Processi coinvolti nella deposizione acida. Si noti che tra gli inquinanti atmosferici mostrati, solo il diossido di zolfo (SO2) e gli ossidi di azoto (NOx) giocano un ruolo significativo nelle piogge acide.

Il termine pioggia acida è comunemente usato per indicare la deposizione di componenti acidi in pioggia, neve, nebbia, rugiada o particelle secche. Il termine più accurato è precipitazione acida. La pioggia “pulita” o non inquinata è leggermente acida, perché l’anidride carbonica e l’acqua nell’aria reagiscono insieme per formare acido carbonico, un acido debole. La pioggia acquisisce ulteriore acidità attraverso la reazione degli inquinanti atmosferici (principalmente ossidi di zolfo e azoto) con l’acqua nell’aria, per formare acidi forti (come l’acido solforico e l’acido nitrico). Le principali fonti di questi inquinanti sono le emissioni dei veicoli, degli impianti industriali e delle centrali elettriche.

È stato dimostrato che le piogge acide hanno effetti negativi sulle foreste, sull’acqua dolce e sui terreni, uccidendo insetti e forme di vita acquatica. Danneggia anche edifici e statue, e può influire negativamente sulla salute umana. Questi problemi, che sono aumentati con la popolazione e la crescita industriale, vengono affrontati con l’uso di apparecchiature di controllo dell’inquinamento che riducono l’emissione di ossidi di zolfo e azoto.

Storia

La pioggia acida fu osservata per la prima volta da Robert Angus Smith a Manchester, Inghilterra. Nel 1852, riportò la relazione tra la pioggia acida e l’inquinamento atmosferico. Tuttavia, non è stato fino alla fine degli anni ’60 che gli scienziati hanno iniziato a osservare e studiare ampiamente il fenomeno. Harold Harvey del Canada fu tra i primi a fare ricerche su un lago “morto”. Negli Stati Uniti, la consapevolezza pubblica del problema è aumentata negli anni ’90, dopo che il New York Times ha divulgato i rapporti della Hubbard Brook Experimental Forest nel New Hampshire sulla miriade di effetti ambientali deleteri derivanti dalle piogge acide.

Dalla rivoluzione industriale, le emissioni di ossidi di zolfo e azoto nell’atmosfera sono aumentate. Gli impianti industriali e di produzione di energia che bruciano combustibili fossili, soprattutto carbone, sono le principali fonti di aumento degli ossidi di zolfo.

Emissioni di sostanze chimiche che portano all’acidificazione

Il gas più significativo che porta all’acidificazione dell’acqua piovana è l’anidride solforosa (SO2). Inoltre, le emissioni di ossidi di azoto, che vengono ossidati per formare acido nitrico, sono di crescente importanza a causa dei controlli più severi sulle emissioni di composti contenenti zolfo. È stato stimato che circa 70 Tg(S) all’anno sotto forma di SO2 provengono dalla combustione dei combustibili fossili e dall’industria, 2,8 Tg(S) all’anno provengono dagli incendi selvaggi, e 7-8 Tg(S) all’anno provengono dai vulcani.

Attività umana

La centrale a carbone Gavin a Cheshire, Ohio.

I composti di zolfo e azoto sono le cause principali delle piogge acide. Molti di essi sono generati dall’attività umana, come la produzione di elettricità, le fabbriche e i veicoli a motore. Le centrali elettriche a carbone sono tra le più inquinanti. I gas possono essere trasportati per centinaia di chilometri nell’atmosfera prima di essere convertiti in acidi e depositati.

Le fabbriche avevano ciminiere corte per rilasciare il fumo, ma poiché inquinavano l’aria nelle località vicine, le fabbriche ora hanno ciminiere alte. Il problema di questa “soluzione” è che gli inquinanti vengono trasportati lontano, rilasciando gas nella circolazione atmosferica regionale e contribuendo alla diffusione delle piogge acide. Spesso la deposizione avviene a distanze considerevoli sottovento alle emissioni, con le regioni montuose che tendono a riceverne di più (a causa delle loro maggiori precipitazioni). Un esempio di questo effetto è il basso pH della pioggia (rispetto alle emissioni locali) che cade in Scandinavia.

