De zure regen Het is de natte of droge neerslag van stoffen die een pH lager dan 5,6 genereren. Deze neerslag kan nat zijn (verdund in regenwater) of droog (afzetting van deeltjes of aerosolen).
De term "zure regen" werd voor het eerst voorgesteld door de Engelse onderzoeker Robert Angus Smith in 1850, midden in de industriële revolutie. De meest voorkomende zuren die in de atmosfeer worden gevormd, zijn salpeterzuur en zwavelzuur door oxidatie van natuurlijke of kunstmatige verontreinigende stoffen..
De meest relevante verontreinigende stoffen zijn oxiden: NO2, NO3, SO2, waarvan de natuurlijke bronnen vulkaanuitbarstingen, bosbranden en bacteriële afbraak zijn. Kunstmatige bronnen zijn gasemissies door verbranding van fossiele brandstoffen (industriële activiteit en autoverkeer).
Zure regen heeft negatieve gevolgen voor het milieu, zoals verzuring van bodems en wateren, en heeft gevolgen voor levende wezens, inclusief mensen. Evenzo zijn bodem en water verontreinigd met zware metalen en treedt eutrofiëring op in waterlichamen..
Op vegetatieniveau treedt directe schade aan de bladeren op en wordt de plantengroei beïnvloed. Daarnaast immobiliseert bodemverzuring nutriënten en tast het mycorrhizae (bodemschimmels) aan. Evenzo worden gebouwen, machines, monumenten en kunstwerken die aan de elementen zijn blootgesteld, ernstig geoxideerd of geërodeerd door het effect van neergeslagen zuren..
Om het effect van zure regen te verhelpen, kunnen enkele essentiële maatregelen worden genomen, zoals de bescherming van de monumenten en het corrigeren van de verzuring van bodems en wateren. De basisoplossing voor zure regen is echter het verminderen van de uitstoot in de atmosfeer van chemische verbindingen die voorlopers zijn voor de vorming van zuren..
Artikel index
Het fenomeen zure regen begint met de emissie in de atmosfeer van chemische verbindingen die voorlopers zijn voor de vorming van zuren. Deze verbindingen kunnen worden uitgestoten door natuurlijke of kunstmatige bronnen.
Natuurlijke bronnen zijn onder meer vulkaanuitbarstingen, vegetatiebranden en oceaanemissies. Als kunstmatige bronnen werken industriële emissies, emissies van verbrandingsmotorvoertuigen of het verbranden van afval.
Deze bronnen stoten verschillende verbindingen uit die zuren in de atmosfeer kunnen genereren. De belangrijkste zijn echter stikstofoxiden en zwaveloxiden.
Stikstofoxiden staan bekend als NOx en omvatten stikstofdioxide (NO2) en lachgas (NO). Zwaveloxide van zijn kant is SO2 of zwaveldioxide.
Het fenomeen van zure regen doet zich voor in de troposfeer (atmosferische zone die loopt van het aardoppervlak tot een hoogte van 16 km).
In de troposfeer kunnen luchtstromen deze verbindingen over elk deel van de planeet vervoeren, waardoor het een wereldwijd probleem wordt. In dit proces werken stikstof- en zwaveloxiden samen met andere verbindingen om respectievelijk salpeterzuur en zwavelzuur te vormen..
Chemische reacties kunnen worden uitgevoerd op vaste deeltjes in suspensie of in druppels water in suspensie..
Salpeterzuur wordt voornamelijk gevormd in de gasfase, vanwege de lage oplosbaarheid in water. Zwavelzuur van zijn kant is beter oplosbaar in water, omdat het het hoofdbestanddeel is van zure regen.
Voor de vorming van salpeterzuur (HNO3) reageren stikstofoxiden met water, met radicalen zoals OH (in mindere mate met HO2 en CH3O2), of met troposferisch ozon (O3).
Bij de productie van zwavelzuur (H2SO4) nemen ook de radicalen OH, HO2, CH3O2, water en ozon deel. Bovendien kan het worden gevormd door te reageren met waterstofperoxide (H2O2) en verschillende metaaloxiden..
H2CO3 wordt gevormd dankzij de fotochemische reactie van kooldioxide met atmosferisch water.
HCl vertegenwoordigt slechts 2% van de zure regen en de voorloper is methylchloride (ClCH3). Deze verbinding komt uit de oceanen en wordt door OH-radicalen geoxideerd tot zoutzuur..
Zodra de zure verbindingen (salpeterzuur of zwavelzuur, en in mindere mate zoutzuur) zijn gevormd, zullen ze neerslaan.
Precipitatie kan plaatsvinden door afzetting van de gesuspendeerde deeltjes waarin de verzuringsreactie heeft plaatsgevonden in de gasfase. Een andere manier is dat in de regen het gecondenseerde water waar de zuren werden gevormd neerslaat.
