei jų koncentracijai, tampa teršalais.
Geriausias pavyzdys čia yra azoto junginiai, kurie yra labai svarbūs gyvų organizmų augimo ir vystimosi procesuose ir kurių nepriteklius dažniausiai yra pagrindinis augalų augimą ribojantis veiksnys. Tačiau būtent azoto junginių perteklius aplinkoje dabartiniu metu yra viena iš svarbiausių aplinkos problemų, sąlygojančių vandens telkinių ir dirvožemio eutrofikaciją[1] ir keliančių grėsmę daugeliui natūralių vandens ir sausumos ekosistemų.
Iš visos didžiulės cheminių teršalų įvairovės čia išvardinsime tik dažniausiai minimas jų grupes:
1. Anglies, azoto ir sieros oksidai;
2. Kietosios dalelės (dulkės);
3. Sunkieji metalai;
4. Aromatiniai angliavandeniai;
5. Halogeninti angliavandeniai;
6. Biogeninės medžiagos (amonis, nitratai, fosfatai ir kt.);
7. Naftos produktai;
8. Greitai įrančios organinės medžiagos;
9. Patvarūs organiniai junginiai
10. Oksiduojančios medžiagos (ozonas ir kt.);
Kai kurie iš šių cheminiai teršalai gali sukelti rūgščiuosius lietus.
Kaip susidaro rūgštieji lietūs?
Rūgštieji lietūs
Kasmet, palaipsniui, dalis sieros oksidų ir azoto oksidų virsta smulkiomis dujų dalelėmis ir iškrinta ant žemės. Taip pat šios dujos iškrenta kartu su lietumi ir sniegu. Sieros dioksido dujos suyra per 4-5
paras ir neturėtų kelti nerimo, jei ne viena aplinkybė. Per trumpą savo gyvavimo laiką, veikiamos saulės spindulių, SO2 dujos jungiasi su oro deguonimi ir virsta sieros trioksidu (SO3), kuris gerai tirpsta vandenyje, vandens garuose bei vandens lašeliuose ir sudaro sieros rūgštį (H2SO4).
Toks lietus, pilnas rūgšties, vadinamas rūgščiuoju lietumi, todėl dirva ar vanduo, į kuriuos toks lietus krenta taip pat darosi rūgštesni. Jei jų rūgštingumas viršija normas, tai daro žalą čia augantiems augalams, gyvenantiems žmonėms ir gyvūnams.
Sieros oksidų kiekis ore yra svarbus rodiklis: kuo daugiau šių dujų yra ore, tuo rūgštesnis yra lietus. Švedijos ir pietų Norvegijos ežerai labiausiai kenčia nuo rūgščiųjų lietų. Daugelyje ežerų išnyko žuvys. Miškai yra pažeisti daugelyje Europos šalių, blogiausia padėtis yra taip vadinamame „juodajame trikampyje”. Tai Čekijos, Vokietijos ir Lenkijos sienų susikirtimo riba. Čia miškai ne tik pažeisti, bet vietomis visiškai išdžiūvę. Nuo taršos čia nukentėjo ežerai ir žmonės. „Juodajame trikampyje”
yra keletas anglimi kūrenamų stambių elektrinių ir lydymo fabrikų, kurie išmeta milžiniškus sieros oksido kiekius.
Rūgštusis lietus yra rūgštis, o priešinga jai medžiaga vadinama šarmu.
Kalkės yra šarmas. Kada jūs maišote rūgštį su šarmu, ji pasidaro ne tokia rūgšti.Lygiai taip pat atvėsta vanduo, kai mes įpilame į verdantį katilą šalto vandens. Tose vietose, kur uolienos ir dirva turi daug kalkių, reaguoja su rūgščiu lietumi, bet ilgainiui rūgštusis lietus „suvartoja”
visas kalkes ir jos nebegali apsaugoti dirvos nuo rūgštėjimo.Taip pat dalis atmosferoje susidariusių sieros ir azoto rūgščių neutralizuojama į orą patekusio amoniako ar kitų šarminių medžiagų. Gana dideli kiekiai amoniako patenka į orą iš įvairių gamtinių šaltinių (pūvančios organinės medžiagos)
ar žemės ūkio naudmenų. Susidariusios tirpios amonio druskos (amonio sulfatas, amonio nitratas) iškritusios į žemės paviršių, skatina paviršinių vandens telkinių ir dirvožemio eutrofikaciją.
