УЖАС В КАПЛЕ ДОЖДЯ: «вечное вещество» атакует нашу планету

Photo by freddie marriage on Unsplash

Казалось бы, что интересного можно обнаружить в капле дождя? Однако новые научные исследования говорят о том, что немало. Дождевая капля — это целый химический реактор. И от происходящих в нем процессов зависит здоровье человека и в целом жизнь на нашей планете.

ЭПОХА КИСЛОТНЫХ ДОЖДЕЙ

Кислую реакцию дождевой воды в 1696 году обнаружил англо-ирландский химик и богослов Роберт Бойль. Правда, он не понял, что происходит и отчего вода становится мутной. Разгадал это в 1852 году фотограф-любитель из Манчестера, который зачем-то добавил раствор соли бария в дождевую воду. По характеру реакции он понял, что обнаружил в дожде серную кислоту. Конечно, поначалу научное сообщество подняло его на смех. В то время наука считала, что углекислый газ, который содержится в атмосфере, растворяется в каплях воды, образуя слабую угольную кислоту.

И кто такой вообще этот фотограф, чтобы претендовать на научные открытия? Но потом результат перепроверили и обнаружили в дождевой воде не только серную, но еще и азотную, муравьиную, щавелевую и уксусную кислоту. Сделать это было несложно. Индустриальная и технологическая революция ХIХ века была в самом разгаре. Сжигание ископаемого топлива в немыслимых до этого объемах способствовало выбросу в атмосферу углекислого и сернистого газа. Началась эпоха кислотных дождей.

СТРАШНАЯ ТАЙНА ЧЕРЕПИЧНЫХ КРЫШ

Сперва ученые отнеслись к ним весьма благосклонно. Если дождь несет на поля серу и азот, это же замечательное удобрение! Но вскоре оптимизма поубавилось. Выяснилось, что кислотные дожди закисляют почву, убивая в ней биоту, и резко снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Кроме того, они негативно влияют на иммунитет деревьев, в результате чего гибнут леса, и напрочь убивают все живое в закрытых водоемах. Рост сердечно-сосудистых заболеваний и болезней легких — тоже их вина.

Индустриальная революция погубила миллионы жизней, тысячи гектаров леса и тысячи прекрасных озер в США, Канаде и других странах. А еще она изменила облик городов. Именно кислотным дождям Тадж-Махал обязан своей желтизной, а сделанная из меди Статуя Свободы — своим зеленым цветом. В 2009 году кислотные дожди размыли основание горы в китайском уезде Улун и вызвали оползень, унесший жизни 74 человек. Красивые черепичные крыши появились в европейских домах не от хорошей жизни. Кислотные дожди легко разрушали металл и камень, а черепица могла им противостоять намного дольше.

КАК ПУТЕШЕСТВУЮТ ОБЛАКА

B 1972 году ООН признала кислотные дожди экологической проблемой международного масштаба. С тех пор с экологией в Европе и Америке стало намного лучше, но дождевая капля по-прежнему остается дождевой каплей. То есть очень сложным по своему химическому составу веществом. Помимо кислот она содержит, например, ионы аммония, железа, натрия, кальция, марганца, магния. И все это парит над землей в виде облака, пока не прольется дождем на землю. Примерно половина неба нашей планеты постоянно закрыта облаками, которые в основном блуждают в тропосфере, на расстоянии от 1 до 5 км от поверхности земли.

С течением времени облако бесследно растворяется, за исключением 15%, которые выпадают в виде осадков. В зависимости от влажности и температуры того места, где это происходит, они могут достичь земли или испариться по пути к ней. Любое облако живет примерно 1 час, но, испаряясь и конденсируясь, может путешествовать на расстояние в несколько километров. Для этого явления придумали специальный термин — «трансграничный перенос». Из-за него кислотное облако может образоваться где-то в США, а потом пролиться кислотным дождем на Канаду.

