Processer som ingår i surt nedfall. Observera att bland de luftföroreningar som visas är det endast svaveldioxid (SO2) och kväveoxider (NOx) som spelar en betydande roll för surt regn.

Uttrycket surt regn används vanligen för att beteckna nedfallet av sura komponenter i regn, snö, dimma, dagg eller torra partiklar. Den mer korrekta termen är sur nederbörd. ”Rent” eller oförorenat regn är svagt surt, eftersom koldioxid och vatten i luften reagerar tillsammans och bildar kolsyra, en svag syra. Regn får ytterligare syra genom att luftföroreningar (främst svavel- och kväveoxider) reagerar med luftens vatten och bildar starka syror (t.ex. svavelsyra och salpetersyra). De viktigaste källorna till dessa föroreningar är utsläpp från fordon, industrianläggningar och kraftverk.

Surt regn har visat sig ha negativa effekter på skogar, sötvatten och jordar och dödar insekter och vattenlevande organismer. Det skadar också byggnader och statyer och kan påverka människors hälsa negativt. Dessa problem, som har ökat i takt med befolknings- och industritillväxten, åtgärdas genom användning av utrustning för föroreningskontroll som minskar utsläppen av svavel- och kväveoxider.

Historia

Syrat regn observerades för första gången av Robert Angus Smith i Manchester, England. År 1852 rapporterade han om sambandet mellan surt regn och luftföroreningar. Det var dock inte förrän i slutet av 1960-talet som forskare började observera och studera fenomenet i stor omfattning. Harold Harvey i Kanada var en av de första som undersökte en ”död” sjö. I USA ökade allmänhetens medvetenhet om problemet på 1990-talet, efter att New York Times spridit rapporter från Hubbard Brook Experimental Forest i New Hampshire om de otaliga skadliga miljöeffekterna av surt regn.

Sedan den industriella revolutionen har utsläppen av svavel- och kväveoxider till atmosfären ökat. Industriella och energiproducerande anläggningar som förbränner fossila bränslen, främst kol, är de främsta källorna till ökade svaveloxider.

Utsläpp av kemikalier som leder till försurning

Den viktigaste gasen som leder till försurning av regnvatten är svaveldioxid (SO2). Dessutom är utsläpp av kväveoxider, som oxideras till salpetersyra, av ökande betydelse på grund av strängare kontroller av utsläpp av svavelhaltiga föreningar. Det har uppskattats att cirka 70 Tg(S) per år i form av SO2 kommer från förbränning av fossila bränslen och industrin, 2,8 Tg(S) per år kommer från skogsbränder och 7-8 Tg(S) per år kommer från vulkaner.

Mänsklig aktivitet

Det koleldade kraftverket Gavin i Cheshire, Ohio.

Svavels- och kväveföreningar är de främsta orsakerna till surt regn. Många av dem genereras av mänsklig verksamhet, t.ex. elproduktion, fabriker och motorfordon. Kolkraftverk är bland de mest förorenande. Gaserna kan transporteras hundratals kilometer i atmosfären innan de omvandlas till syror och deponeras.

Fabriker hade tidigare korta skorstenar för att släppa ut rök, men eftersom de förorenade luften i sina närliggande orter har fabrikerna nu höga skorstenar. Problemet med denna ”lösning” är att dessa föroreningar transporteras långt bort och släpper ut gaser i den regionala atmosfäriska cirkulationen och bidrar till spridningen av surt regn. Ofta sker nedfallet på långa avstånd i vindriktningen från utsläppen, och bergsområden tenderar att få mest (på grund av den högre nederbörden). Ett exempel på denna effekt är det låga pH-värdet i regn (jämfört med de lokala utsläppen) som faller i Skandinavien.

Kemi i molndroppar

När det finns moln är förlusten av SO2 snabbare än vad som kan förklaras enbart av kemin i gasfasen. Detta beror på reaktioner i de flytande vattendropparna.

Hydrolys

Svaveldioxid löser sig i vatten och hydrolyseras sedan, liksom koldioxid, i en serie jämviktsreaktioner:

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

Många vattenreaktioner oxiderar svavel från S(IV) till S(VI), vilket leder till bildning av svavelsyra. De viktigaste oxidationsreaktionerna sker med ozon, väteperoxid och syre. (Reaktioner med syre katalyseras av järn och mangan i molndropparna).

Syradeposition

Våtdeposition

Våtdeposition av syror inträffar när någon form av nederbörd (regn, snö och så vidare) tar bort syror från atmosfären och levererar dem till jordytan. Detta kan bero på nedfall av syror som produceras i regndropparna (se kemin i vattenfasen ovan) eller på att nederbörden avlägsnar syrorna antingen i moln eller under moln. Våt borttagning av både gaser och aerosol är båda av betydelse för våtdepositionen.

Torrdeposition

Syradeposition sker också via torrdeposition i avsaknad av nederbörd. Detta kan stå för så mycket som 20-60 procent av den totala surdepositionen. Detta sker när partiklar och gaser fastnar på marken, växter eller andra ytor.

Nedbrytande effekter

Diagram som visar olika nivåer av surhet i vatten som tolereras av en mängd olika arter.

Oberoende vatten och vattenlevande djur

Både det lägre pH-värdet och de högre aluminiumkoncentrationerna i ytvattnet som uppträder som en följd av sura regn kan orsaka skador på fisk och andra vattenlevande djur. Vid pH-nivåer som är lägre än 5 kläcks de flesta fiskägg inte, och lägre pH-nivåer kan döda vuxna fiskar. När sjöar blir surare minskar den biologiska mångfalden. Det har förekommit en viss debatt om i vilken utsträckning de av människan orsakade orsakerna till sjöars surhet orsakade fiskdöd – till exempel Edward Krug fastställde att surt regn var en miljöstörning, inte en katastrof, och till och med att surt regn kanske inte var orsaken till sjöars surhet.

