An der sauren Deposition beteiligte Prozesse. Man beachte, dass von den dargestellten Luftschadstoffen nur Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOx) eine bedeutende Rolle beim sauren Regen spielen.

Der Begriff saurer Regen wird allgemein für die Ablagerung von sauren Bestandteilen in Regen, Schnee, Nebel, Tau oder trockenen Partikeln verwendet. Der genauere Begriff ist saurer Niederschlag. „Sauberer“ oder unverschmutzter Regen ist leicht sauer, weil Kohlendioxid und Wasser in der Luft miteinander reagieren und Kohlensäure, eine schwache Säure, bilden. Durch die Reaktion von Luftschadstoffen (vor allem Schwefel- und Stickstoffoxide) mit dem Wasser in der Luft wird der Regen zusätzlich sauer und bildet starke Säuren (z. B. Schwefelsäure und Salpetersäure). Die Hauptquellen dieser Schadstoffe sind Emissionen von Fahrzeugen, Industrieanlagen und Kraftwerken.

Saurer Regen hat nachweislich negative Auswirkungen auf Wälder, Süßwasser und Böden und tötet Insekten und Wasserlebewesen ab. Außerdem beschädigt er Gebäude und Statuen und kann die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Diese Probleme, die mit dem Bevölkerungs- und Industriewachstum zugenommen haben, werden durch den Einsatz von Abgasreinigungsanlagen angegangen, die den Ausstoß von Schwefel- und Stickoxiden verringern.

Geschichte

Saurer Regen wurde erstmals von Robert Angus Smith in Manchester, England, beobachtet. Im Jahr 1852 berichtete er über den Zusammenhang zwischen saurem Regen und Luftverschmutzung. Doch erst in den späten 1960er Jahren begannen Wissenschaftler, das Phänomen umfassend zu beobachten und zu untersuchen. Harold Harvey aus Kanada war einer der ersten, der einen „toten“ See untersuchte. In den Vereinigten Staaten wurde die Öffentlichkeit in den 1990er Jahren für das Problem sensibilisiert, nachdem die New York Times Berichte aus dem Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire über die unzähligen schädlichen Auswirkungen des sauren Regens auf die Umwelt veröffentlicht hatte.

Seit der industriellen Revolution haben die Emissionen von Schwefel- und Stickoxiden in die Atmosphäre zugenommen. Industrie- und Energieerzeugungsanlagen, die fossile Brennstoffe, vor allem Kohle, verbrennen, sind die Hauptquellen der erhöhten Schwefeloxide.

Emissionen von Chemikalien, die zur Versauerung führen

Das wichtigste Gas, das zur Versauerung des Regenwassers führt, ist Schwefeldioxid (SO2). Darüber hinaus gewinnen die Emissionen von Stickstoffoxiden, die zu Salpetersäure oxidiert werden, aufgrund der strengeren Kontrollen der Emissionen schwefelhaltiger Verbindungen an Bedeutung. Man schätzt, dass etwa 70 Tg(S) pro Jahr in Form von SO2 aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und der Industrie, 2,8 Tg(S) pro Jahr aus Waldbränden und 7-8 Tg(S) pro Jahr aus Vulkanen stammen.

Menschliche Aktivitäten

Das kohlebefeuerte Gavin-Kraftwerk in Cheshire, Ohio.

Schwefel- und Stickstoffverbindungen sind die Hauptursachen für sauren Regen. Viele von ihnen werden durch menschliche Aktivitäten erzeugt, z. B. durch die Stromerzeugung, Fabriken und Kraftfahrzeuge. Kohlekraftwerke gehören zu den größten Verursachern. Die Gase können Hunderte von Kilometern in der Atmosphäre transportiert werden, bevor sie in Säuren umgewandelt werden und sich ablagern.

Fabriken hatten früher kurze Schornsteine, um den Rauch abzulassen, aber weil sie die Luft in den umliegenden Ortschaften verschmutzten, haben die Fabriken jetzt hohe Schornsteine. Das Problem bei dieser „Lösung“ ist, dass diese Schadstoffe weit weggetragen werden, wodurch Gase in die regionalen atmosphärischen Kreisläufe freigesetzt werden und zur Ausbreitung des sauren Regens beitragen. Die Ablagerung erfolgt oft in großer Entfernung von den Emissionen, wobei Bergregionen (wegen der höheren Niederschläge) am stärksten betroffen sind. Ein Beispiel für diesen Effekt ist der niedrige pH-Wert des Regens (im Vergleich zu den lokalen Emissionen), der in Skandinavien fällt.

