Проблема SO2 — результат того, что при сжигании ископаемого топлива и при обработке серусодержащих руд сернистый газ улетучивается в воздух. К тому же и предприятия, производящие полимерные материалы, выпускают его в воздух тоннами. Подсчитано, что США ежегодно «выдыхают» в атмосферу 26 миллионов тонн; равным образом причастна к этому и Европа, выпускающая 60 миллионов тонн. При этом 93% поступающего в атмосферу SO2 выбрасывается в северном полушарии и только 7% — в южном. За время с 1960 по 1965 г. общее количество приблизительно удвоилось. [Правда, несмотря на все возрастающий выброс при сжигании топлива, сейчас в целом еще преобладают серусодержащие компоненты (другие соединения серы!), происходящие из природных источников.]
Все чаще происходит выпадение «кислотных дождей». Из SO2 и влаги воздуха в конечном счете образуется серная кислота, составляющая около 60% всех содержащихся в дождевой воде кислот. Остальные 35% представлены азотной кислотой, которая, по всей вероятности, образуется из окислов азота, выбрасываемых с выхлопными газами автомобилей. В какой степени к этому причастно также и применение азотистых удобрений, пока еще не выяснено. Во всяком случае, почвенные микроорганизмы, преобразуя удобрения, вероятно, могут выделять в атмосферу газообразный азот, который способен соединяться с кислородом, образуя окислы азота.
Метеорологи, занимающиеся вопросами охраны окружающей среды, дают для Средней Европы следующую модель нынешней ситуации с кислотными дождями:
После образования антициклона над Средней Европой вредные вещества в течение нескольких дней концентрируются в нижней части атмосферы. Затем, когда область высокого давления сдвигается к востоку, образовавшиеся тем временем кислотные туманы перемещаются вместе с общей циркуляцией воздуха через Северное море к Скандинавии и там выпадают в виде дождей. Этот процесс может повторяться до 20 раз в году (и всегда затрагивает одни и те же территории).
Воздействие кислотных дождей особенно губительно в Скандинавии, прежде всего потому, что там почвы из-за своего химического состава плохо нейтрализуют или даже вовсе не в состоянии нейтрализовать выпадающую кислоту.
Рис. 24. Закисление пресных вод на юге Швеции. Снижение pH до 5,5 за последнее десятилетие означает, что уже достигнута критическая пороговая величина для большинства организмов — обитателей озер (Из журнала «Космос», 1981, Штутгарт)
Рис. 24а. Районы выброса серы и районы выпадения кислотных дождей. Ежегодный выброс серы (слева): светлые треугольники — от 3 до 30 т/км2; черные треугольники — более 30 т/км2. Дожди (справа): светлые кружки — pH около 4,5; полузачерненные кружки — pH около 4,0.
Рис. 25. Чувствительность различных деревьев и кустарников к дыму, содержащему SO2.
Особенно пагубно воздействие подкисленной воды на популяции рыб. Уже относительно небольшие отклонения от нормального нейтрального pH вызывают замедление роста или гибель молоди. Первыми начинают страдать форель и другие лососи. Новое подселение мальков в водоемы с нарушенными условиями не решает проблемы, так как рыбы в таких водоемах больше не размножаются. Там, где в Швеции подобный дождь с низким pH (вплоть до рН 2!) попадал в озера с ложем из кислых пород, это нередко приводило к уничтожению всей популяции рыб.
В Норвегии имеет место сходная ситуация. Озера и реки южной Норвегии в результате кислотных дождей уже несколько лет назад почти полностью потеряли свои рыбные запасы — теперь там имеются тысячи озер, в которых больше не водится никакая рыба (Hendrey, 1981).
Это прямое воздействие кислотного дождя еще усугубляется благодаря непрямому сопутствующему эффекту. Тяжелые металлы, например ртуть, которые могут содержаться в почве и горных породах, не вымываются обычной дождевой водой, но зато вымываются кислыми растворами (опять-таки с фатальными последствиями для рыб).
Весьма заметным и в связи с этим неоднократно подвергавшимся публичному обсуждению следствием загрязнения воздуха SO2 является «выпадение ели», которое наблюдается не только в Баварском Лесу или Рудных горах (и в соответствующих лесах на чехословацкой стороне), но происходит почти в мировом масштабе — всюду, где только в хвойные леса попадают в больших количествах отработанные промышленные газы. Опасность тем больше, чем ниже pH кислого гумуса в лесной почве, так как SO2 в этом случае не разлагается. Так называемое «выпадение пихты» обусловлено той же причиной.