De natuurlijke zuurgraad van regen ligt dicht bij een pH van 5,6, hoewel in sommige niet-verontreinigde gebieden waarden van 5 zijn. Deze lage pH-waarden worden in verband gebracht met de aanwezigheid van zuren van natuurlijke oorsprong..
Er wordt aangenomen dat regen, afhankelijk van de pH-waarde, kan worden ingedeeld in:
a) Licht zuur (pH tussen 4,7 en 5,6)
b) Medium zuur (pH tussen 4,3 en 4,7)
c) Sterk zuur (pH lager dan of gelijk aan 4,3).
Als de regen een concentratie van> 1,3 mg / l nitraten heeft en> 3 mg / l voor sulfaten, wordt de verontreiniging als hoog beschouwd.
Zure regen bestaat in meer dan tweederde van de gevallen uit de aanwezigheid van zwavelzuur, gevolgd in overvloed door salpeterzuur. Andere componenten die kunnen bijdragen aan de zuurgraad van de regen zijn zoutzuur en koolzuur..
Zwavelzuurproductie kan plaatsvinden in de gasfase of in de vloeistoffase.
Slechts 3-4% van SO2 wordt in de gasfase geoxideerd om zwavelzuur te produceren. Er zijn veel routes voor de vorming van zwavelzuur uit gasvormige precursoren, hier wordt de reactie van SO2 met troposferisch ozon getoond.
De reactie verloopt in twee fasen:
1.- Zwaveldioxide reageert met troposferisch ozon waarbij zwaveltrioxide ontstaat en zuurstof vrijkomt.
SO2 + O3 = SO3 + O2
2.- Vervolgens wordt het zwaveltrioxide geoxideerd met waterdamp en vormt het zwavelzuur.
SO3 + H2O = H2SO4
In de waterdruppels die de regen vormen, kan zwavelzuur op verschillende manieren worden geproduceerd:
1. - SO2 lost op in water en vormt zwaveligzuur, en dit wordt geoxideerd door waterstofperoxide:
SO2 + H2O = H2SO2
H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O
2.- Fotokatalytisch mechanisme: in dit geval worden metaaloxidedeeltjes (ijzer, zink, titanium) geactiveerd dankzij de werking van zonlicht (fotochemische activering) en oxideren ze SO2 waarbij zwavelzuur wordt gegenereerd.
Troposferische ozon O3 zorgt voor de omzetting van NO2 in HNO3 in een drietrapsproces:
1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2. - NO3 + NO2 = N2O5
3. - N2O5 + H2O = 2HNO3
Het effect van zure regen op de bodem is afhankelijk van de samenstelling. Zo hebben bodems van kalk-, basalt- en stollingsoorsprong een groter vermogen om de zuurgraad te neutraliseren..
Gronden die rijk zijn aan kwarts als inert materiaal zijn op hun beurt niet in staat het zuurgehalte te regelen. Zo komen in bodems waar zure regen de zuurgraad verhoogt, metaalionen vrij die giftig zijn voor planten en dieren en worden afgevoerd..
Een relevant geval is het oplossen van aluminosilicaten, waarbij aluminiumionen vrijkomen die zeer schadelijk zijn voor de vegetatie..
Over het algemeen vermindert de zuurgraad van de grond de beschikbaarheid van voedingsstoffen voor planten. Bovendien bevordert het het vrijkomen en wassen van calcium, wat tekorten bij planten veroorzaakt.
In de meeste gevallen ziet of smaakt zure regen er niet anders uit dan normale regen, en genereert het ook geen sensaties op de huid. De effecten op de menselijke gezondheid zijn indirect, en het veroorzaakt zelden huidbeschadiging als gevolg van extreme zuurgraad..
Een van de problemen met zure regen is dat door verlaging van de pH-waarde onder de 5 zware metalen vrijkomen en afgevoerd worden. Deze verontreinigende stoffen zoals aluminium en cadmium kunnen ondergrondse watervoerende lagen binnendringen.
Als het water uit deze vervuilde watervoerende lagen terechtkomt in putten die voor menselijke consumptie worden gebruikt, kan dit ernstige gezondheidsschade veroorzaken.
Constructies, monumenten en sculpturen gemaakt met kalksteen of marmer worden zwaar aangetast door zure regen. Dit is vrij ernstig, aangezien veel historische gebouwen en kunstwerken met deze materialen zijn gebouwd..
In het geval van kalksteen veroorzaakt zure regen oplossen van kalksteen en herkristallisatie van calciet. Deze herkristallisatie geeft witachtige tinten op het oppervlak..
In het specifieke geval van regen met zwavelzuur treedt het fenomeen van sulfatering op. Door dit proces wordt het gesteente oppervlak omgezet in gips en komt CO2 vrij..
Marmer, hoewel beter bestand, wordt ook aangetast door zure regen. In dit geval treedt de afschilfering van de steen op, daarom worden oppervlakkige lagen ervan losgemaakt.