Chemie in Wolkentröpfchen

Wenn Wolken vorhanden sind, ist die Verlustrate von SO2 schneller, als sie allein durch die Gasphasenchemie erklärt werden kann. Dies ist auf Reaktionen in den flüssigen Wassertröpfchen zurückzuführen.

Hydrolyse

Schwefeldioxid löst sich in Wasser und wird dann, wie Kohlendioxid, in einer Reihe von Gleichgewichtsreaktionen hydrolysiert:

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

Viele wässrige Reaktionen oxidieren Schwefel von S(IV) zu S(VI) und führen zur Bildung von Schwefelsäure. Die wichtigsten Oxidationsreaktionen finden mit Ozon, Wasserstoffperoxid und Sauerstoff statt. (Reaktionen mit Sauerstoff werden durch Eisen und Mangan in den Wolkentröpfchen katalysiert).

Säureablagerung

Nassablagerung

Nassablagerung von Säuren tritt auf, wenn jede Form von Niederschlag (Regen, Schnee usw.) Säuren aus der Atmosphäre aufnimmt und an die Erdoberfläche bringt. Dies kann durch die Ablagerung von Säuren geschehen, die in den Regentropfen entstehen (siehe Chemie der wässrigen Phase oben), oder dadurch, dass der Niederschlag die Säuren entweder in den Wolken oder unter den Wolken entfernt. Sowohl die nasse Entfernung von Gasen als auch von Aerosolen sind für die nasse Deposition von Bedeutung.

Trockene Deposition

Die Deposition von Säuren erfolgt auch durch trockene Deposition in Abwesenheit von Niederschlag. Dies kann bis zu 20-60 Prozent der gesamten Säureablagerung ausmachen. Dies geschieht, wenn Partikel und Gase am Boden, an Pflanzen oder anderen Oberflächen haften bleiben.

Nachteilige Auswirkungen

Diagramm, das unterschiedliche Säuregrade im Wasser zeigt, die von einer Vielzahl von Arten toleriert werden.

Oberflächengewässer und Wassertiere

Sowohl der niedrigere pH-Wert als auch die höheren Aluminiumkonzentrationen im Oberflächenwasser, die als Folge des sauren Regens auftreten, können Fischen und anderen Wassertieren Schaden zufügen. Bei pH-Werten unter 5 schlüpfen die meisten Fischeier nicht, und bei niedrigeren pH-Werten können erwachsene Fische sterben. Je saurer die Seen werden, desto geringer ist die Artenvielfalt. Es gab einige Debatten darüber, inwieweit die vom Menschen verursachte Versauerung von Seen zum Fischsterben führt – Edward Krug stellte beispielsweise fest, dass saurer Regen eine Umweltbelastung und keine Katastrophe ist, und dass saurer Regen möglicherweise nicht die Ursache für die Versauerung von Seen ist.

Böden

Die Bodenbiologie kann durch sauren Regen ernsthaft geschädigt werden. Einige tropische Mikroben können Säuren schnell verbrauchen, aber andere Mikroben können niedrige pH-Werte nicht vertragen und werden getötet. Die Enzyme dieser Mikroben werden durch die Säure denaturiert (in ihrer Form verändert, so dass sie nicht mehr funktionieren), und der saure Regen entzieht dem Boden Mineralien und Nährstoffe, die Bäume zum Wachsen brauchen.

Wälder und andere Vegetation

Auswirkungen des sauren Regens auf ein Waldgebiet im Isergebirge, Tschechische Republik.

Saurer Regen kann das Wachstum von Wäldern verlangsamen, dazu führen, dass sich Blätter und Nadeln braun färben und abfallen und absterben. In extremen Fällen können Bäume oder ganze Waldflächen absterben. Das Absterben von Bäumen ist in der Regel keine direkte Folge des sauren Regens, aber er schwächt die Bäume oft und macht sie anfälliger für andere Gefahren. Auch die oben erwähnte Schädigung des Bodens kann Probleme verursachen. Hochgelegene Wälder sind besonders gefährdet, da sie oft von Wolken und Nebel umgeben sind, die saurer sind als Regen.

Auch andere Pflanzen können durch sauren Regen geschädigt werden, aber die Auswirkungen auf Nahrungsmittelpflanzen werden durch die Anwendung von Düngemitteln zum Ersatz verlorener Nährstoffe minimiert. In kultivierten Gebieten kann auch Kalkstein hinzugefügt werden, um die Fähigkeit des Bodens zu erhöhen, den pH-Wert stabil zu halten, aber diese Taktik ist im Falle von Wildnisgebieten weitgehend unbrauchbar. Saurer Regen entzieht dem Boden Mineralien und hemmt das Wachstum der Pflanzen.

