Zure regen
De term zure regen wordt gewoonlijk gebruikt om de depositie aan te duiden van zure componenten in regen, sneeuw, mist, dauw, of droge deeltjes. De nauwkeurigere term is zure neerslag. “Schone” of onvervuilde regen is licht zuur, omdat kooldioxide en water in de lucht samen reageren om koolzuur te vormen, een zwak zuur. Regen wordt nog zuurder door de reactie van luchtverontreinigende stoffen (voornamelijk zwavel- en stikstofoxiden) met water in de lucht, waarbij sterke zuren worden gevormd (zoals zwavelzuur en salpeterzuur). De belangrijkste bronnen van deze verontreinigende stoffen zijn emissies van voertuigen, industriële installaties en elektriciteitscentrales.
Zure regen heeft aantoonbare schadelijke effecten op bossen, zoetwater en bodems, en doodt insecten en aquatische levensvormen. Het beschadigt ook gebouwen en standbeelden, en kan nadelige gevolgen hebben voor de menselijke gezondheid. Deze problemen, die zijn toegenomen met de bevolking en de industriële groei, worden aangepakt door het gebruik van verontreinigingsbeheersingsapparatuur die de uitstoot van zwavel- en stikstofoxiden vermindert.
Geschiedenis
Zure regen werd voor het eerst waargenomen door Robert Angus Smith in Manchester, Engeland. In 1852 rapporteerde hij het verband tussen zure regen en atmosferische vervuiling. Het was echter pas aan het eind van de jaren zestig dat wetenschappers het verschijnsel op grote schaal begonnen waar te nemen en te bestuderen. Harold Harvey uit Canada was een van de eersten die onderzoek deed naar een “dood” meer. In de Verenigde Staten werd het publiek zich in de jaren negentig meer bewust van het probleem, nadat de New York Times berichten publiceerde uit het Hubbard Brook Experimental Forest in New Hampshire over de talloze schadelijke milieu-effecten van zure regen.
Sinds de industriële revolutie is de uitstoot van zwavel- en stikstofoxiden in de atmosfeer toegenomen. Industriële en energieopwekkende installaties die fossiele brandstoffen verbranden, voornamelijk steenkool, zijn de belangrijkste bronnen van de toegenomen zwaveloxiden.
Emissie van chemische stoffen die tot verzuring leiden
Het belangrijkste gas dat tot verzuring van regenwater leidt, is zwaveldioxide (SO2). Daarnaast wordt de uitstoot van stikstofoxiden, die worden geoxideerd tot salpeterzuur, steeds belangrijker als gevolg van strengere controles op de uitstoot van zwavelhoudende verbindingen. Naar schatting is ongeveer 70 Tg(S) per jaar in de vorm van SO2 afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen en de industrie, 2,8 Tg(S) per jaar van natuurbranden, en 7-8 Tg(S) per jaar van vulkanen.
Menselijke activiteit
Zwavel- en stikstofverbindingen zijn de belangrijkste oorzaken van zure regen. Veel van deze stoffen ontstaan door menselijke activiteiten, zoals elektriciteitsopwekking, fabrieken en motorvoertuigen. Kolencentrales behoren tot de meest vervuilende. De gassen kunnen honderden kilometers door de atmosfeer worden getransporteerd voordat zij in zuren worden omgezet en neerslaan.
Fabrieken hadden vroeger korte schoorstenen om rook af te geven, maar omdat zij de lucht in hun nabijgelegen plaatsen vervuilden, hebben fabrieken nu hoge schoorstenen. Het probleem met deze “oplossing” is dat deze verontreinigende stoffen ver weg worden getransporteerd, waardoor gassen vrijkomen in de regionale atmosferische circulatie en bijdragen tot de verspreiding van zure regen. Vaak vindt de depositie plaats op aanzienlijke afstand benedenwinds van de emissies, waarbij berggebieden de neiging hebben de meeste depositie te ontvangen (vanwege de daar heersende grotere neerslag). Een voorbeeld van dit effect is de lage pH van de regen (in vergelijking met de plaatselijke emissies) die in Scandinavië valt.
Chemie in wolkendruppels
Wanneer er wolken zijn, is de afnamesnelheid van SO2 sneller dan kan worden verklaard door gasfase-chemie alleen. Dit is te wijten aan reacties in de vloeibare waterdruppels.
Hydrolyse
Zwaveldioxide lost op in water en hydrolyseert dan, net als kooldioxide, in een reeks evenwichtsreacties:
SO2 (g) + H2O ⇌ SO2-H2O SO2-H2O ⇌ H++HSO3- HSO3- ⇌ H++SO32- Oxidatie
Veel waterige reacties oxideren zwavel van S(IV) tot S(VI), wat leidt tot de vorming van zwavelzuur. De belangrijkste oxidatiereacties zijn met ozon, waterstofperoxide, en zuurstof. (Reacties met zuurstof worden gekatalyseerd door ijzer en mangaan in de wolkendruppels).