In sommige gebouwen is de structurele achteruitgang gering, maar ook met negatieve gevolgen. Droge zuurafzettingen maken bijvoorbeeld muren vuil, wat de onderhoudskosten verhoogt.
Zure regen veroorzaakt corrosie van metalen door oxidatie. Dit veroorzaakt enorme economische verliezen, aangezien constructies, apparatuur, machines en voertuigen met metalen onderdelen ernstig worden aangetast..
Zure regen verandert de natuurlijke balans van aquatische en terrestrische ecosystemen.
Lentische watermassa's zijn gevoeliger voor verzuring, omdat het gesloten ecosystemen zijn. Bovendien heeft de ophoping van zuren in het water negatieve gevolgen voor het leven dat het herbergt..
Een ander gevolg van verzuring is het neerslaan van nitraten door regen, waardoor eutrofiëring in waterlichamen ontstaat. Overtollige voedingsstoffen verminderen de beschikbare zuurstof en hebben een negatieve invloed op de overleving van waterdieren.
Een ander indirect negatief effect is het meesleuren van zware metaalionen uit het landmilieu in waterlichamen. Deze ionen komen vrij in de bodem door de werking van hydroniumionen wanneer de zuurgraad toeneemt..
De ernstigste problemen die door bodemverzuring worden veroorzaakt, zijn de immobiliteit van essentiële voedingsstoffen en de toename van giftige metalen..
Zo komen aluminium en magnesium vrij uit bodemdeeltjes doordat ze worden vervangen door waterstof. Aluminium beïnvloedt de structuur en functie van de wortels en vermindert de opname van calcium dat essentieel is voor planten.
Aan de andere kant veroorzaakt bodemverzuring schade aan mycorrhizae (wortelgeassocieerde schimmels), die essentieel zijn voor de dynamiek van het bos..
Zwavelzuur veroorzaakt directe schade aan bladeren door chlorofyl af te breken en chlorose te produceren (vergeling van het blad). Bij sommige soorten neemt de groei en productie van levensvatbare zaden af.
Amfibieën (kikkers en padden) zijn bijzonder gevoelig voor de effecten van zuurgraad in het water. Sommige schade zijn directe verwondingen en verminderde afweer tegen ziekteverwekkers (vooral huidschimmels).
Het komt erop neer dat zure regen het vrijkomen van zure precursor-chemicaliën in het milieu vermindert. De belangrijkste hiervan zijn zwavel- en stikstofoxiden.
Dit levert echter enkele problemen op, aangezien het gevolgen heeft voor de economische en ontwikkelingsbelangen van bedrijven en landen. Een van de belangrijkste bronnen van zwaveldioxide is bijvoorbeeld de verbranding van steenkool, die meer dan 70% van de energie in China vertegenwoordigt..
Er zijn enkele technologische alternatieven die de uitstoot kunnen helpen verminderen. In de industrie bijvoorbeeld bevatten de zogenaamde "wervelbedden" absorberende middelen (kalksteen of dolomiet) die SO2 vasthouden. In het geval van motorvoertuigen en verbrandingsmotoren in het algemeen, helpen katalysatoren ook om de SO2-uitstoot te verminderen.
Aan de andere kant hebben sommige landen specifieke programma's voor het verminderen van zure regen geïmplementeerd. De Verenigde Staten hebben bijvoorbeeld het National Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP) ontwikkeld. Een van de maatregelen die in het NAPAP worden overwogen, is de implementatie van het gebruik van laagzwavelige brandstoffen.
Een andere mogelijke maatregel is de vervanging van het wagenpark door elektrische auto's om zowel de zure regen als de opwarming van de aarde te verminderen. Hoewel de technologie bestaat om dit te bereiken, heeft de druk van de auto- en olie-industrie de beslissingen in dit opzicht vertraagd. Andere factoren die van invloed zijn, zijn culturele elementen die verband houden met de snelheid die een voertuig moet bereiken..
In sommige gevallen kan de pH van bodems en wateren worden verhoogd door alkaliën toe te voegen, bijvoorbeeld door grote hoeveelheden kalk op te nemen. Deze praktijk is echter niet haalbaar in zeer grote stukken land..
Er zijn verschillende methoden om de aantasting van de steen onder invloed van zure regen te beschermen of in ieder geval te verminderen. Een van deze methoden is om het met stoom of heet water te wassen..
Chemische middelen zoals fluorwaterstofzuur of ammoniumbifluoride kunnen ook worden gebruikt. Eenmaal gewassen kan de steen worden verzegeld door speciale producten aan te brengen die de poriën verstoppen, zoals bariumhydroxide.
Gecorrodeerde metalen oppervlakken kunnen worden beschermd door ze te coaten met een niet-corrosief metaal zoals zink..
Hiervoor kan elektrodepositie worden aangebracht, of kan de te beschermen metalen structuur in vloeibare toestand in het beschermende metaal worden ondergedompeld..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.