SURT REGN: HVORDAN DET DANNES, SAMMENSÆTNING, REAKTIONER OG EFFEKTER - MILJØ - 2025

Den sure regn er fugtig eller tør nedbør af stoffer, der genererer en pH-værdi under 5,6. Denne nedbør kan være våd (fortyndet i regnvand) eller tør (partikelformige eller aerosoldepositioner).

Udtrykket "surt regn" blev først foreslået af den engelske forsker Robert Angus Smith i 1850, midt i den industrielle revolution. De mest rigelige syrer, der dannes i atmosfæren, er salpetersyre og svovlsyre ved oxidation af naturlige eller kunstige forurenende stoffer.

Syre regn kort. Kilde: Alfredsito94

De mest relevante forurenende stoffer er oxider: NO2, NO3, SO2, hvis naturlige kilder er vulkanudbrud, skovbrande og bakteriel nedbrydning. Kunstige kilder er gasemissioner, der stammer fra forbrænding af fossile brændstoffer (industriel aktivitet og biltrafik).

Surt regn forårsager negative påvirkninger på miljøet, såsom forsuring af jord og vand, der påvirker levende væsener, herunder mennesker. Jord og vand er også forurenet med tungmetaller, og eutrofiering forekommer i vandmasser.

På vegetationsniveau forekommer direkte skade på bladene, og plantevæksten påvirkes. Derudover immobiliseres forsuringen af ​​jorden næringsstoffer og påvirker mycorrhizae (jordens svampe). Tilsvarende oxideres eller eroderes bygninger, maskiner, monumenter og kunstværker, der udsættes for elementerne, af virkningen af ​​udfældede syrer.

For at afhjælpe effekten af ​​surt regn kan der træffes nogle vigtige forholdsregler, såsom beskyttelse af monumenter og korrigering af forsuring af jord og vand. Den grundlæggende løsning til sur nedbør er imidlertid at reducere emissionen i atmosfæren af ​​kemiske forbindelser, der er forløberne for syre dannelse.

Hvordan dannes sur regn?

Syre tåge på grund af SO2-emissioner fra PDVSAs raffinaderi på Curaçao. Kilde: HdeK

Kemiske forstadier

Fænomenet med surt regn begynder med emissionen i atmosfæren af ​​kemiske forbindelser, der er forløbere for dannelse af syrer. Disse forbindelser kan udsendes fra naturlige eller kunstige kilder.

Naturlige kilder inkluderer vulkanudbrud, vegetationsbrande og havemissioner. Idet kunstige kilder agerer industrielle emissioner, emissioner fra forbrændingsbiler eller forbrænding af affald.

Disse kilder udsender forskellige forbindelser, der kan generere syrer i atmosfæren. Det vigtigste er imidlertid nitrogenoxider og svovloxider.

Kvælstofoxider er kendt som NOx og inkluderer nitrogenoxid (NO2) og nitrogenoxid (NO). Svovloxid er på sin side SO2 eller svovldioxid.

Troposfærisk proces og producerede syrer

Fænomenet surt regn forekommer i troposfæren (atmosfærisk zone, der går fra jordoverfladen til en højde på 16 km).

I troposfæren kan luftstrømme bære disse forbindelser over en hvilken som helst del af planeten, hvilket gør det til et globalt problem. I denne proces interagerer nitrogen- og svovloxider med andre forbindelser til dannelse af henholdsvis salpetersyre og svovlsyre.

Reaktionsstøtte

Kemiske reaktioner kan udføres enten på faste partikler i suspension eller i dråber vand i suspension.

Salpetersyre dannes hovedsageligt i gasfasen på grund af dens lave opløselighed i vand. På sin side er svovlsyre mere opløselig i vand, da den er den vigtigste bestanddel af sur nedbør.

Salpetersyre

Til dannelse af salpetersyre (HNO3) reagerer nitrogenoxider med vand med radikaler såsom OH (i mindre grad med HO2 og CH3O2) eller med troposfærisk ozon (O3).