Zure depositie
natte depositie
Natte depositie van zuren treedt op wanneer enige vorm van neerslag (regen, sneeuw, enzovoort) zuren aan de atmosfeer onttrekt en op het aardoppervlak aflevert. Dit kan het gevolg zijn van de depositie van zuren die in de regendruppels worden geproduceerd (zie de chemie van de waterfase hierboven) of van de verwijdering van de zuren door de neerslag, hetzij in de wolken, hetzij onder de wolken. Natte verwijdering van zowel gassen als aërosolen zijn beide van belang voor natte depositie.
Droge depositie
Zuurdepositie treedt ook op via droge depositie bij afwezigheid van neerslag. Dit kan verantwoordelijk zijn voor maar liefst 20-60 procent van de totale zure depositie. Dit gebeurt wanneer deeltjes en gassen aan de grond, planten of andere oppervlakken blijven kleven.
Nadelige effecten
Oppervlaktewateren en waterdieren
Zowel de lagere pH als de hogere aluminiumconcentraties in het oppervlaktewater die het gevolg zijn van zure regen, kunnen schade veroorzaken aan vissen en andere waterdieren. Bij een pH-waarde lager dan 5 komen de meeste visseneieren niet uit, en lagere pH-waarden kunnen volwassen vissen doden. Naarmate meren zuurder worden, neemt ook de biodiversiteit af. Er is enige discussie geweest over de mate waarin door de mens veroorzaakte verzuring van meren vissterfte veroorzaakt – Edward Krug stelde bijvoorbeeld vast dat zure regen een milieuoverlast was, geen acatastrofe, en zelfs dat zure regen misschien niet de oorzaak van de verzuring van meren was.
Bodems
De bodembiologie kan ernstig worden beschadigd door zure regen. Sommige tropische microben kunnen snel zuren opnemen, maar andere microben kunnen geen lage pH-waarden verdragen en worden gedood. De enzymen van deze microben worden door het zuur gedenatureerd (van vorm veranderd zodat ze niet meer functioneren).Zure regen verwijdert ook mineralen en voedingsstoffen uit de bodem die bomen nodig hebben om te groeien.
Bossen en andere vegetatie
Zure regen kan de groei van bossen vertragen, ervoor zorgen dat bladeren en naalden bruin worden en afvallen en afsterven. In extreme gevallen kunnen bomen of hele hectaren bos afsterven. De dood van bomen is meestal geen direct gevolg van zure regen, maar het verzwakt bomen vaak en maakt ze vatbaarder voor andere bedreigingen. Schade aan de bodem (zie hierboven) kan ook problemen veroorzaken. Vooral bossen op grote hoogte zijn kwetsbaar, omdat zij vaak omgeven zijn door wolken en mist die zuurder zijn dan regen.
Ook andere planten kunnen door zure regen worden beschadigd, maar het effect op voedingsgewassen wordt geminimaliseerd door de toepassing van meststoffen om verloren voedingsstoffen te vervangen. In gecultiveerde gebieden kan ook kalksteen worden toegevoegd om het vermogen van de bodem om de pH stabiel te houden te vergroten, maar deze tactiek is grotendeels onbruikbaar in het geval van woeste gronden. Zure regen onttrekt mineralen aan de bodem en stagneert vervolgens de groei van de plant.
Menselijke gezondheid
Sommige wetenschappers hebben een direct verband met de menselijke gezondheid gesuggereerd, maar geen enkel is bewezen. Wel is aangetoond dat fijne deeltjes, waarvan een groot deel wordt gevormd uit dezelfde gassen als zure regen (zwaveldioxide en stikstofdioxide), problemen veroorzaken met de hart- en longfunctie.
Andere schadelijke effecten
Zure regen kan ook schade veroorzaken aan bepaalde bouwmaterialen en historische monumenten. Dit komt doordat het zwavelzuur in de regen een chemische reactie aangaat met de calciumverbindingen in de stenen (kalksteen, zandsteen, marmer en graniet), waardoor gips ontstaat, dat vervolgens afschilfert. Dit is ook vaak te zien op oude grafstenen, waar de zure regen ervoor kan zorgen dat de inscriptie volledig onleesbaar wordt. Zure regen veroorzaakt ook een verhoogde oxidatiesnelheid voor ijzer, wat schade veroorzaakt aan metalen constructies en monumenten.
