Кислотность осадков

Химический состав осадков и водородный показатель рН=-lg[H⁺] (концентрация выражена в моль/литр) дождевой и снеговой воды начали измерять с 40 годов прошлого века. Уже в начале 60 годов в СССР была создана сеть из около 70 станций для сбора и анализа химического состава атмосферных осадков. В наше время постоянная сеть станций наблюдающих за химическим составом осадков и рН превышает сотню, к тому же рН определяется на ещё сотне метеостанций. На пунктах анализа состава осадков для предотвращения «сухих» выпадений пыли, крышка осадкосборника открывается только с началом осадков и закрывается при их окончании, а проба сливается в чистую емкость. Пробы осадков для химического анализа могут быть среднесуточные или среднемесячные (при соответствующей консервации), но рН измеряется сразу после дождя или снегопада пока не начался процесс нейтрализации.

Естественная кислотность осадков в первую очередь определяется количеством углекислого газа в атмосфере и температурой воздуха. При 20⁰С растворение углекислого газа концентрацией 330 млн^-1 после двухэтапной диссоциации угольной кислоты создаст [H⁺]=2,5´10^-6 моль/литр, т.е. для чистой воды без примесей рН=-6+lg(2,5)=5,6. Дождевая вода из-за примесей несет в себе набор экстраординарный набор катионов и анионов и следовательно количество ионов водорода определяется условием ионного баланса.

[H⁺] изб+ [H⁺] воды + [H⁺] по СО₂ +[NH₄⁺]+[K⁺]+[Na⁺]+2[Ca⁺]+2[Mg⁺]+Z_i [Me_i^Zi+]=

[OH^-]+[HCO₃^-]+2[CO₃^-] +[Cl^-]+[NO₃^-]+2[SO₄^2-]+ Z_J [A_J^ZJ+] (6)

Если ионном балансе (6) учесть только основные кислотообразующие компоненты, а ионы связанные с диссоциацией воды и угольной кислоты выразить в виде константы, то количество ионов водорода в осадках при 20⁰С может оценено как разность между катионной и анионной частью

[H⁺] =-[NH₄⁺]-[K⁺]-[Na⁺]-2[Ca⁺]-2[Mg⁺]+[Cl^-]+[NO₃^-]+2[SO₄^2-]+2,5´10^-6 моль/литр. (7)

Вычисленные в начале 20 века, по такому балансу средние рН осадков составляли от 5 до 5,5 т.е. влияние анионов практически уравновешивалось катионами. Однако, во второй половине 20 века даже в наименее подверженных антропогенному влиянию регионов, как Гавайские острова на высоте 2500 м над уровнем моря были зафиксированы осадки со средним рН=2,3, тогда как у поверхности земли из-за вклада морской соли фиксировались рН ~5,2. Таким образом имеются отдельные случаи, когда осадки сильно кислые. В целом же нижний предел средней рН в дождевой воде оценивается как 4,5.

Основными кислотами дающими избыточную кислотность осадков является серная и азотная кислоты. Наблюдения выполненные в 1981-1982 в рамках Европейской программы мониторинга и оценки дальнего переноса загрязняющих веществ (ЕМЕП) показали, что рН осадков в северо-западных областях СССР ниже 5 единиц. Корреляция между между рН и количеством выпадений серы наблюдалась практически во всех пунктах ЕМЕП (кроме одного, таб. 3). Многочисленные исследования прошлых лет были направлены именно на установления связи между содержанием сульфатов и содержанием ионов Н⁺ в дожде и снеге, для предсказания закисления поверхностных вод и почв по данным о выпадении сульфатов, см формулу в таб.3).

Таб.3 Наблюдения за рН и содержанием серы в осадках (данные ЕМЕП)

пункт	рН осадков	выпадение серы с осадками, г/год/м^2	[S] мг/л=k´pH+m
-k	m
Янискоски	4,61	0,55	0,36
Лесогорский	4,82	1,4	-	-
Сырве	4,67	0,65	0,29	2,7
Высокое	4,94	1,03	0,19	3,1
Свитязь	4,47	0,95	0,33	3,3
Рава-Русская	4,63	1,18	0,15	2,8
Берегово	4,55	1,32	0,36	3,9

Как показали численные расчеты траекторий воздуха на 850 гПа (1-1,5 км на у.м.) осадки максимальной кислотности на советских станциях ЕМЕП, привносились с территории Англии и Германии.

Дата добавления: 2014-01-07