Svovlsyre

I tilfælde af produktion af svovlsyre (H2SO4) deltager også radikalerne OH, HO2, CH3O2, vand og ozon. Derudover kan det dannes ved omsætning med hydrogenperoxid (H2O2) og forskellige metaloxider.

Kulsyre

H2CO3 dannes ved den fotokemiske reaktion af kuldioxid med atmosfærisk vand.

Saltsyre

HCI repræsenterer kun 2% sur nedbør, og dets forløber er methylchlorid (ClCH3). Denne forbindelse kommer fra verdenshavene og oxideres af OH-radikaler til dannelse af saltsyre.

Nedbør

Når de sure forbindelser (salpetersyre eller svovlsyre og i mindre grad saltsyre) er dannet, udfældes de.

Udfældning kan ske ved afsætning af de suspenderede partikler, hvori forsuringsreaktionen har fundet sted i gasfasen. En anden måde er, at det kondenserede vand udfældes i regnen, hvor syrerne blev dannet.

Sammensætning

Den naturlige surhedsgrad af regn er tæt på en pH på 5,6, skønt værdier på 5 i nogle uforurenede områder er forbundet med tilstedeværelsen af ​​syrer af naturlig oprindelse.

Afhængigt af pH-niveauet regnes det, at regnen kan klassificeres i:

a) Lidt sur (pH mellem 4,7 og 5,6)

b) Medium syre (pH mellem 4,3 og 4,7)

c) Stærkt sur (pH mindre end eller lig med 4,3).

Hvis regnen har en koncentration> 1,3 mg / l for nitrater og> 3 mg / l for sulfater, betragtes forureningen som høj.

Surt regn er sammensat i mere end to tredjedele af tilfælde af tilstedeværelsen af ​​svovlsyre, efterfulgt i overflod af salpetersyre. Andre komponenter, der kan bidrage til regnets surhed, er saltsyre og kulsyre.

Kemiske reaktioner fra surt regn

Dannelse af svovlsyre (H2SO4)

Produktionen af ​​svovlsyre kan ske i gasfasen eller i flydende fase.

Gasfase

Kun 3 til 4% SO2 oxideres i gasfasen for at producere svovlsyre. Der er mange veje til dannelse af svovlsyre fra gasformige forløbere, her vises reaktionen af ​​SO2 med troposfærisk ozon.

Reaktionen finder sted i to trin:

1.- Svovldioxid reagerer med troposfærisk ozon, frembringer svovltrioxid og frigiver ilt.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Derefter oxideres svovltrioxidet med vanddamp og producerer svovlsyre.

SO3 + H2O = H2SO4

Flydende fase

I de dråber vand, der danner regnen, kan svovlsyre produceres på flere måder:

1.- SO2 opløses i vand, der genererer svovlsyre, og dette oxideres af brintperoxid:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisk mekanisme: I dette tilfælde aktiveres metaloxidpartikler (jern, zink, titan) takket være virkningen af ​​sollys (fotokemisk aktivering) og oxiderer SO2-dannende svovlsyre.

Salpetersyre (HNO3) dannelse

Troposfærisk ozon O3 producerer omdannelsen af ​​NO2 til HNO3 i en tretrinsproces:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2

2.- NO3 + NO2 = N2O5

3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Effekter på miljøet

Effekt af surt regn i en skov i Jizera-bjergene i Tjekkiet. Kilde: Lovecz

Jordforsuring og dens virkninger på vegetation

Effekten af ​​surt regn på jorden varierer afhængigt af dets sammensætning. F.eks. Har jord af kalkholdig, basalt og stødende oprindelse en større kapacitet til at neutralisere surhedsgraden.

For deres del er jord, der er rig på kvarts som et inert materiale, ikke i stand til at regulere syreindholdet. I jord, hvor sur nedbør øger surhedsgraden, frigøres metalioner der er giftige for planter og dyr.

Et relevant tilfælde er opløsning af aluminosilicater, der frigiver aluminiumioner, der er meget skadelige for vegetationen.