Gamtoje krituliai yra naturaliai parūgštinami dėl angliarūgštės poveikio, kuri susidaro oro sudėtyje esančiam anglies dioksidui reaguojant su vandeniu. Tokių kritulių pH svyruoja apie 5,5 ir tokio rūgštingumo kritulius priimta laikyti gamtiškai neutraliais.
Vidutinis kritulių rūgštingumas
Įvairiose Europos šalyse (1985 – 1990)
|Valstybė |Kritulių |
| |rūgštingumas |
|Islandija |5,1 |
|Š. Skandinavija|4,6 – 4,8 |
|P. Skandinavija|4,3 – 4,4 |
|Vokietija |4,3 – 4,6 |
|Lenkija |4,3 – 4,4 |
|Čekija |4,3 – 4,4 |
Sumažėjus teršiančių medžiagų emisijai[2] į orą, per pastarajį dešimtmetį gerokai sumažėjo ir kritulių rūgštingumas. Jei devintajame dešimtmetyje vidutinis kritulių pH Lietuvoje buvo apie 4,5, tai dabartiniu metu – apie 5,1.
[pic]
Siera
Sieros dioksidas (SO2) yra dujos, kurių koncentracija atmosferoje labai maža. Svarbiausi gamtiniai sieros dioksido šaltiniai – tai vulkanų išsiveržimai ir kai kurių bakterijų veikla. Kadangi sierą kaip maisto medžiagą naudojasi visi organizmai, jos yra visose biologinės kilmės medžiagose, pavyzdžiui, medienoje, durpėse, anglyje, naftoje, ji randama ir grynuolės sieros pavidalu (sudaro 0,05% Žemės plutos masės). Degant šioms medžiagoms susidaro sieros dioksidas. Sieros turi ir daugelis svarbių mineralų. Perdirbant tų metalų rūdas taip pat išsiskiria sieros dioksidas.
S + O2 → S4+O22-
2ZnS2- + 3O20 → 2ZnO2- + 2S4+O22-
Išmetamų į atmosfera sieros teršalų kiekis
|Medžia|Žmogaus veikla |Masė, mln. t |Natūralūs |Masė, mln.|
|ga | |per metus |procesai |t per |
| | | | |metus |
|H2S |Naftos |3 |Vulkanų, |84 |
| |perdirbimas, | |bakterijų veikla | |
| |srutų puvimas | | | |
|SO2 |Anglies, naftos |212 |Vulkanų veikla, |20 |
| |deginimas, rudų | |biologiniai | |
| |perdirbimas | |procesai | |
Azotas – trąša ir nuodas
Šiais laikais žmogus smarkiai kišasi į naturalią azoto apytaką ne tik naudodamas mineralines trąšas, bet ir teršdamas orą. Visų degimo procesų metu vyksta maždaug tas pats, kas ir žaibuojant – deguonis ir azotas sudaro azoto oksidus. Iš azoto oksidų susidaro azoto rūgštis (HNO3), kuri su krituliais patenka į dirvožemį. Azoto rūgštis dirvą gali patręšti, bet gali ją ir parūgštinti. Kada azoto junginių iškrinta tiek daug, kad medžiai ir kiti augalai miške nespėja jų visų sunaudoti, tada azotas pradeda iš dirvožemio skverbtis į vandenis – prasideda rūgštėjimo[3] procesas.
Atsiradus per daug azoto, keičiasi augmenija, gali nukentėti net medžiai –
jie neprisitaikę gyventi azoto pertekliaus sąlygomis. Reikia pridurti, kad žemės ūkyje naudojant kai kurių tipų trąšas į orą išsiskiria amoniakas
(NH3) – dar vienas azoto junginys, sukeliantis azoto perteklių.
N2 + O2 → 2NO
2NO + O2 →2NO2
2NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
N2 + 3H2 →2NH3
Išplovimas
Iškritus rūgštiems lietums keliaudamas žemyn pro augmenijos sluoksnį, visų pirma pro medžių lajas, vanduo keičia savo cheminę sudėtį: jame esančias azotines ir sierines medžiagas gali sugerti augalai, kitos gali išskirti ant spyglių ar lapų, nuo kurių gali būti vėl nuplautos. Vandeniui sunkiantis pro dirvą jo sudėtis vėl kinta.
