Procese implicate în depunerile acide. Rețineți că, dintre poluanții atmosferici prezentați, numai dioxidul de sulf (SO2) și oxizii de azot (NOx) joacă un rol semnificativ în ploile acide.

Termenul de ploaie acidă este utilizat în mod obișnuit pentru a desemna depunerea de componente acide în ploaie, zăpadă, ceață, rouă sau particule uscate. Termenul mai exact este cel de precipitații acide. Ploaia „curată” sau nepoluată este ușor acidă, deoarece dioxidul de carbon și apa din aer reacționează împreună pentru a forma acid carbonic, un acid slab. Ploaia dobândește o aciditate suplimentară prin reacția poluanților atmosferici (în principal oxizi de sulf și azot) cu apa din aer, pentru a forma acizi puternici (cum ar fi acidul sulfuric și acidul azotic). Principalele surse ale acestor poluanți sunt emisiile provenite de la vehicule, de la uzinele industriale și de la centralele electrice.

S-a demonstrat că ploaia acidă are efecte negative asupra pădurilor, a apei dulci și a solurilor, omorând formele de viață ale insectelor și acvatice. De asemenea, deteriorează clădirile și statuile și poate afecta negativ sănătatea umană. Aceste probleme, care au crescut odată cu creșterea demografică și industrială, sunt abordate prin utilizarea de echipamente de control al poluării care reduc emisiile de oxizi de sulf și de azot.

Istorie

Ploaia acidă a fost observată pentru prima dată de Robert Angus Smith în Manchester, Anglia. În 1852, el a raportat relația dintre ploile acide și poluarea atmosferică. Cu toate acestea, abia la sfârșitul anilor 1960 oamenii de știință au început să observe și să studieze pe scară largă acest fenomen. Harold Harvey din Canada a fost printre primii care au cercetat un lac „mort”. În Statele Unite, conștientizarea publică a problemei a crescut în anii 1990, după ce New York Times a promulgat rapoarte de la Pădurea Experimentală Hubbard Brook din New Hampshire despre nenumăratele efecte dăunătoare asupra mediului care rezultă din ploile acide.

De la Revoluția Industrială, emisiile de oxizi de sulf și azot în atmosferă au crescut. Instalațiile industriale și de generare a energiei care ard combustibili fosili, în principal cărbune, sunt principalele surse de creștere a oxizilor de sulf.

Emisii de substanțe chimice care duc la acidificare

Cel mai important gaz care duce la acidificarea apei de ploaie este dioxidul de sulf (SO2). În plus, emisiile de oxizi de azot, care sunt oxidate pentru a forma acid azotic, au o importanță din ce în ce mai mare din cauza controalelor mai stricte asupra emisiilor de compuși care conțin sulf. S-a estimat că aproximativ 70 Tg(S) pe an, sub formă de SO2, provin din arderea combustibililor fosili și din industrie, 2,8 Tg(S) pe an provin din incendii și 7-8 Tg(S) pe an provin din vulcani.

Activitatea umană

Centrala electrică Gavin alimentată cu cărbune din Cheshire, Ohio.

Compușii de sulf și de azot sunt principalele cauze ale ploilor acide. Mulți dintre ei sunt generați de activitatea umană, cum ar fi generarea de energie electrică, fabrici și autovehicule. Centralele electrice pe cărbune sunt printre cele mai poluante. Gazele pot fi transportate sute de kilometri în atmosferă înainte de a fi transformate în acizi și de a se depune.

Fabricile obișnuiau să aibă coșuri de fum scurte pentru a elibera fumul, dar pentru că poluau aerul din localitățile din apropiere, fabricile au acum coșuri de fum înalte. Problema cu această „soluție” este că acei poluanți sunt transportați departe, eliberând gaze în circulația atmosferică regională și contribuind la răspândirea ploilor acide. Deseori, depunerile au loc la distanțe considerabile în direcția vântului față de emisii, regiunile muntoase având tendința de a primi cele mai multe (din cauza precipitațiilor mai mari). Un exemplu al acestui efect este pH-ul scăzut al ploilor (în comparație cu emisiile locale) care cad în Scandinavia.