La chimica nelle goccioline delle nuvole

Quando le nuvole sono presenti, il tasso di perdita di SO2 è più veloce di quanto possa essere spiegato dalla sola chimica della fase gassosa. Ciò è dovuto alle reazioni nelle goccioline di acqua liquida.

Idrolisi

L’anidride solforosa si dissolve in acqua e poi, come l’anidride carbonica, si idrolizza in una serie di reazioni di equilibrio:

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

Molte reazioni acquose ossidano lo zolfo da S(IV) a S(VI), portando alla formazione di acido solforico. Le reazioni di ossidazione più importanti sono con ozono, perossido di idrogeno e ossigeno. (Le reazioni con l’ossigeno sono catalizzate da ferro e manganese nelle goccioline di nuvola).

Deposizione di acidi

Deposizione umida

La deposizione umida di acidi avviene quando qualsiasi forma di precipitazione (pioggia, neve, e così via) rimuove gli acidi dall’atmosfera e li consegna alla superficie terrestre. Questo può risultare dalla deposizione di acidi prodotti nelle gocce di pioggia (vedi la chimica della fase acquosa sopra) o dalla precipitazione che rimuove gli acidi nelle nuvole o sotto le nuvole. La rimozione di gas e aerosol sono entrambi importanti per la deposizione umida.

Deposizione secca

La deposizione di acidi avviene anche attraverso la deposizione secca in assenza di precipitazioni. Questo può essere responsabile del 20-60% della deposizione acida totale. Questo avviene quando le particelle e i gas si attaccano al terreno, alle piante o ad altre superfici.

Effetti avversi

Grafico che mostra i diversi livelli di acidità dell’acqua tollerati da una varietà di specie.

Acque superficiali e animali acquatici

Sia il pH più basso che le concentrazioni di alluminio più alte nelle acque superficiali che si verificano come risultato delle piogge acide possono causare danni ai pesci e ad altri animali acquatici. A livelli di pH inferiori a 5, la maggior parte delle uova di pesce non si schiudono, e livelli di pH più bassi possono uccidere i pesci adulti. Quando i laghi diventano più acidi, la biodiversità si riduce. C’è stato un certo dibattito sulla misura in cui le cause causate dall’uomo dell’acidità dei laghi hanno causato l’uccisione dei pesci – per esempio Edward Krug ha determinato che le piogge acide erano un fastidio ambientale, non una catastrofe, e anche che le piogge acide potrebbero non essere la causa dell’acidità dei laghi.

Suolo

La biologia del suolo può essere seriamente danneggiata dalle piogge acide. Alcuni microbi tropicali possono consumare rapidamente gli acidi, ma altri microbi non sono in grado di tollerare bassi livelli di pH e vengono uccisi. Gli enzimi di questi microbi sono denaturati (cambiati nella forma in modo da non funzionare più) dall’acido. La pioggia acida rimuove anche i minerali e le sostanze nutritive dal suolo di cui gli alberi hanno bisogno per crescere.

Foreste e altra vegetazione

Effetto delle piogge acide su un’area boschiva delle montagne Jizera, Repubblica Ceca.

Le piogge acide possono rallentare la crescita delle foreste, far diventare marroni foglie e aghi e farli cadere e morire. In casi estremi, alberi o interi acri di foresta possono morire. La morte degli alberi non è di solito un risultato diretto delle piogge acide, ma spesso indebolisce gli alberi e li rende più suscettibili ad altre minacce. Anche il danneggiamento del suolo (notato sopra) può causare problemi. Le foreste d’alta quota sono particolarmente vulnerabili perché sono spesso circondate da nuvole e nebbia che sono più acide della pioggia.

Anche altre piante possono essere danneggiate dalle piogge acide, ma l’effetto sulle colture alimentari è minimizzato dall’applicazione di fertilizzanti per sostituire i nutrienti persi. Nelle aree coltivate, il calcare può anche essere aggiunto per aumentare la capacità del suolo di mantenere il pH stabile, ma questa tattica è ampiamente inutilizzabile nel caso di terre selvagge. La pioggia acida impoverisce i minerali dal suolo e quindi arresta la crescita della pianta.

