Procesy spojené s kyselou depozicí. Všimněte si, že z uvedených atmosférických znečišťujících látek hrají významnou roli v kyselých deštích pouze oxid siřičitý (SO2) a oxidy dusíku (NOx).

Termín kyselý déšť se běžně používá pro označení depozice kyselých složek v dešti, sněhu, mlze, rose nebo suchých částicích. Přesnější termín je kyselé srážky. „Čistý“ nebo neznečištěný déšť je mírně kyselý, protože oxid uhličitý a voda ve vzduchu spolu reagují za vzniku kyseliny uhličité, slabé kyseliny. Další kyselost získává déšť reakcí látek znečišťujících ovzduší (především oxidů síry a dusíku) s vodou ve vzduchu za vzniku silných kyselin (např. kyseliny sírové a dusičné). Hlavními zdroji těchto znečišťujících látek jsou emise z vozidel, průmyslových podniků a elektráren.

Kyselý déšť má prokazatelně nepříznivé účinky na lesy, sladkou vodu a půdu, ničí hmyz a vodní formy života. Poškozuje také budovy a sochy a může mít nepříznivý vliv na lidské zdraví. Tyto problémy, které s růstem populace a průmyslu narůstají, se řeší používáním zařízení na omezování znečištění, která snižují emise oxidů síry a dusíku.

Historie

Kyselý déšť poprvé pozoroval Robert Angus Smith v anglickém Manchesteru. V roce 1852 oznámil souvislost mezi kyselým deštěm a znečištěním atmosféry. Teprve koncem 60. let 20. století však vědci začali tento jev široce pozorovat a studovat. Mezi prvními se výzkumu „mrtvého“ jezera věnoval Harold Harvey z Kanady. Ve Spojených státech se povědomí veřejnosti o tomto problému zvýšilo v 90. letech 20. století poté, co deník New York Times zveřejnil zprávy z Hubbard Brook Experimental Forest v New Hampshire o nesčetných škodlivých účincích kyselých dešťů na životní prostředí.

Od průmyslové revoluce se zvýšily emise oxidů síry a dusíku do atmosféry. Hlavním zdrojem zvýšeného množství oxidů síry jsou průmyslová a energetická zařízení, která spalují fosilní paliva, především uhlí.

Emise chemických látek, které vedou k okyselování

Nejvýznamnějším plynem, který vede k okyselování dešťové vody, je oxid siřičitý (SO2). Kromě toho mají stále větší význam emise oxidů dusíku, které se oxidují za vzniku kyseliny dusičné, a to v důsledku přísnějších kontrol emisí sloučenin obsahujících síru. Odhaduje se, že přibližně 70 Tg(S) ročně ve formě SO2 pochází ze spalování fosilních paliv a průmyslu, 2,8 Tg(S) ročně z lesních požárů a 7-8 Tg(S) ročně ze sopek.

Člověčí činnost

Uhelná elektrárna Gavin v Cheshire ve státě Ohio.

Sloučeniny síry a dusíku jsou hlavní příčinou kyselých dešťů. Mnohé z nich vznikají při lidské činnosti, například při výrobě elektřiny, v továrnách a při provozu motorových vozidel. Mezi největší znečišťovatele patří uhelné elektrárny. Plyny se mohou v atmosféře přenášet stovky kilometrů, než se přemění na kyseliny a usadí se.

Továrny měly dříve krátké komíny, ze kterých se vypouštěl kouř, ale protože znečišťovaly ovzduší v blízkých lokalitách, mají dnes továrny vysoké komíny. Problémem tohoto „řešení“ je, že se tyto znečišťující látky dostávají daleko, uvolňují plyny do regionální cirkulace atmosféry a přispívají k šíření kyselých dešťů. K usazování často dochází ve značné vzdálenosti po větru od emisí, přičemž nejvíce se usazují v horských oblastech (kvůli vyššímu množství srážek). Příkladem tohoto efektu je nízké pH deště (v porovnání s místními emisemi), který padá ve Skandinávii.

