Plik kwaśny deszcz Jest to mokre lub suche wytrącanie substancji, które generują pH poniżej 5,6. Opad ten może być mokry (rozcieńczony w wodzie deszczowej) lub suchy (osadzanie się cząstek lub aerozoli).
Termin „kwaśny deszcz” został po raz pierwszy zaproponowany przez angielskiego badacza Roberta Angusa Smitha w 1850 r., W środku rewolucji przemysłowej. Najliczniejsze kwasy powstające w atmosferze to azotowy i siarkowy w wyniku utleniania naturalnych lub sztucznych zanieczyszczeń..
Najbardziej istotnymi zanieczyszczeniami są tlenki: NO2, NO3, SO2, których naturalnymi źródłami są erupcje wulkanów, pożary lasów i degradacja bakteryjna. Sztuczne źródła to emisje gazów ze spalania paliw kopalnych (działalność przemysłowa i ruch samochodowy).
Kwaśne deszcze powodują negatywne skutki dla środowiska, takie jak zakwaszenie gleb i wód, wpływając na organizmy żywe, w tym ludzi. Podobnie gleby i woda są zanieczyszczone metalami ciężkimi, aw zbiornikach wodnych dochodzi do eutrofizacji..
Na poziomie wegetacji następuje bezpośrednie uszkodzenie liści, co wpływa na wzrost roślin. Ponadto zakwaszenie gleby unieruchamia składniki odżywcze i wpływa na mikoryzę (grzyby glebowe). Podobnie budynki, maszyny, pomniki i dzieła sztuki narażone na działanie pierwiastków są silnie utlenione lub erodowane pod wpływem wytrąconych kwasów..
Aby zaradzić skutkom kwaśnych deszczy, można podjąć pewne niezbędne środki, takie jak ochrona zabytków i korygowanie zakwaszenia gleb i wód. Jednak podstawowym rozwiązaniem na kwaśne deszcze jest ograniczenie emisji do atmosfery związków chemicznych, które są prekursorami powstawania kwasów..
Indeks artykułów
Zjawisko kwaśnych deszczy zaczyna się od emisji do atmosfery związków chemicznych, które są prekursorami powstawania kwasów. Te związki mogą być emitowane ze źródeł naturalnych lub sztucznych.
Naturalne źródła obejmują erupcje wulkanów, pożary roślinności i emisje oceaniczne. Jako sztuczne źródła działają emisje przemysłowe, emisje z pojazdów silnikowych spalinowych lub spalanie odpadów.
Źródła te emitują różne związki, które mogą generować kwasy w atmosferze. Najważniejsze są jednak tlenki azotu i tlenki siarki.
Tlenki azotu są znane jako NOx i obejmują dwutlenek azotu (NO2) i podtlenek azotu (NO). Z kolei tlenek siarki to SO2 lub dwutlenek siarki.
Zjawisko kwaśnych deszczy występuje w troposferze (strefa atmosferyczna rozciągająca się od powierzchni ziemi na wysokość 16 km).
W troposferze prądy powietrzne mogą przenosić te związki na dowolną część planety, co sprawia, że jest to problem globalny. W tym procesie tlenki azotu i siarki oddziałują z innymi związkami, tworząc odpowiednio kwas azotowy i siarkowy..
Reakcje chemiczne można przeprowadzać na stałych cząstkach w zawiesinie lub w kroplach wody w zawiesinie..
Kwas azotowy powstaje głównie w fazie gazowej, ze względu na małą rozpuszczalność w wodzie. Z kolei kwas siarkowy jest lepiej rozpuszczalny w wodzie, będąc głównym składnikiem kwaśnych deszczy.
Przy tworzeniu kwasu azotowego (HNO3) tlenki azotu reagują z wodą, z rodnikami takimi jak OH (w mniejszym stopniu z HO2 i CH3O2) lub z ozonem troposferycznym (O3).
W przypadku produkcji kwasu siarkowego (H2SO4) uczestniczą również rodniki OH, HO2, CH3O2, woda i ozon. Dodatkowo może powstać w reakcji z nadtlenkiem wodoru (H2O2) i różnymi tlenkami metali..
H2CO3 powstaje w wyniku fotochemicznej reakcji dwutlenku węgla z wodą atmosferyczną.
HCl stanowi tylko 2% kwaśnych deszczy, a jego prekursorem jest chlorek metylu (ClCH3). Związek ten pochodzi z oceanów i jest utleniany przez rodniki OH, tworząc kwas solny..
Po utworzeniu kwaśnych związków (kwas azotowy lub kwas siarkowy oraz w mniejszym stopniu kwas solny) będą się one wytrącać.
Wytrącanie może następować przez osadzanie zawieszonych cząstek, w których reakcja zakwaszania miała miejsce w fazie gazowej. Innym sposobem jest to, że podczas deszczu skondensowana woda, w której utworzyły się kwasy, wytrąca się.