Sunkdamasis jis perneša įvairias medžiagas iš paviršinių dirvos sluoksnių į gilesnius. Šis procesas vadinamas išplovimu[4]; jis trunka tūkstančius metų. Dėl išplovimo daugelio dirvų viršutinis sluoksnis dažnai yra blyškios spalvos – tai eliuvinis horizontas[5]. Kai kurios žemyn gabenamos medžiagos, pavyzdžiui, geležies junginiai, kiek giliau iškrinta ir nudažo gruntą rūdžių spalva. Šis sluoksnis vadinamas iliuviniu horizontu[6].
Dirvožemio degradacija
Kaip prisimename, dirvožemio erozija – tai viršutinio dirvožemio sluoksnio ardymas. Cheminę dirvožemio eroziją skatina rūgštieji lietūs.
Rūgštieji lietūs yra tipingas pasklidusios dirvožemio taršos šaltinis.
Padidinto rūgštingumo krituliai, patekę į paviršinius dirvožemio sluoksnius ne tik padidina jų rūgštingumą, bet ir suaktyvina katijonų (Ca, K, Mg ir kt.) išplovimą padidina sunkiųjų metalų aktyvumą, skatina toksinių aliuminio junginių susidarymą. Laikoma, kad būtent rūgštieji lietūs yra viena svarbiausių regioninio masto miškų džiuvimo priežaščių.Rūgštėjimo intensyvumas priklauso ne tik nuo patenkančio rūgščių kritulių kiekio, bet ir nuo dirvožemio buferinio pajėgumo, t.y. nuo jame esančių cheminių medžiagų, galinčių neutralizuoti rūgštis. Metalų toksiškumas augalams dažniausiai susijęs su žemu dirvožemio pH.
Kadangi aliuminis labiausiai paplitęs žemės plutoje metalas, jo toksiškumas laikomas pagrindiniu žalingu veiksniu augalams, augantiems dirvožemiuose, kurių pH<5,0. Nerūgščiuose dirvožemiuose aliuminioaptinkama netirpių aliumosilikatų arba oksidų formos; jie neigiamo poveikio nedaro.
Mažėjant dirvožemio pH, aliuminio tirpumas didėja. Vidutiniškai rūgščiuose dirvožemiuose Al3+jonai veikia kaip rūgštis, kadangi jie reaguoja su vandeniu ir sudaro aliuminio hidroksilą. Judriojo aliuminio kiekis dirvožemyje labiausiai priklauso nuo dirvožemio reakcijos.
Rūgščiuose dirvožemiuose, kurių pH mažiau kaip 5,5, aliuminio tirpumas staigiai padidėja; jis pradeda aktyviai konkuruoti su kitais katijonais jonų mainuose. Neutralaus dirvožemio tirpale aliuminio būna iki 400 g/l, tuo tarpu dirvožemio tirpale, kurio pH 4,4, aliuminio padaugėja iki 5700
g/l. Koreliacijos koeficientas tarp judriojo aliuminio ir pH Lietuvos dirvožemiuose yra iki 0,82 –0,85.
Tam tikras judriojo aliuminio kiekis bei rūgšti dirvožemio reakcija labiausiai kenkia žieminiams kviečiams ir rugiams, dobilams, liucernoms ir kitiems žiemojantiems augalams. Jis kenksmingas ir vasariniams javams.
Palyginus įvairius vystymosi tarpsnius, judrusis aliuminis pavojingiausias jauniems augalams. Tyrimais nustatyta, kad aliuminio junginiai labiau slopina šaknų nei daigų augimą. Jautresnės aliuminio toksiškam poveikiui yra daigų ir jaunų augalų šaknys. Dėl jo poveikio sutrinka jų išilginis augimas, šaknys būna trumpos, pastorėjusios ir susisukusios, daigų viršūnės ruduoja ir apmiršta. Nustatyta, kad aliuminis sutrikdo maistinių medžiagų
(P, Ca, Mg, K, N) pasisavinimą, pakeičia anijonų ir katijonų santykį augale. Esant aliuminio jonų pertekliui, katijonų pasisavinama mažiau. Be to, toksiškas aliuminio poveikis susijęs ir su padidėjusiu Fe, Mn, gal būt ir su kitų sunkiųjų metalų kaupimu . Daugelio užsienio autorių darbuose nustatyta, kad tolerantiškumą aliuminiui lemia genetinės augalo savybės.
