Многие из нас в детстве боялись попасть под дождь, думая, что он может повлечь за собой облысение, ожоги, выцветание одежды и другие страшилки. Но верны ли были эти суждения? Сам термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году шотландским химиком Робертом Ангусом Смитом, изучавшим эффекты смога и состав дождевой воды в Манчестере. Итогом его трудов стала книга «Воздух и дождь: начало химической климатологии». Однако в то время другие ученые не поддержали коллегу и к теории кислотных дождей отнеслись скептически. Сегодня же в их существовании нет никаких сомнений.
Откуда появляются кислотные дожди?
По словам профессора, заведующего кафедрой экологии и природопользования Академии биологии и биотехнологии им. Д.И. Ивановского ЮФУ Сергея Колесникова, кислотным дождем называют любые атмосферные осадки с пониженным показателем кислотности (pH), например дождь, снег или туман. Причина такого снижения рН – взаимодействие в атмосфере ряда загрязняющих веществ (прежде всего оксидов серы и азота, а также сероводорода, хлороводорода и др.) с водой, приводящее к образованию кислот. Например, при взаимодействии оксида серы с водой образуется сернистая кислота.
«Естественными источниками таких загрязняющих веществ могут быть вулканы, природные пожары, молнии, а антропогенными — выбросы металлургической и химической промышленности, выхлопных газов автомобилей и сжигание ископаемого топлива, теплоэнергетика и прочее», – рассказал Сергей Колесников.
Насколько кислотный дождь кислый?
На самом деле, любые осадки можно назвать кислотными, хоть и с натяжкой. Причина тому угольная кислота, относящаяся к слабым кислотам, которая образуется при взаимодействии в атмосфере углекислого газа и воды. Таким образом, рН обычного дождя варьируется в районе 5,6–6,0.
«Однако такие осадки к кислотным не относят. Обычно кислотными считают осадки с рН ниже 5,6. Наибольшая зарегистрированная кислотность дождя на сегодняшний день составляет 2,1, а тумана – 1,8. Для сравнения рН лимонного сока равен 2», – отметил эксперт.
Воздействие на природу и человека
Выпадение кислотных дождей можетпривести к ухудшению состояния и даже гибели растительности, снижению урожайности многих сельскохозяйственных культур. Экологические последствия для экосистем зависят от степени кислотности дождя и буферности экосистемы. Последняя определяется содержанием в почве и воде карбонатов кальция и магния, нейтрализующих кислотность осадков.
«Отрицательное воздействие кислотных дождей на растительность проявляется как в прямом биоцидном воздействии на растения, так и в косвенном через снижение рН почв. Они могут увеличивать кислотность почв в тундрах, в хвойных, широколиственных и вечнозеленых лесах, где мало карбонатов кальция и магния. Подкисление почвы может снижать продуктивность растений, увеличивать подвижность большинства тяжелых металлов, в результате чего они легче поступают в растения и вымываются в грунтовые воды и водоемы. Помимо этого, кислотные дожди могут вызывать подкисление пресных водоемов, если они содержат мало ионов кальция и магния, что ведет к гибели рыб, водорослей и других живых организмов, эвтрофикации водоемов», – поделился эксперт.
Помимо серьезного ущерба, который кислотные дожди наносят природе, они также вредны для человека. Прямое воздействие таких осадков может вызвать раздражение кожи. Помимо этого, они разрушают здания, памятники культуры, трубопроводы, мосты, автомобили и другие сооружения из известняка, мрамора, металлов и других веществ, взаимодействующих с кислотами.
Есть ли в них польза
Кислотные дожди в определенной степени могут быть и полезны. Например, подкисление почв делает фосфор более доступным для растений, в результате повышения растворимости содержащихся в почве фосфатов кальция. Кислотные дожди, содержащие азотную и азотистую кислоты, служат дополнительным источником азота для растений. Однако, отрицательных последствий от кислотных дождей несравнимо больше, чем положительных. Негативные последствия кислотных дождей зафиксированы в США, Европе, Австралии, России, Китае, Индии и других странах.
«Мероприятия по борьбе с кислотными дождями заключаются в разработке малоотходных и безотходных технологий, сокращении выбросов в атмосферу от промышленных предприятий, автотранспорта, пожаров и прочего, совершенствовании фильтров для очистки выбросов. В настоящее время, проблема кислотных дождей стала значительно менее острой по сравнению со второй половиной XX века, благодаря использованию фильтров, улавливающих частицы пыли, а позднее и оксиды серы и азота», – заключил заведующий кафедры экологии и природопользования АБиБ ЮФУ Сергей Колесников.
Прогнозирование «подарков» природы
В Южном федеральном университете ученые особенно активно изучают проблемы экологии и обеспечения агробиобезопасности, в том числе разрабатывают проекты для прогнозирования атмосферных осадков. Весомое количество исследований, проведенных в рамках проекта «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология» федеральной программы «Приоритет-2030» ЮФУ (Нацпроект «Наука и университеты»), уже сегодня дают свои плоды.
Так, в настоящий момент молодой ученый, постдок и ведущий научный сотрудник кафедры океанологии ЮФУ Денис Кривогуз занимается разработкой программного обеспечения с применением искусственного интеллекта, которое облегчит долгосрочное прогнозирование температуры воздуха и уровня атмосферных осадков в Ростовской области. Эта разработка имеет важное значение для обеспечения точных и своевременных данных о погоде, что поможет в принятии решений и планировании в различных сферах жизни, от сельского хозяйства до экологии.
«Мы используем методы машинного обучения и анализа больших данных для создания моделей, способных предсказывать температуру воздуха и атмосферные осадки в долгосрочном периоде. Программное обеспечение анализирует исторические метеорологические данные, включая температуру, давление, влажность и осадки, а также данные о природных явлениях, таких как циклоны и антициклоны. Программа обрабатывает и анализирует эти данные, выявляя связи и закономерности между различными параметрами и погодными условиями. На основе этих аналитических моделей ПО генерирует прогнозы температуры и атмосферных осадков на будущие периоды времени, что позволяет лучше понимать и прогнозировать климатические изменения в Ростовской области», – рассказал Денис Кривогуз.
Одним из ключевых технических аспектов этой разработки является способность программного обеспечения адаптироваться и обновляться с течением времени. По словам разработчиков, сегодня данная технология только на первых стадиях разработки, однако первые результаты стоит ждать уже этой осенью. В будущем ее можнобудет использовать в различных областях: от сельского хозяйства и энергетики до градостроительства и экологии.