Chimia în picăturile de nori

Când sunt prezenți nori, rata de pierdere a SO2 este mai rapidă decât poate fi explicată doar prin chimia în fază gazoasă. Acest lucru se datorează reacțiilor din picăturile de apă lichidă.

Hidroliza

Dioxidul de sulf se dizolvă în apă și apoi, ca și dioxidul de carbon, se hidrolizează într-o serie de reacții de echilibru:

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

Multe reacții apoase oxidează sulful de la S(IV) la S(VI), ducând la formarea acidului sulfuric. Cele mai importante reacții de oxidare sunt cele cu ozonul, peroxidul de hidrogen și oxigenul. (Reacțiile cu oxigenul sunt catalizate de fierul și manganul din picăturile de nori).

Depunerea de acizi

Depunerea umedă

Depunerea umedă de acizi are loc atunci când orice formă de precipitații (ploaie, zăpadă și așa mai departe) elimină acizii din atmosferă și îi livrează la suprafața Pământului. Acest lucru poate rezulta din depunerea acizilor produși în picăturile de ploaie (a se vedea chimia fazei apoase de mai sus) sau din faptul că precipitațiile elimină acizii fie în nori, fie sub nori. Îndepărtarea umedă atât a gazelor, cât și a aerosolilor este importantă pentru depunerea umedă.

Depunerea uscată

Depunerea de acizi are loc, de asemenea, prin depunere uscată în absența precipitațiilor. Aceasta poate fi responsabilă de până la 20-60% din depunerile acide totale. Aceasta apare atunci când particulele și gazele se lipesc de sol, de plante sau de alte suprafețe.

Efecte adverse

Grafic care arată diferitele niveluri de aciditate a apei tolerate de o varietate de specii.

Apele de suprafață și animalele acvatice

Atât pH-ul mai scăzut, cât și concentrațiile mai mari de aluminiu din apele de suprafață care apar ca urmare a ploilor acide pot provoca daune peștilor și altor animale acvatice. La niveluri de pH mai mici de 5, majoritatea ouălor de pește nu eclozează, iar nivelurile mai scăzute de pH pot ucide peștii adulți. Pe măsură ce lacurile devin mai acide, biodiversitatea se reduce. Au existat unele dezbateri cu privire la măsura în care cauzele antropice ale acidității lacurilor au provocat uciderea peștilor – de exemplu, Edward Krug a stabilit că ploaia acidă a fost o pacoste de mediu, nu o catastrofă, și chiar că ploaia acidă ar putea să nu fie cauza acidității lacurilor.

Solurile

Biologia solului poate fi grav afectată de ploaia acidă. Unii microbi tropicali pot consuma rapid acizii, dar alți microbi nu sunt capabili să tolereze nivelurile scăzute ale pH-ului și sunt uciși. Enzimele acestor microbi sunt denaturate (își schimbă forma, astfel încât nu mai funcționează) de către acid. ploile acide elimină, de asemenea, mineralele și nutrienții din sol de care copacii au nevoie pentru a crește.

Păduri și altă vegetație

Efectul ploilor acide asupra unei zone împădurite din Munții Jizera, Republica Cehă.

Ploile acide pot încetini creșterea pădurilor, pot face ca frunzele și acele să devină maro, să cadă și să moară. În cazuri extreme, copaci sau hectare întregi de pădure pot muri. Moartea copacilor nu este, de obicei, un rezultat direct al ploilor acide, dar acestea slăbesc adesea copacii și îi fac mai sensibili la alte amenințări. Deteriorarea solurilor (menționată mai sus) poate cauza, de asemenea, probleme. Pădurile de mare altitudine sunt deosebit de vulnerabile, deoarece sunt adesea înconjurate de nori și ceață, care sunt mai acide decât ploaia.

Alte plante pot fi, de asemenea, afectate de ploile acide, dar efectul asupra culturilor alimentare este minimizat prin aplicarea de îngrășăminte pentru a înlocui nutrienții pierduți. În zonele cultivate, se poate adăuga, de asemenea, calcar pentru a crește capacitatea solului de a menține stabil pH-ul, dar această tactică este în mare parte inutilizabilă în cazul terenurilor sălbatice. Ploaia acidă epuizează mineralele din sol și apoi blochează creșterea plantelor.