Chemie v kapičkách mraků

Při výskytu mraků je rychlost úbytku SO2 rychlejší, než lze vysvětlit pouze chemií plynné fáze. Je to způsobeno reakcemi v kapičkách kapalné vody.

Hydrolýza

Oxid siřičitý se rozpouští ve vodě a poté, stejně jako oxid uhličitý, hydrolyzuje v řadě rovnovážných reakcí:

SO2 (g) + H2O ⇌ SO2-H2O SO2-H2O ⇌ H++HSO3- HSO3- ⇌ H++SO32- Oxidace

Mnoho vodných reakcí oxiduje síru z S(IV) na S(VI), což vede ke vzniku kyseliny sírové. Nejdůležitější oxidační reakce probíhají s ozonem, peroxidem vodíku a kyslíkem. (Reakce s kyslíkem jsou katalyzovány železem a manganem v kapičkách mraků).

Kyselá depozice

Mokrá depozice

Mokrá depozice kyselin nastává, když jakákoli forma srážek (déšť, sníh atd.) odstraňuje kyseliny z atmosféry a dopravuje je na zemský povrch. Může to být důsledek depozice kyselin vzniklých v dešťových kapkách (viz výše chemie vodní fáze) nebo tím, že srážky odstraňují kyseliny buď v mracích, nebo pod mraky. Pro mokrou depozici je důležité jak odstraňování plynů, tak aerosolů.

Suchá depozice

Kyselinová depozice probíhá také prostřednictvím suché depozice při absenci srážek. Ta může být zodpovědná až za 20-60 % celkové kyselé depozice. K tomu dochází, když částice a plyny ulpívají na zemi, rostlinách nebo jiných površích.

Nežádoucí účinky

Graf znázorňující různé úrovně kyselosti vody tolerované různými druhy.

Povrchové vody a vodní živočichové

Jak nižší pH, tak vyšší koncentrace hliníku v povrchových vodách, ke kterým dochází v důsledku kyselých dešťů, mohou způsobit poškození ryb a jiných vodních živočichů. Při hodnotách pH nižších než 5 se většina rybích jiker nevylíhne a nižší hodnoty pH mohou vést k úhynu dospělých ryb. Se zvyšující se kyselostí jezer se snižuje biologická rozmanitost. O tom, do jaké míry je kyselost jezer způsobená člověkem příčinou úhynu ryb, se vedou diskuse – například Edward Krug určil, že kyselé deště jsou ekologickou zátěží, nikoliv katastrofou, a dokonce že kyselé deště nemusí být příčinou kyselosti jezer.

Půda

Kyselé deště mohou vážně poškodit biologii půdy. Někteří tropičtí mikrobi mohou kyseliny rychle spotřebovat, ale jiní mikrobi nejsou schopni tolerovat nízké hodnoty pH a jsou usmrceni. Enzymy těchto mikrobů jsou kyselinou denaturovány (změní svůj tvar, takže přestanou fungovat). kyselý déšť také odstraňuje z půdy minerály a živiny, které stromy potřebují k růstu.

Lesy a další vegetace

Vliv kyselých dešťů na zalesněnou oblast Jizerských hor v České republice.

Kyselé deště mohou zpomalit růst lesů, způsobit hnědnutí listů a jehličí, jejich opadávání a odumírání. V extrémních případech mohou odumřít stromy nebo celé hektary lesa. Odumírání stromů obvykle není přímým důsledkem kyselých dešťů, ale často oslabují stromy a činí je náchylnějšími k dalším hrozbám. Problémy může způsobit také poškození půdy (uvedeno výše). Zvláště zranitelné jsou lesy ve vysokých nadmořských výškách, protože jsou často obklopeny mraky a mlhou, které jsou kyselejší než déšť.

Kyselý déšť může poškodit i jiné rostliny, ale vliv na potravinářské plodiny je minimalizován použitím hnojiv, která nahrazují ztracené živiny. V obdělávaných oblastech lze také přidávat vápenec, aby se zvýšila schopnost půdy udržet stabilní pH, ale tato taktika je v případě divoké půdy do značné míry nepoužitelná. Kyselý déšť vyčerpává minerální látky z půdy a následně brzdí růst rostlin.