Pagal tolerantiškumą aliuminiui gali skirtis ne tik augalų rūšys, bet net ir skirtingos veislės. Todėl genetiškai atsparių aliuminio junginiams augalų selekcija gali padėti sumažinti aliuminio stresą, kurį patiria daugelis rūgščiuose dirvožemiuose auginamų žemės ūkio kultūrų.
Mūsų šalyje miežių auginama daugiau negu kitų javų. Kai žiema būna nepalanki žiemkenčiams, vasarinių miežių plotai dar labiau padidėja. Tačiau miežiai jautrūs dirvožemio rūgštingumui.
Vanduo ir jo užterštumas
Viena iš ryškiausių rūgštėjimo pasekmių yra ta, kad ežeruose didėja aliuminio koncentracija. Tai matyt yra pagrindinė priežastis, dėl ko mažėja žuvų reprodukcija.
Natūraliuose, švariose vandens telkiniuose visų mineralinių elementų
(C,O,S ir k.t.), reikalingų gyvų organizmų veiklai, yra pakankamai, išskyrus fosforą (P) ir azotą (N). Pastarųjų trūkumas dažnai būna tas veiksnys, kuris riboja pirminės produkcijos didėjimą vandens ekosistemoje.
Po rūgščiųjų liučių vandenyje padaugėja azoto ir sieros junginių taip pat ir kitų nuodingų medžiagų. Šios medžiagos kaupiasi vandens telkinių dugno nuosėdose, augaluose ir gyvūnuose. Kuršių marių moliuskų audiniuose randamos didelės sunkiųjų metalų (Cu, Ni, Pb, Ag, Hg, Co, Zn ir k.t.)
koncentracijos. Valydami vandenį ir kaupdami teršalus savo kūnuose, moliuskai nuodijasi ne tik patys, bet kenkia ir žuvims, kurios jais minta.
Šiaurinėje marių dalyje mažėja ne tik žuvų, bet ir aukštesniųjų augalų bei bumblių rūšių. Įsivyrauja atsparios taršai melsvabakterės ir siūliniai dumbliai. Dėl tokių pat priežaščių daugėja nemaistingųjų ežerų.
Distrofiniai ežerai [7]– tai nedideli durpynuose išsimėtę ežeriukai. Iš pelkių atnešamos humusinės rūgštys jų vandenį nudažo rusvai. Paprastai šių ežerų produktyvumas labai mažas, juose gyvena tik atspariausios žuvys.
Ežerui parūgštėjus vandens cheminė sudėtis pakinta taip, kad pažeidžiama arba visiškai nutraukiama žuvų reprodukcija. Dėl šios priežasties ežero gyvūnų bendrija netenka ir daugelio kitų rūšių, tačiau kai kurių rūšių populiacijos padidėja. Ypač padaugėja kai kurių vabzdžių, pavyzdžiui, dusių, laumžirgio lervų, vandeninių blakių. Tai yra tiesioginė žuvų išnykimo ir netiesioginė vandens parūgštėjimo pasekmė.
Išvados
Rinkdami šia medžiagą sužinojome, kad rūgštūs lietūs yra globalinė problema. Jie teršia paviršinius požeminius vandenis, dirvą, kenkia augalams, skatina metalų koroziją, jų veikiamos greičiau susidėvi besitrinančios mechanizmų dalys, apie 6 kartus greičiau suyra stogo dangos, statybinės medžiagos, metalinės konstrukcijos bei dažai. Bendri ekonominiai nuostoliai kasmet sudaro milijardus dolerių. Europoje susiformavo padidėjusio rūgštingumo kritulių zona, apimanti Didžiąją Britaniją,
Olandiją, Daniją, dalį Vokietijos, Skandinavijos pietus, NVS šiaurės vakarų dalį, Lietuvą.
Nuo rūgščių lietų ir oro teršalų mažėja dirvos derlingumas, nes nyksta dirvos organizmai, nudega pušų viršūnės, patamsėja medžių lapai, paraudonuoja spygliai. Medžiai meta lapus bei spyglius, nudžiūva. Rūgštūs lietūs kenkia daržovėms: kopūstams, burokėliams, agurkams. Jie taip pat nepaprastai kenkia miškams.