Salute umana

Alcuni scienziati hanno suggerito collegamenti diretti alla salute umana, ma nessuno è stato provato. Tuttavia, le particelle fini, una grande frazione delle quali è formata dagli stessi gas delle piogge acide (anidride solforosa e biossido di azoto), hanno dimostrato di causare problemi al cuore e alla funzione polmonare.

Altri effetti avversi

Le statue sono danneggiate dalle piogge acide.

Le piogge acide possono anche causare danni a certi materiali da costruzione e monumenti storici. Questo perché l’acido solforico nella pioggia reagisce chimicamente con i composti di calcio nelle pietre (calcare, arenaria, marmo e granito) per creare gesso, che poi si sfalda. Questo è anche comunemente visto su vecchie lapidi dove la pioggia acida può causare che l’iscrizione diventi completamente illeggibile. Le piogge acide causano anche un aumento del tasso di ossidazione del ferro, causando danni alle strutture metalliche e ai monumenti.

Metodi di prevenzione

Soluzioni tecnologiche

Negli Stati Uniti e in vari altri paesi, molte centrali a carbone usano la desolforazione dei gas di scarico (FGD) per rimuovere i gas contenenti zolfo dai loro gas di scarico. Un esempio di FGD è lo scrubber a umido, che è fondamentalmente una torre di reazione dotata di un ventilatore che fa passare i gas caldi del camino attraverso la torre. La calce o il calcare in forma di slurry viene iniettato nella torre per mescolarsi con i gas del camino e combinarsi con l’anidride solforosa presente. Il carbonato di calcio del calcare produce solfato di calcio a pH neutro che viene fisicamente rimosso dallo scrubber. In altre parole, lo scrubber trasforma l’inquinamento da zolfo in solfati industriali.

In alcune zone, i solfati sono venduti alle aziende chimiche come gesso quando la purezza del solfato di calcio è alta. In altre, vengono messi in discarica. Tuttavia, gli effetti delle piogge acide possono durare per generazioni, poiché gli effetti del cambiamento del livello di pH possono stimolare la lisciviazione continua di sostanze chimiche indesiderabili in fonti d’acqua altrimenti incontaminate, uccidendo specie di insetti e pesci vulnerabili e bloccando gli sforzi per ripristinare la vita nativa.

Trattati internazionali

Sono stati firmati diversi trattati internazionali riguardanti il trasporto a lungo raggio degli inquinanti atmosferici. Un esempio è il Protocollo per la riduzione delle emissioni di zolfo nell’ambito della Convenzione sull’inquinamento atmosferico transfrontaliero a lunga distanza.

Commercio di emissioni

Uno schema normativo più recente riguarda il commercio di emissioni. In questo schema, ad ogni impianto attualmente inquinante viene data una licenza di emissione che diventa parte dell’equipaggiamento di capitale. Gli operatori possono poi installare attrezzature di controllo dell’inquinamento e vendere parti delle loro licenze di emissione. L’intento qui è di dare agli operatori incentivi economici per installare controlli dell’inquinamento.

Vedi anche

• Ingegneria ambientale
• Diossido di azoto
• Diossido di zolfo

Note

• McCormick, John. Terra acida: The Global Threat of Acid Pollution. Londra, Regno Unito: Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
• Morgan, Sally, and Jenny Vaughan. Pioggia acida (Earth SOS). Londra, Regno Unito: Franklin Watts Ltd., 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J Our Environment – Acid Rain (Our Environment). Farmington Hills, MI: KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 0737726288
• Singh, Hanwant B. (ed.). Composizione chimica e clima dell’atmosfera. Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Tutti i link recuperati il 3 novembre 2019.

• National Acid Precipitation Assessment Program Report – un rapporto di 98 pagine al Congresso.
• Piogge acide per le scuole.
• U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
• U.S. Geological Survey – What is acid rain?