Naturalna kwasowość deszczu jest bliska pH 5,6, chociaż na niektórych niezanieczyszczonych obszarach wartości pH sięgają 5. Te niskie wartości pH są związane z obecnością kwasów pochodzenia naturalnego..
Uważa się, że w zależności od poziomu pH deszcz można podzielić na:
a) lekko kwaśny (pH między 4,7 a 5,6)
b) średnio kwaśny (pH między 4,3 a 4,7)
c) silnie kwaśne (pH mniejsze lub równe 4,3).
Jeżeli w deszczu występuje stężenie> 1,3 mg / L azotanów i> 3 mg / L w przypadku siarczanów, zanieczyszczenie uważa się za duże.
Kwaśne deszcze w ponad dwóch trzecich przypadków składają się z obecności kwasu siarkowego, a następnie w dużej ilości kwasu azotowego. Inne składniki, które mogą wpływać na zakwaszenie deszczu, to kwas solny i kwas węglowy..
Produkcja kwasu siarkowego może zachodzić w fazie gazowej lub w fazie ciekłej.
Tylko 3-4% SO2 jest utleniane w fazie gazowej do kwasu siarkowego. Istnieje wiele dróg powstawania kwasu siarkowego z prekursorów gazowych, tutaj pokazano reakcję SO2 z ozonem troposferycznym.
Reakcja przebiega w dwóch etapach:
1.- Dwutlenek siarki reaguje z ozonem troposferycznym wytwarzając trójtlenek siarki i uwalniając tlen.
SO2 + O3 = SO3 + O2
2.- Następnie trójtlenek siarki jest utleniany za pomocą pary wodnej i wytwarza kwas siarkowy.
SO3 + H2O = H2SO4
W kroplach wody, które utworzą deszcz, kwas siarkowy można wytwarzać na kilka sposobów:
1.- SO2 rozpuszcza się w wodzie wytwarzając kwas siarkowy, który jest utleniany przez nadtlenek wodoru:
SO2 + H2O = H2SO2
H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O
2.- Mechanizm fotokatalityczny: w tym przypadku cząsteczki tlenków metali (żelazo, cynk, tytan) są aktywowane pod wpływem światła słonecznego (aktywacja fotochemiczna) i utleniają SO2 wytwarzając kwas siarkowy.
Ozon troposferyczny O3 powoduje przemianę NO2 w HNO3 w trzystopniowym procesie:
1. - NO2 + O3 = NO3 + O2
2. - NO3 + NO2 = N2O5
3. - N2O5 + H2O = 2HNO3
Wpływ kwaśnych deszczy na glebę jest różny w zależności od jej składu. Na przykład gleby pochodzenia wapiennego, bazaltowego i magmowego mają większą zdolność neutralizowania kwasowości..
Ze swojej strony gleby bogate w kwarc jako materiał obojętny nie są w stanie regulować zawartości kwasu. Tak więc w glebach, w których kwaśne deszcze zwiększają kwasowość, jony metali, które są toksyczne dla roślin i zwierząt, są uwalniane i odprowadzane..
Istotnym przypadkiem jest rozpuszczanie glinokrzemianów, które uwalniają jony glinu bardzo szkodliwe dla roślinności..
Ogólnie zakwaszenie gleby ogranicza dostępność składników odżywczych dla roślin. Dodatkowo sprzyja uwalnianiu i przemywaniu wapnia, który powoduje niedobory u roślin.
W większości przypadków kwaśny deszcz nie wygląda ani smakuje inaczej niż zwykły deszcz, ani też nie wywołuje wrażeń na skórze. Jego wpływ na zdrowie ludzi jest pośredni i rzadko powoduje uszkodzenia skóry z powodu ekstremalnej kwasowości..
Jednym z problemów związanych z kwaśnymi deszczami jest to, że obniżenie wartości pH poniżej 5 powoduje uwalnianie i odprowadzanie metali ciężkich. Te zanieczyszczenia, takie jak aluminium i kadm, mogą dostać się do podziemnych warstw wodonośnych.
Jeśli woda z tych zanieczyszczonych warstw wodonośnych przedostanie się do studni wykorzystywanych do spożycia przez ludzi, może to spowodować poważne szkody zdrowotne.
Konstrukcje, pomniki i rzeźby wykonane z wapienia lub marmuru są silnie narażone na kwaśne deszcze. Jest to dość poważne, ponieważ wiele historycznych budynków i dzieł sztuki jest zbudowanych z tych materiałów..
W przypadku wapienia kwaśne deszcze powodują rozpuszczanie się wapienia i rekrystalizację kalcytu. Ta rekrystalizacja tworzy białawe odcienie na powierzchni..
W szczególnym przypadku deszczu z kwasem siarkowym występuje zjawisko zasiarczenia. W wyniku tego procesu powierzchnia skały przekształca się w gips i uwalnia się CO2..
Marmur, choć bardziej odporny, jest również podatny na kwaśne deszcze. W tym przypadku następuje złuszczanie kamienia, dlatego odrywają się jego powierzchowne warstwy.