Preventiemethoden
Technologische oplossingen
In de Verenigde Staten en verschillende andere landen gebruiken veel kolengestookte elektriciteitscentrales rookgasontzwaveling (FGD) om zwavelhoudende gassen uit hun schoorsteengassen te verwijderen. Een voorbeeld van FGD is de natte gaszuiveraar, die in feite een reactietoren is met een ventilator die hete rookgassen door de toren laat stromen. Kalk of kalksteen in slurryvorm wordt ook in de toren geïnjecteerd om zich met de rookgassen te vermengen en zich met het aanwezige zwaveldioxide te vermengen. Het calciumcarbonaat van de kalksteen produceert pH-neutraal calciumsulfaat dat fysiek uit de gaswasser wordt verwijderd. Met andere woorden, de gaswasser zet zwavelverontreiniging om in industriële sulfaten.
In sommige gebieden worden de sulfaten verkocht aan chemische bedrijven als gips wanneer de zuiverheid van calciumsulfaat hoog is. In andere gebieden worden ze op stortplaatsen gedumpt. De gevolgen van zure regen kunnen echter generaties lang aanhouden, omdat de verandering van de pH-waarde de voortdurende uitloging van ongewenste chemicaliën in anders ongerepte waterbronnen kan stimuleren, waardoor kwetsbare insecten- en vissoorten afsterven en pogingen om het inheemse leven te herstellen worden geblokkeerd.
Internationale verdragen
Er zijn een aantal internationale verdragen ondertekend met betrekking tot het lange-afstandstransport van luchtverontreinigende stoffen. Een voorbeeld is het Protocol inzake de vermindering van zwavelemissies in het kader van het Verdrag betreffende grensoverschrijdende luchtverontreiniging over lange afstand.
Emissiehandel
Een recentere regeling betreft de handel in emissierechten. In dit systeem krijgt elke verontreinigende installatie een emissievergunning die deel gaat uitmaken van de kapitaalgoederen. Exploitanten kunnen dan apparatuur voor verontreinigingsbeheersing installeren en delen van hun emissievergunningen verkopen. De bedoeling is exploitanten economische prikkels te geven om verontreinigingsbeheersingsapparatuur te installeren.
Zie ook
- Milieutechniek
- Stikstofdioxide
- Zwaveldioxide
Noten
- Gedestilleerd water, dat geen koolstofdioxide bevat, heeft een neutrale pH van 7. Vloeistoffen met een pH kleiner dan 7 zijn zuur, en die met een pH groter dan 7 zijn basisch (of basisch).
- Zure regen. NASA Woordenlijst. Opgehaald 13 juni 2018.
- H. Berresheim, P. H. Wine, and D. D. Davies, “Sulfur in the Atmosphere.” In Hanwant B. Singh (ed.), Composition, Chemistry and Climate of the Atmosphere (Wiley, 1995, ISBN 978-0471285144), 251-307.
- William Anderson, Zuurproef: Edward Krug Flunks Political Science. The Reason Foundation, januari 1992. Op 13 juni 2018 ontleend.
- H. Rodhe, et al., “The Global Distribution of Acidifying Wet Deposition” Environmental Science & Technology 36(20) (2002): 4382-4388. Op 13 juni 2018 ontleend.
- 6.0 6.1 6.2 Effecten van zure regen EPA. Op 13 juni 2018 ontleend.
- McCormick, John. Zure Aarde: The Global Threat of Acid Pollution. Londen, UK: Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
- Morgan, Sally, and Jenny Vaughan. Zure regen (Earth SOS). Londen, UK: Franklin Watts Ltd., 2007. ISBN 0749676728
- Parks, Peggy J Ons milieu – Zure regen (Ons milieu). 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 opgehaald op 3 november 2019.
- National Acid Precipitation Assessment Program Report – een rapport van 98 pagina’s aan het Congres.
- Zure regen voor scholen.
- U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
- U.S. Geological Survey – Wat is zure regen?
Credits
De schrijvers en redacteuren van de Nieuwe Wereld Encyclopedie hebben dit Wikipedia-artikel herschreven en aangevuld in overeenstemming met de normen van de Nieuwe Wereld Encyclopedie. Dit artikel voldoet aan de voorwaarden van de Creative Commons CC-by-sa 3.0 Licentie (CC-by-sa), die gebruikt en verspreid mag worden met de juiste naamsvermelding. Eer is verschuldigd onder de voorwaarden van deze licentie die kan verwijzen naar zowel de medewerkers van de Nieuwe Wereld Encyclopedie als de onbaatzuchtige vrijwillige medewerkers van de Wikimedia Foundation. Om dit artikel te citeren klik hier voor een lijst van aanvaardbare citeerformaten.De geschiedenis van eerdere bijdragen door wikipedianen is hier toegankelijk voor onderzoekers:
- Geschiedenis van zure regen
De geschiedenis van dit artikel sinds het werd geïmporteerd in de Nieuwe Wereld Encyclopedie:
- Geschiedenis van “Zure regen”
Noot: Sommige beperkingen kunnen van toepassing zijn op het gebruik van individuele afbeeldingen die afzonderlijk zijn gelicentieerd.