Lidské zdraví

Někteří vědci naznačili přímou souvislost s lidským zdravím, ale žádná nebyla prokázána. Bylo však prokázáno, že jemné částice, jejichž velká část vzniká ze stejných plynů jako kyselý déšť (oxid siřičitý a oxid dusičitý), způsobují problémy s funkcí srdce a plic.

Další nepříznivé účinky

Kyselý déšť poškozuje sochy.

Kyselý déšť může také poškodit některé stavební materiály a historické památky. Je to proto, že kyselina sírová obsažená v dešti chemicky reaguje se sloučeninami vápníku v kamenech (vápenec, pískovec, mramor a žula) a vytváří sádru, která se pak odlupuje. To se běžně vyskytuje i na starých náhrobcích, kde kyselý déšť může způsobit, že nápis se stane zcela nečitelným. Kyselý déšť také způsobuje zvýšenou míru oxidace železa, což vede k poškození kovových konstrukcí a památek.

Metody prevence

Technologická řešení

V USA a různých dalších zemích používá mnoho elektráren spalujících uhlí odsíření spalin (FGD) k odstranění plynů obsahujících síru z komínových plynů. Příkladem FGD je mokrá pračka, což je v podstatě reakční věž vybavená ventilátorem, kterým procházejí horké kouřové plyny z komína. Do věže se také vstřikuje vápno nebo vápenec ve formě suspenze, která se mísí s komínovými plyny a slučuje se s přítomným oxidem siřičitým. Uhličitan vápenatý z vápence vytváří pH neutrální síran vápenatý, který se fyzicky odstraňuje ze skruberu. Jinými slovy, skruber mění znečištění sírou na průmyslové sírany.

V některých oblastech se sírany prodávají chemickým společnostem jako sádra, pokud je čistota síranu vápenatého vysoká. V jiných se ukládají na skládky. Účinky kyselých dešťů však mohou přetrvávat po celé generace, protože vlivem změny hladiny pH může být stimulováno pokračující vyplavování nežádoucích chemických látek do jinak nedotčených vodních zdrojů, což vede k vyhubení zranitelných druhů hmyzu a ryb a blokuje snahy o obnovu původního života.

Mezinárodní smlouvy

Ohledně dálkového přenosu látek znečišťujících ovzduší byla podepsána řada mezinárodních smluv. Příkladem je Protokol o snížení emisí síry v rámci Úmluvy o dálkovém znečišťování ovzduší přecházejícím hranice států.

Obchodování s emisemi

Novější regulační systém zahrnuje obchodování s emisemi. V tomto systému je každému stávajícímu znečišťujícímu zařízení udělena emisní licence, která se stává součástí investičního vybavení. Provozovatelé pak mohou instalovat zařízení na omezování znečištění a prodávat části svých emisních licencí. Záměrem je zde ekonomicky motivovat provozovatele k instalaci zařízení na omezování znečištění.

Viz také

• Environmentální inženýrství
• Dioxid dusičitý
• Dioxid siřičitý

Poznámky

• McCormick, John. Kyselá země: The Global Threat of Acid Pollution (Globální hrozba kyselého znečištění). Londýn, Spojené království: Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
• Morgan, Sally a Jenny Vaughan. Kyselé deště (Earth SOS). Londýn, Velká Británie: Franklin Watts Ltd., 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J Naše životní prostředí – Kyselé deště (Our Environment). Farmington Hills, MI: KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 0737726288
• Singh, Hanwant B. (ed.). Composition Chemistry, and Climate of the Atmosphere [Složení, chemie a podnebí atmosféry]. Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Všechny odkazy vyhledány 3. listopadu 2019.

• National Acid Precipitation Assessment Program Report – 98stránková zpráva pro Kongres.
• Acid rain for schools.
• U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
• U.S. Geological Survey – What is acid rain?

.