КАК РОЖДАЮТСЯ КАПЛИ

Чтобы вода превратилась в каплю, ей нужен центр конденсации. Над морями и океанами эту роль выполняют кристаллы соли. А если облака образуются над индустриальной зоной, то таким центром могут служить любые другие частицы. Например, оксиды железа и марганца, которые выбрасывают в воздух предприятия. В результате мы имеем в каждой капле нечто вроде химического реактора, который дает нам на выходе целый набор кислот. В облаках морской атмосферы их концентрация незначительна. Но над промышленными районами, где SO²намного больше, реакции идут иначе и образование серной кислоты происходит совсем по другому, более опасному сценарию.

Справедливости ради нужно сказать, что кислотные дожди может спровоцировать не только деятельность человека — иногда в этом повинны природные явления. Так, в 2014 году за 6 месяцев активности исландский вулкан Баурдарбунга выбросил в атмосферу более 11 млн тонн SO^₂. Однако человечество давно переплюнуло вулканы. В 2019 году объемы диоксида серы, которые выбросила в атмосферу южноафриканская энергетическая корпорация Eskom, превысили показатели энергетических секторов целых стран, в том числе США и Китая.

СКРУББЕРЫ — ХОРОШО, НО ДОРОГО

В какой-то момент всем стало очевидно: чтобы окончательно не загубить окружающую среду, а заодно — здоровье всего человечества, нужно как-то сокращать выбросы SO². Для этого для электростанций придумали скрубберы — установки, где выбросы газа предварительно обрабатывают щелочной водой. То есть каталитическое окисление происходит не в атмосфере, а в скруббере. Но поскольку скрубберы удорожают вырабатываемую энергию на 30%, то Китай, Россия и страны третьего мира их не используют. Почти не применяют они и электростатические фильтры, которые улавливают пыль из выбросов. И можно было бы сказать, что это личное дело вышеуказанных стран, если бы не одна досадная «мелочь» — тот самый трансграничный перенос.

НОВАЯ КИСЛОТА ДОЖДЕВОЙ КАПЛИ

Казалось бы, кислотный состав дождей изучен. Однако природа продолжает преподносить ученым сюрпризы. Недавно международный научный журнал Nature опубликовал данные о новой кислоте, которая была обнаружена в дожде. Это новое антропогенное вещество называется трифторуксусной кислотой (ТФК). Она представляет собой одно из так называемых «вечных веществ», прочные связи углерода и фтора в которых не способны разрушить естественные процессы, поэтому они сохраняются в природе невероятно долго.

Ученые и регулирующие органы расходятся во мнениях относительно угрозы, которую она представляет. ТФК обнаружилась в озерах и реках, бутилированной воде и пиве, зерновых культурах и печени животных, а также в крови и моче человека. И везде исследователи фиксировали рост ее концентрации. Эксперты ООН заявляют, что до 2100 года концентрация ТФК будет представлять минимальный риск. Однако некоторые государства и корпорации уже обратились с просьбой пересмотреть эту оценку.

ЭКОЛОГИ БЬЮТ ТРЕВОГУ

Европейские экологи заявили, что повышение уровня ТФК может нанести необратимый вред «планетарным границам». Но у новой дождевой кислоты есть мощное лобби. Это такие отрасли промышленности, как холодильная, агрохимическая и фармацевтическая. Ставки высоки, поскольку регулирование ТФК может иметь для них далеко идущие последствия. Противники антропогенного происхождения ТФК указывают на то, что в океанах содержится огромное количество кислоты, и это говорит о ее естественном происхождении.

Их оппоненты приводят другой довод — микробные процессы, которые могут привести к образованию такой кислоты, науке неизвестны. Но если по поводу океанов еще можно спорить, то резкий рост ТФК на суше, несомненно, вызван деятельностью человека. Научные данные о ее негативном воздействии на организм человека довольно противоречивы. Пока ученые спорят, уровень концентрации трифторуксусной кислоты в окружающем нас мире и нас самих продолжает расти. И чем это обернется в реальности, никто не знает.

Оригинальное исследование:

There’s a new acid in our rain — should we be worried?