Gesundheit des Menschen

Einige Wissenschaftler haben einen direkten Zusammenhang mit der menschlichen Gesundheit vermutet, aber keiner konnte bewiesen werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass feine Partikel, die zu einem großen Teil aus den gleichen Gasen wie saurer Regen (Schwefeldioxid und Stickstoffdioxid) bestehen, Probleme mit der Herz- und Lungenfunktion verursachen.

Andere schädliche Auswirkungen

Statuen werden durch sauren Regen beschädigt.

Saurer Regen kann auch Schäden an bestimmten Baumaterialien und historischen Denkmälern verursachen. Das liegt daran, dass die Schwefelsäure im Regen chemisch mit den Kalziumverbindungen in den Steinen (Kalkstein, Sandstein, Marmor und Granit) reagiert und Gips bildet, der dann abblättert. Dies ist auch auf alten Grabsteinen zu beobachten, wo der saure Regen dazu führen kann, dass die Inschrift völlig unleserlich wird. Saurer Regen führt auch zu einer erhöhten Oxidationsrate von Eisen, wodurch Metallstrukturen und Denkmäler beschädigt werden.

Präventionsmethoden

Technologische Lösungen

In den Vereinigten Staaten und verschiedenen anderen Ländern verwenden viele Kohlekraftwerke die Rauchgasentschwefelung (REA), um schwefelhaltige Gase aus ihren Abgasen zu entfernen. Ein Beispiel für eine REA ist der Nasswäscher, bei dem es sich im Wesentlichen um einen Reaktionsturm handelt, der mit einem Ventilator ausgestattet ist, der heiße Rauchgase durch den Turm leitet. Kalk oder Kalkstein in Form einer Aufschlämmung wird ebenfalls in den Turm eingespritzt, um sich mit den Abgasen zu vermischen und mit dem vorhandenen Schwefeldioxid zu verbinden. Das Kalziumkarbonat des Kalksteins erzeugt pH-neutrales Kalziumsulfat, das physikalisch aus dem Wäscher entfernt wird. Mit anderen Worten, der Wäscher wandelt die Schwefelverschmutzung in Industriesulfate um.

In einigen Gebieten werden die Sulfate an Chemieunternehmen als Gips verkauft, wenn der Reinheitsgrad des Calciumsulfats hoch ist. In anderen Gebieten werden sie auf Mülldeponien gelagert. Die Auswirkungen des sauren Regens können jedoch Generationen überdauern, da die Veränderung des pH-Werts die fortgesetzte Auslaugung unerwünschter Chemikalien in ansonsten unberührte Wasserquellen fördern kann, wodurch gefährdete Insekten- und Fischarten aussterben und die Bemühungen um die Wiederherstellung einheimischen Lebens blockiert werden.

Internationale Verträge

Eine Reihe von internationalen Verträgen über den weiträumigen Transport von Schadstoffen in der Atmosphäre wurde unterzeichnet. Ein Beispiel ist das Protokoll zur Verringerung der Schwefelemissionen im Rahmen des Übereinkommens über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung.

Emissionshandel

Ein neueres Regelungssystem ist der Emissionshandel. Bei diesem System erhält jede derzeit verschmutzende Anlage eine Emissionslizenz, die Teil der Investitionsgüter wird. Die Betreiber können dann Anlagen zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung installieren und Teile ihrer Emissionslizenzen verkaufen. Ziel ist es, den Betreibern wirtschaftliche Anreize für den Einbau von Emissionsminderungsanlagen zu geben.

Siehe auch

• Umwelttechnik
• Stickstoffdioxid
• Schwefeldioxid

Anmerkungen

• McCormick, John. Acid Earth: The Global Threat of Acid Pollution. London, UK: Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
• Morgan, Sally, und Jenny Vaughan. Acid Rain (Earth SOS). London, UK: Franklin Watts Ltd. 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J. Unsere Umwelt – Saurer Regen (Unsere Umwelt). Farmington Hills, MI: KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 0737726288
• Singh, Hanwant B. (ed.). Composition Chemistry, and Climate of the Atmosphere. Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Alle Links abgerufen am 3. November 2019.

• National Acid Precipitation Assessment Program Report – ein 98-seitiger Bericht an den Kongress.
• Saurer Regen für Schulen.
• U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
• U.S. Geological Survey – What is acid rain?