Sănătatea umană

Câțiva oameni de știință au sugerat legături directe cu sănătatea umană, dar niciuna nu a fost dovedită. Cu toate acestea, s-a demonstrat că particulele fine, dintre care o mare parte sunt formate din aceleași gaze ca și ploaia acidă (dioxid de sulf și dioxid de azot), cauzează probleme cu funcția cardiacă și pulmonară.

Alte efecte adverse

Statuile sunt deteriorate de ploaia acidă.

Ploaia acidă poate provoca, de asemenea, deteriorarea anumitor materiale de construcție și monumente istorice. Acest lucru se datorează faptului că acidul sulfuric din ploaie reacționează chimic cu compușii de calciu din pietre (calcar, gresie, marmură și granit) pentru a crea gips, care apoi se desprinde în fulgi. Acest lucru este, de asemenea, frecvent întâlnit pe pietrele funerare vechi, unde ploaia acidă poate face ca inscripția să devină complet ilizibilă. Ploaia acidă provoacă, de asemenea, o rată crescută de oxidare pentru fier, provocând deteriorarea structurilor metalice și a monumentelor.

Metode de prevenire

Soluții tehnologice

În Statele Unite și în diverse alte țări, multe centrale electrice care ard cărbune folosesc desulfurarea gazelor de ardere (FGD) pentru a elimina gazele care conțin sulf din gazele de coș. Un exemplu de FGD este spălătorul umed, care este, în principiu, un turn de reacție echipat cu un ventilator care face să treacă prin turn gazele fierbinți din coșul de fum. În turn se injectează, de asemenea, var sau calcar sub formă de suspensie pentru a se amesteca cu gazele de coș și a se combina cu dioxidul de sulf prezent. Carbonatul de calciu din calcar produce sulfat de calciu cu pH neutru, care este eliminat fizic din epurator. Cu alte cuvinte, epuratorul transformă poluarea cu sulf în sulfați industriali.

În unele zone, sulfații sunt vânduți companiilor chimice sub formă de gips atunci când puritatea sulfatului de calciu este ridicată. În altele, ei sunt plasați în depozitele de deșeuri. Cu toate acestea, efectele ploilor acide pot dura generații întregi, deoarece efectele modificării nivelului pH-ului pot stimula scurgerea continuă a substanțelor chimice nedorite în surse de apă, altfel imaculate, ucigând speciile vulnerabile de insecte și pești și blocând eforturile de refacere a vieții indigene.

Tratate internaționale

Au fost semnate o serie de tratate internaționale privind transportul pe distanțe lungi al poluanților atmosferici. Un exemplu este Protocolul de reducere a emisiilor de sulf în cadrul Convenției privind poluarea atmosferică transfrontalieră pe distanțe lungi.

Comerțul de emisii

Un sistem de reglementare mai recent implică comerțul cu emisii. În această schemă, fiecare instalație care poluează în prezent primește o licență de emisii care devine parte a echipamentelor de capital. Operatorii pot apoi să instaleze echipamente de control al poluării și să vândă părți din licențele lor de emisii. Intenția în acest caz este de a oferi operatorilor stimulente economice pentru a instala sisteme de control al poluării.

Vezi și

• Inginerie de mediu
• Dioxid de azot
• Dioxid de sulf

Note

• McCormick, John. Acid Earth: The Global Threat of Acid Pollution (Amenințarea globală a poluării acide). Londra, Marea Britanie: Earthscan, 1989. ISBN 18538303333X
• Morgan, Sally, and Jenny Vaughan. Acid Rain (Earth SOS). Londra, Marea Britanie: Franklin Watts Ltd., 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J Our Environment – Acid Rain (Our Environment). Farmington Hills, MI: KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 073772626288
• Singh, Hanwant B. (ed.). Composition Chemistry, and Climate of the Atmosphere (Compoziția, chimia și clima atmosferei). Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Toate linkurile recuperate la 3 noiembrie 2019.

• National Acid Precipitation Assessment Program Report – un raport de 98 de pagini pentru Congres.
• Ploi acide pentru școli.
• U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
• U.S. Geological Survey – What is acid rain?