Generelt reducerer jordens surhedsgrad tilgængeligheden af ​​næringsstoffer til planter. Derudover fremmer det frigivelse og vask af calcium, hvilket forårsager mangler hos planter.

Effekt på akviferer og menneskers sundhed

I de fleste tilfælde ser eller regner surt regn ikke anderledes end normalt regn, og det skaber heller ikke sensationer på huden. Dens virkninger på menneskers sundhed er indirekte, og det forårsager sjældent hudskader på grund af ekstrem surhed.

Et af problemerne med surt regn er, at ved at sænke pH-værdierne under 5 frigøres tungmetaller og føres væk. Disse forurenende stoffer som aluminium og cadmium kan komme ind i underjordiske akviferer.

Hvis vandet fra disse forurenede akvifere passerer i brønde, der bruges til konsum, kan det forårsage alvorlig sundhedsskade.

Forringelse af bygninger, monumenter og materialer

Gargoyle beskadiget af surt regn. Kilde: Nino Barbieri

Sten af ​​kalkholdig type

Konstruktioner, monumenter og skulpturer lavet med kalksten eller marmor påvirkes hårdt af surt regn. Dette er ret alvorligt, da mange historiske bygninger og kunstværker er bygget med disse materialer.

I tilfælde af kalksten forårsager surt regn opløsning af kalkstenen og forårsager omkrystallisation af kalsitten. Denne omkrystallisation producerer hvidlige toner på overfladen.

I det specifikke tilfælde af regn med svovlsyre forekommer fænomenet sulfation. Gennem denne proces omdannes stenoverfladen til gips, og CO2 frigives.

Marmor, selvom den er mere resistent, påvirkes også af surt regn. I dette tilfælde forekommer pejlingen af ​​stenen, og det er grunden til, at overfladiske lag af den løsnes.

Andre ikke-ætsende materialer

I nogle bygninger er den strukturelle forringelse mindre, men også med negative effekter. For eksempel gør tørre aflejringer væggene beskidte, hvilket øger vedligeholdelsesomkostningerne.

Metaller

Surt regn forårsager korrosion af metaller på grund af fænomenet med oxidation. Dette medfører store økonomiske tab, da strukturer, udstyr, maskiner og køretøjer med metaldele er alvorligt påvirket.

Flora og fauna

Fisk dræbt af surt regn. Kilde: United States Fish and Wildlife Service.

Syre regn ændrer den naturlige balance i akvatiske og jordiske økosystemer.

Planter og dyr i lentiske vandmasser

Lentiske vandmasser er mere modtagelige for forsuring, fordi de er lukkede økosystemer. Derudover har akkumulering af syrer i vandet negative konsekvenser for den levetid, den har.

En anden konsekvens af forsuring er udfældning af nitrater gennem regn, hvilket medfører eutrofiering i vandmasser. Overskydende næringsstoffer reducerer det tilgængelige ilt og påvirker vandlevende dyrs overlevelse negativt.

En anden indirekte negativ effekt er indeslutningen af ​​tungmetalioner fra det jordlige miljø til vandmasser. Disse ioner frigøres i jorden ved hjælp af hydroniumioner, når surhedsgraden øges.

Vegetation og næringsstoftilgængelighed

De mest alvorlige problemer forårsaget af jordforsuring er immobiliteten af ​​essentielle næringsstoffer og stigningen i giftige metaller.

F.eks. Frigøres aluminium og magnesium fra jordpartikler ved at blive erstattet af brint. Aluminium påvirker røddernes struktur og funktion og reducerer absorptionen af ​​calcium, der er essentielt for planter.

På den anden side forårsager jordforsuring skader på mycorrhizae (rod-associerede svampe), som er væsentlige i skovens dynamik.

Direkte skader på planter og dyr

Svovlsyre forårsager direkte skade på blade ved nedbrydning af klorofyl og frembringelse af chlorose (gulning af bladet). I nogle arter falder vækst og produktion af levedygtige frø.

Amfibier (frøer og padder) er især modtagelige for virkningen af ​​surhedsgrad i vand. Nogle skader er direkte kvæstelser og nedsat forsvar mod patogener (især hudsvampe).