Dėl rūgščių lietų poveikio iš dirvožemio greičiau į vandeningąjį horizontą išsiplauna organinės medžiagos ir sunkieji metalai – užteršiamas gruntinis vanduo.Nuo tokių lietų žūva žuvų mailius ir jo maistas, migruojantis dirvoje aliuminis, patekęs į vandenį, pažeidžia žuvų žiaunas.
Kaip sumažinti oro taršą kad nekiltų ekologinė katastrofa?
Tam reikia:
1. gamyklų ir elektrinių kaminuose įrengti filtrus, surenkančius kietas daleles;
2. kur įmanoma, vietoj naftos ir anglių naudoti dujas arba kitą mažiau kenksmingą kurą;
3. padidinti oro kiekį kuro ir oro mišinyje, kad kuras geriau sudegtu;
4. automobilių išmetimo vamzdžiuose įtaisyti katalinius keitiklius, kurie anglies monoksidą oksiduotų iki anglies dioksido;
5. kurti elektra varomus automobilius ir t.t.
Naudota literatūra
1. Aniol, A. (1997). The aluminium tolerance in wheat. Plant breeding:
theories, achievements and problems.Proceedings of international conference. Lietuvos žemdirbystės institutas. P. 14–22.
2. Foy, C. D. (1998). Plant adaptation to acid aluminum-toxic soils.
Commun. Soil Sci. Plant Anal., 19. P. 959–987.
3. Girgždys, A. ir kt. (1999). Atmosferos oro tarša ir jos sklaida.
Lietuvos ekologinis tvarumas istoriniame kontekste. Red.
L.Kairiūkštis, Z.Rudzikas. Vilnius. P.19–92.
4. Kairiūkštis, L. ir kt. (1999). Miško ekosistemų poveikis klimato pokyčiams ir atmosferos teršimui. Lietuvos ekologinis tvarumas istoriniame kontekste. Red. L. Kairiūkštis, Z. Rudzikas.Vilnius. P.
460–484.
5. Knašys, V. (1985). Dirvožemių kalkinimas. Vilnius.P. 4–25.
6. Kochian, L.V. (1995). Cellular mechanisms of Aluminum toxicity and resistance in plants. Plant Physiol. Plast Mol. Biol., 46. P.
237–260.
7. Mažvila, J., Eitminavičius, L., Ežerinskis, V. (1996). Lietuvos dirvožemių rūgštumas ir kalkinimas // Žemės ūkio mokslai, 2. P.
13–19.
8. Šopauskienė, D. (1994). Kritulių cheminė sudėtis. Rūgštūs lietūs.
Lietuvos Respublikos aplinkos apsaugos ministerija. P. 33–37.
9. Vaičys, M. ir kt. (1999). Dirvožemių technologinė tarša. Lietuvos ekologinis tvarumas istoriniame kontekste. Red. L. Kairiūkštis, Z.
Rudzikas. Vilnius. P. 161–242.
10. Pleijelis, H. (1994) Knyga apie Ekologiją // Žaliosios lietuvos įvadas į ekologijos pagrindus. Vilnius. P. 24 – 26, 62, 65, 68 – 69
73 – 74.
11. Lenkevičius,E., Motiejūnienė, E., Šegždaitė, V., (1997) Ekologijos
Pagrindai. Lietuvos Respublikos švietimo ir mokslo ministerija.
Kaunas. P. 98 – 101,106 – 107.
[1] Tai permaitinimas maistinėmis medžiagomis.
[2] Kitaip tai būtu koncentracija.
[3] Reiškinys, kada didėja dirvožemio ir vandenų rūgštingumas, t.y. mažėja jų pH reikšmė. Pagrindinė rūgštėjimo priežastis – sieros bei azoto junginių išmetimas, pavyzdžiui, deginant iškasamąjį kurą.
[4] Kai vanduo išplauna ir išneša medžiagas iš viršutinių dirvožemio sluoksnių.
[5] Smarkiai išplautas dirvožemio sluoksnis.
[6] Gilesni dirvos sluoksniai, į kuriuos iš viršutinių sluoksnių išplaunamos kai kurios maisto medžiagos.
[7] Tai mažai maistinių medžiagų turintys arba išvis neturintys ežerai.