Bjordar

Bodjurs biologiska egenskaper kan skadas allvarligt av surt regn. Vissa tropiska mikrober kan snabbt konsumera syror, men andra mikrober kan inte tolerera låga pH-värden och dödas. Enzymerna hos dessa mikrober denatureras (ändrar form så att de inte längre fungerar) av syran. surt regn tar också bort mineraler och näringsämnen från jorden som träden behöver för att växa.

Skogar och annan växtlighet

Effekten av surt regn på ett skogsområde i Jizerabergen, Tjeckien.

Surt regn kan bromsa tillväxten av skogar, få löv och barr att bli bruna och falla av och dö. I extrema fall kan träd eller hela hektar skog dö. Att träd dör är vanligtvis inte en direkt följd av surt regn, men det försvagar ofta träden och gör dem mer mottagliga för andra hot. Skador på marken (se ovan) kan också orsaka problem. Skogar på hög höjd är särskilt sårbara eftersom de ofta är omgivna av moln och dimma som är surare än regn.

Andra växter kan också skadas av surt regn, men effekten på livsmedelsgrödor minimeras genom att gödselmedel används för att ersätta förlorade näringsämnen. I odlade områden kan man också tillsätta kalksten för att öka jordens förmåga att hålla pH-värdet stabilt, men denna taktik är i stort sett oanvändbar när det gäller vildmarksområden. Surt regn tömmer marken på mineraler och sedan hämmas växternas tillväxt.

Människors hälsa

En del forskare har föreslagit direkta kopplingar till människors hälsa, men ingen har bevisats. Fina partiklar, av vilka en stor del bildas av samma gaser som surt regn (svaveldioxid och kvävedioxid), har dock visat sig orsaka problem med hjärt- och lungfunktion.

Andra negativa effekter

Statyer skadas av surt regn.

Surt regn kan också orsaka skador på vissa byggnadsmaterial och historiska monument. Detta beror på att svavelsyran i regnet reagerar kemiskt med kalciumföreningarna i stenarna (kalksten, sandsten, marmor och granit) för att skapa gips, som sedan flagnar. Detta är också vanligt förekommande på gamla gravstenar där det sura regnet kan leda till att inskriptionen blir helt oläslig. Surt regn orsakar också en ökad oxidationshastighet för järn, vilket orsakar skador på metallkonstruktioner och monument.

Förebyggande metoder

Tekniska lösningar

I USA och flera andra länder använder sig många koleldade kraftverk av rökgasavsvavling (FGD) för att avlägsna svavelhaltiga gaser från sina rökgaser. Ett exempel på rökgasrening är en våtskrubber, som i princip är ett reaktionstorn utrustat med en fläkt som skickar heta rökgaser genom tornet. Kalk eller kalksten i slamform sprutas också in i tornet för att blanda sig med rökgaserna och kombinera dem med den svaveldioxid som finns där. Kalciumkarbonatet i kalkstenen producerar pH-neutralt kalciumsulfat som avlägsnas fysiskt från skrubbern. Med andra ord förvandlar skrubbern svavelföroreningar till industrisulfater.

I vissa områden säljs sulfaterna till kemiföretag som gips när kalciumsulfatets renhet är hög. I andra områden placeras de på soptippar. Effekterna av surt regn kan dock bestå i generationer, eftersom effekterna av pH-nivåförändringen kan stimulera fortsatt utläckage av oönskade kemikalier i annars orörda vattenkällor, vilket dödar sårbara insekts- och fiskarter och blockerar ansträngningarna att återställa det inhemska livet.

Internationella fördrag

Ett antal internationella fördrag har undertecknats om långväga transporter av luftföroreningar. Ett exempel är protokollet om minskning av svavelutsläpp inom ramen för konventionen om långväga gränsöverskridande luftföroreningar.

Handel med utsläppsrätter

En nyare reglering innebär handel med utsläppsrätter. I detta system får varje nuvarande förorenande anläggning en utsläppslicens som blir en del av kapitalutrustningen. Verksamhetsutövarna kan sedan installera utrustning för kontroll av föroreningar och sälja delar av sina utsläppslicenser. Avsikten här är att ge verksamhetsutövare ekonomiska incitament att installera föroreningskontroller.

Se även

• Miljöteknik
• Vätgasdioxid
• Svaveldioxid

Anmärkningar

• McCormick, John. Acid Earth: The Global Threat of Acid Pollution (Det globala hotet från sura föroreningar). London, Storbritannien: Earthscan, 1989. ISBN 185383033X
• Morgan, Sally och Jenny Vaughan. Acid Rain (Earth SOS). London, Storbritannien: Franklin Watts Ltd., 2007. ISBN 0749676728
• Parks, Peggy J Our Environment – Acid Rain (Vår miljö). Farmington Hills, MI: KidHaven Press (Thomson Gale), 2005. ISBN 0737726288
• Singh, Hanwant B. (red.). Composition Chemistry, and Climate of the Atmosphere (Atmosfärens sammansättning, kemi och klimat). Wiley, 1995. ISBN 978-0471285144

Alla länkar hämtade den 3 november 2019.

• National Acid Precipitation Assessment Program Report – en 98-sidig rapport till kongressen.
• Surt regn för skolor.
• U.S. Environmental Protection Agency – Acid Rain
• U.S. Geological Survey – What is acid rain?