Løsninger

Reducer emissionerne

Den nederste linje for surt regn er at reducere emissioner af syreforløberkemikalier til miljøet. De vigtigste af disse er svovl- og nitrogenoxider.

Dette har dog nogle vanskeligheder, da det indebærer, at det påvirker virksomheders og landenes økonomiske og udviklingsmæssige interesser. For eksempel er en af ​​de vigtigste kilder til svovldioxid forbrænding af kul, der tegner sig for mere end 70% af energien i Kina.

Der er nogle teknologiske alternativer, der kan hjælpe med at reducere emissioner. For eksempel indbefatter de såkaldte "fluidiserede senge" i industrien absorbenter (kalksten eller dolomit), der bevarer SO2. For motorkøretøjer og forbrændingsmotorer generelt er katalytiske omformere også med til at reducere SO2-emissioner.

På den anden side har nogle lande implementeret specifikke programmer for at reducere sur nedbør. For eksempel udviklede De Forenede Stater det nationale Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP). Blandt nogle af de foranstaltninger, NAPAP overvejer, er implementeringen af ​​brugen af ​​brændstof med lavt svovlindhold.

En anden mulig foranstaltning er udskiftningen af ​​køretøjets flåde med elbiler for at reducere både surt regn og global opvarmning. Selv om teknologien eksisterer for at opnå dette, har pres fra bilindustrien og olieindustrien imidlertid forsinket beslutninger i denne henseende. Andre faktorer, der påvirker, er kulturelle elementer relateret til den hastighed, som et køretøj forventes at nå.

Anvend syretilpasningstiltag

I nogle tilfælde kan pH i jord og vand øges ved at tilsætte alkalier, for eksempel ved at inkorporere store mængder kalk. Denne praksis er imidlertid ikke gennemførlig i meget store landområder.

Overfladebeskyttelse

Sten

Der er forskellige metoder til at beskytte eller i det mindste mindske forringelsen af ​​stenen under påvirkning af surt regn. En af disse metoder er at vaske det med damp eller varmt vand.

Kemiske midler, såsom fluoridsyre eller ammoniumbifluorid, kan også anvendes. Når den er vasket, kan stenen forsegles ved at anvende specielle produkter, der tilstopper porerne, såsom bariumhydroxid.

Metal

Korroderende metaloverflader kan beskyttes ved at overtrække dem med et ikke-ætsende metal, såsom zink.

Til dette kan elektroaflejring påføres, eller metalstrukturen, der skal beskyttes, kan nedsænkes i det beskyttende metal i flydende tilstand.

Referencer

1. Espada L og A. Sánchez (1995). Indflydelse af surt regn på korrosion af metaller. pp. 145-171. I: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrokemi og miljøet på tærsklen af ​​det XXI århundrede. University of La Coruña. Publikationstjeneste. La Coruña, Spanien.
2. García-Ruiz G (2018). Beskyttelse af bygningskonstruktioner i ætsende atmosfærer. Afslutningsprojekt i ingeniørvidenskab i industrielle teknologier Polytechnic University of Cartagena. Højere teknisk skole for industriel teknik. Cartagena, Spanien. 75 s.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos og MA Hernández-García (2010). Syre regn og skovøkosystemer.. Revista Chapingo Skovbrug og miljøvidenskab Serie 16: 187-206.
4. Likes GE, CT Driscoll og DC Buso (1996). Langsigtede virkninger af surt regn: Reaktion og gendannelse af et skovøkosystem. Videnskab, 272; 244-246.

   Likes GE og FH Bormann (1974). Syrevejr: Et alvorligt regionalt miljøproblem. Science, 184: 1176-1179.

5. Schindler DW (1988). Effekter af surt regn på ferskvandsøkosystemer. Videnskab, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Luftforurening og surt regn. Diagnose af fænomenet i byen Manizales. Det Tekniske Fakultet og Arkitektur. Det nationale universitet i Colombia. Manizales hovedkvarter. Redaktionel Blanecolor Ltda. Første udgave. Manizales, Colombia. 150 s.