Рис. 26. Повышение смертности в связи со смогом 5...9 декабря 1959 года в Лондоне. (Hodges, 1977.)
Путем направленного разведения устойчивых пород хвойных деревьев или замены хвойных пород лиственными можно смягчить симптомы, не затрагивая причин.
Относительно механизма действия SO2 на хвойные породы деревьев предложена теория, которая отводит главную роль закислению почвы при попадании в нее SO2 с кислотными дождями. В результате просачивания такой дождевой воды в лесную почву в минеральном грунте высвобождается связанный под гумусовым горизонтом алюминий. Образующиеся при этом токсичные ионы алюминия разрушают жизненно важную для питания дерева систему тонких корешков и открывают бактериям путь к корням и стволу. Они создают в комле дерева патогенное мокрое ядро, которое блокирует транспорт воды в верхние части дерева. Это «драматическое нарушение водного баланса» (Schütt) объясняет, почему ель отмирает снизу вверх и изнутри кнаружи (а не наоборот). А сразу после сильных морозов в задымленных еловых насаждениях гибнет необычно большое число деревьев.
В периоды засух и раньше наблюдались случаи закисления почвы, и тогда тоже высвобождались ионы алюминия. Однако раньше деревья могли вновь «отдохнуть» после засухи, чему сегодня препятствуют промышленные загрязнения. Закисляющему эффекту SO2 могло бы противодействовать известкование почвы, но во многих местах это мероприятие проводят слишком поздно.
В ФРГ в федеральной земле Северный Рейн-Вестфалия даже вдали от Рурской области лесам угрожает серьезная опасность. В результате двухлетних обстоятельных исследований было обнаружено, что в 58% еловых насаждений обрастание хвоей так резко отличается от нормы, что «следует считаться с реальной угрозой для лесов». В лиственных лесах по соседству с такими еловыми насаждениями отмирание лишайников на древесной коре сигнализирует и об опасности для дубов: на коре 57% обследованных дубов лишайники уже отсутствуют!
Так как именно хвойные насаждения столь чувствительны к SO2, Пауке и соавторы (Pauke et al.) предложили заменить их «экологически более стабильными буковыми насаждениями». Авторы, очевидно, сознают свое бессилие и намереваются бороться только с симптомами, но не с причинами, из породившими.
С начала 80-х годов было отмечено колоссальное усыхание лесов в Средней Европе (включая и лиственные насаждения) что вызвало острые дискуссии о его причинах (даже среди экспертов): с одной стороны, утверждали, что причиной гибели лесов будто бы является какой-то возбудитель болезни, о чем свидетельствуют эпидемиологические данные; с другой стороны, Шютт (Schutt) в своем выступлении по радио 12 февраля 1984 года в Западном Берлине решительно оспаривал мнение, что какой-то биотический компонент может быть единственной или основной причиной гибели лесов, — он утверждал, что скорее это еще не изученные компоненты воздушного загрязнения (возможно, тяжелые металлы?) во взаимодействии с другими вредными веществами (скорее всего сернистым газом).
В результате в ФРГ (1983) распространилось мнение о том, что, прежде чем принимать какие-либо меры, следует тщательно изучить причины гибели леса. Я считаю такой подход демагогическим и опасным. Если в Японии за последние 8 лет (до 1983 г.) удалось снизить загрязнение воздуха сернистым газом над островами при помощи специальных очистных установок с 1 500 000 до 80 000 тонн в год (т.е. почти на 95%), то это должно послужить стимулом и для Европы в ее борьбе с кислотными дождями! Это непременно скажется благотворным образом и на состоянии лесов. А между тем своим чередом должно идти тщательное исследование причин, выяснение того, какие еще факторы причастны к гибели лесов и что еще можно и нужно сделать, чтобы ей воспрепятствовать.
Античные сооружения Акрополя в Афинах за время 1960 по 1980 г. пострадали от загрязнения воздуха больше чем за два с половиной предыдущих тысячелетия. Причина этого в том, что SO2, выделяемый, например, цементным заводом в Пирее и муниципальными газовыми заводами, с дождями выпадает на землю в форме серной кислоты и превращает классический мрамор произведений искусства в крошащийся гипс. В настоящее время пытаются разработать защитную смесь для сооружений, которым угрожает воздействие серной кислоты.