W niektórych budynkach pogorszenie konstrukcji jest niewielkie, ale ma również negatywne skutki. Na przykład osady suchego kwasu brudzą ściany, zwiększając koszty konserwacji.
Kwaśne deszcze powodują korozję metali w wyniku zjawiska utleniania. Powoduje to ogromne straty ekonomiczne, ponieważ poważnie wpływa to na konstrukcje, wyposażenie, maszyny i pojazdy z częściami metalowymi..
Kwaśne deszcze modyfikują naturalną równowagę ekosystemów wodnych i lądowych.
Stoczniowe zbiorniki wodne są bardziej podatne na zakwaszenie, ponieważ są zamkniętymi ekosystemami. Ponadto gromadzenie się kwasów w wodzie ma negatywny wpływ na życie w niej żyjące..
Inną konsekwencją zakwaszenia jest wytrącanie azotanów przez deszcz, co powoduje eutrofizację zbiorników wodnych. Nadmiar składników odżywczych zmniejsza ilość dostępnego tlenu i negatywnie wpływa na przeżycie zwierząt wodnych.
Innym pośrednim negatywnym skutkiem jest porywanie jonów metali ciężkich ze środowiska lądowego do zbiorników wodnych. Jony te są uwalniane do gleby w wyniku działania jonów hydroniowych, gdy wzrasta kwasowość..
Najpoważniejszymi problemami spowodowanymi zakwaszeniem gleby są unieruchomienie niezbędnych składników odżywczych i wzrost zawartości metali toksycznych..
Na przykład aluminium i magnez są uwalniane z cząstek gleby przez zastąpienie ich wodorem. Aluminium wpływa na strukturę i funkcję korzeni oraz ogranicza wchłanianie niezbędnego dla roślin wapnia.
Z drugiej strony zakwaszenie gleby powoduje uszkodzenie mikoryz (grzybów korzeniowych), które są istotne dla dynamiki lasu..
Kwas siarkowy powoduje bezpośrednie uszkodzenie liści poprzez degradację chlorofilu i wytwarzanie chlorozy (żółknięcie liści). U niektórych gatunków zmniejsza się wzrost i produkcja nasion zdolnych do życia.
Na działanie kwaśności wody szczególnie narażone są płazy (żaby i ropuchy). Niektóre uszkodzenia to bezpośrednie obrażenia i zmniejszona ochrona przed patogenami (zwłaszcza grzybami skórnymi).
Najważniejsze w przypadku kwaśnych deszczy jest zmniejszenie emisji do środowiska prekursorów kwasów. Najważniejsze z nich to tlenki siarki i azotu.
Stwarza to jednak pewne trudności, ponieważ pociąga za sobą wpływ na interesy gospodarcze i rozwojowe przedsiębiorstw i krajów. Na przykład jednym z głównych źródeł dwutlenku siarki jest spalanie węgla, który stanowi ponad 70% energii w Chinach..
Istnieje kilka alternatyw technologicznych, które mogą pomóc w ograniczeniu emisji. Na przykład w przemyśle tak zwane „złoża fluidalne” zawierają absorbenty (wapień lub dolomit), które zatrzymują SO2. W przypadku pojazdów silnikowych i ogólnie silników spalinowych, konwertery katalityczne również pomagają zmniejszyć emisję SO2.
Z drugiej strony, niektóre kraje wdrażają specjalne programy redukcji kwaśnych deszczy. Na przykład Stany Zjednoczone opracowały National Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP). Jednym z działań przewidzianych w KPRU jest wdrożenie paliw o niskiej zawartości siarki.
Innym możliwym środkiem jest zastąpienie floty samochodami elektrycznymi, aby ograniczyć zarówno kwaśne deszcze, jak i globalne ocieplenie. Jednak chociaż istnieje technologia umożliwiająca osiągnięcie tego celu, presja ze strony przemysłu motoryzacyjnego i naftowego opóźniła podjęcie decyzji w tej sprawie. Innymi czynnikami, które mają na to wpływ, są elementy kulturowe związane z prędkością, do której dąży pojazd..
W niektórych przypadkach pH gleby i wód można zwiększyć przez dodanie alkaliów, na przykład przez dodanie dużych ilości wapna. Jednak taka praktyka nie jest wykonalna na bardzo dużych obszarach..
Istnieją różne metody ochrony lub przynajmniej ograniczenia zniszczenia kamienia pod wpływem kwaśnych deszczy. Jedną z tych metod jest mycie go parą lub gorącą wodą..
Można również stosować środki chemiczne, takie jak kwas fluorowodorowy lub wodorofluorek amonu. Po umyciu kamień można uszczelnić, stosując specjalne produkty zatykające pory, takie jak wodorotlenek baru.
Skorodowane powierzchnie metalowe można zabezpieczyć poprzez nałożenie powłoki z niekorozyjnego metalu, takiego jak cynk..
W tym celu można zastosować osadzanie elektrolityczne lub zanurzyć metalową konstrukcję, która ma być chroniona, w metalu ochronnym w stanie ciekłym..
Jeszcze bez komentarzy