Sur regn hvordan det dannes, sammensetning, reaksjoner og effekter

3506
Jonah Lester
Sur regn hvordan det dannes, sammensetning, reaksjoner og effekter

De sur nedbør Det er den våte eller tørre nedbøren av stoffer som genererer en pH lavere enn 5,6. Denne nedbøren kan være våt (fortynnet i regnvann) eller tørr (avleiringer av partikler eller aerosoler).

Begrepet "surt regn" ble først foreslått av den engelske forskeren Robert Angus Smith i 1850, midt i den industrielle revolusjonen. De mest forekommende syrene som dannes i atmosfæren er salpetersyre og svovelsyre ved oksidasjon av naturlige eller kunstige forurensninger..

Surt regnkart. Kilde: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

De mest relevante forurensningene er oksider: NO2, NO3, SO2, hvis naturlige kilder er vulkanutbrudd, skogbranner og bakteriell nedbrytning. Kunstige kilder er gassutslipp fra forbrenning av fossilt brensel (industriell aktivitet og biltrafikk).

Sur regn forårsaker negative påvirkninger på miljøet som forsuring av jord og vann, og påvirker levende vesener, inkludert mennesker. På samme måte er jord og vann forurenset med tungmetaller, og eutrofiering skjer i vannforekomster..

På vegetasjonsnivå oppstår direkte skade på bladene og plantevekst påvirkes. I tillegg immobiliserer jordforsuring næringsstoffer og påvirker mycorrhizae (jord sopp). Tilsvarende blir bygninger, maskiner, monumenter og kunstverk utsatt for elementene alvorlig oksidert eller erodert av effekten av utfelte syrer..

For å avhjelpe effekten av surt regn kan noen viktige tiltak tas, for eksempel å beskytte monumentene og korrigere forsuring av jord og vann. Imidlertid er den grunnleggende løsningen for surt regn å redusere utslipp til atmosfæren av kjemiske forbindelser som er forløpere for dannelsen av syrer..

Artikkelindeks

  • 1 Hvordan dannes surt regn?
    • 1.1 Kjemiske forløpere
    • 1.2 Troposfærisk prosess og syrer produsert
    • 1.3 Nedbør
  • 2 Sammensetning
  • 3 Kjemiske reaksjoner av surt regn
    • 3.1 Dannelse av svovelsyre (H2SO4)
    • 3.2 Dannelse av salpetersyre (HNO3)
  • 4 Effekter på miljøet
    • 4.1 Forsuring av jord og dens innvirkning på vegetasjon
    • 4.2 Effekt på akviferer og menneskers helse
    • 4.3 Forringelse av bygninger, monumenter og materialer
  • 5 Flora og fauna
    • 5.1 Planter og dyr i lentiske vannmasser
    • 5.2 Vegetasjon og næringstilgang
    • 5.3 Direkte skade på planter og dyr
  • 6 løsninger
    • 6.1 Redusere utslipp
    • 6.2 Bruk surhetskorrigeringstiltak
    • 6.3 Overflatebeskyttelse
  • 7 Referanser

Hvordan surt regn dannes?

Syretåke på grunn av SO2-utslipp fra PDVSAs raffineri på Curaçao. Kilde: HdeK [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)]

Kjemiske forløpere

Syreregnfenomenet begynner med utslipp til atmosfæren av kjemiske forbindelser som er forløpere for dannelsen av syrer. Disse forbindelsene kan sendes ut av naturlige eller kunstige kilder.

Naturkilder inkluderer vulkanutbrudd, vegetasjonsbranner og havutslipp. Ettersom kunstige kilder virker på industrielle utslipp, utslipp fra forbrenningsmotorer eller forbrenning av avfall.

Disse kildene avgir forskjellige forbindelser som kan generere syrer i atmosfæren. Imidlertid er de viktigste nitrogenoksider og svoveloksider.

Nitrogenoksider er kjent som NOx, og inkluderer nitrogendioksid (NO2) og lystgass (NO). For sin del er svoveloksid SO2 eller svoveldioksid.

Troposfærisk prosess og syrer produsert

Fenomenet surt regn forekommer i troposfæren (atmosfærisk sone som går fra jordoverflaten til en høyde på 16 km).

I troposfæren kan luftstrømmer føre disse forbindelsene over hvilken som helst del av planeten, noe som gjør det til et globalt problem. I denne prosessen samhandler nitrogen og svoveloksider med andre forbindelser for å danne henholdsvis salpetersyre og svovelsyre..

Reaksjonstøtte

Kjemiske reaksjoner kan utføres enten på faste partikler i suspensjon eller i dråper vann i suspensjon..

Salpetersyre dannes hovedsakelig i gassfasen på grunn av den lave løseligheten i vann. For sin del er svovelsyre mer løselig i vann, og er den viktigste bestanddelen av surt regn.

Salpetersyre

For dannelsen av salpetersyre (HNO3) reagerer nitrogenoksider med vann, med radikaler som OH (i mindre grad med HO2 og CH3O2), eller med troposfærisk ozon (O3).

Svovelsyre

Når det gjelder produksjon av svovelsyre (H2SO4), deltar også radikalene OH, HO2, CH3O2, vann og ozon. I tillegg kan den dannes ved å reagere med hydrogenperoksid (H2O2) og forskjellige metalloksider..

Karbonsyre

H2CO3 dannes takket være den fotokjemiske reaksjonen av karbondioksid med atmosfærisk vann.

Saltsyre

HCl representerer bare 2% surt regn, og forløperen er metylklorid (ClCH3). Denne forbindelsen kommer fra havene og oksyderes av OH-radikaler for å danne saltsyre..

Nedbør

Når de sure forbindelsene (salpetersyre eller svovelsyre og i mindre grad saltsyre) er blitt dannet, vil de.

Nedbør kan være ved avsetning av de suspenderte partiklene der forsuringsreaksjonen har funnet sted i gassfasen. En annen måte er at kondensert vann der syrene ble dannet faller ut i regnet.

Sammensetning

Den naturlige surheten i regn er nær en pH på 5,6, selv om det i noen uforurensede områder er verdier på 5. Disse lave pH-verdiene har vært assosiert med tilstedeværelsen av syrer av naturlig opprinnelse..

Det regnes som at avhengig av pH-nivå kan regn klassifiseres i:

a) Litt sur (pH mellom 4,7 og 5,6)
b) Middels syre (pH mellom 4,3 og 4,7)
c) Sterkt sur (pH mindre enn eller lik 4.3).

Hvis regnet har en konsentrasjon> 1,3 mg / L av nitrater og> 3 mg / L for sulfater, anses forurensningen å være høy.

Syrregn består i mer enn to tredjedeler av tilfellene av tilstedeværelse av svovelsyre, fulgt i overflod av salpetersyre. Andre komponenter som kan bidra til surheten i regnet er saltsyre og karbonsyre..

Kjemiske reaksjoner av surt regn

Dannelse av svovelsyre (H2SO4)

Svovelsyreproduksjon kan forekomme i gassfasen eller i væskefasen.

Gassfase

Bare 3-4% av SO2 oksyderes i gassfasen for å produsere svovelsyre. Det er mange veier for dannelse av svovelsyre fra gassformige forløpere, her vises reaksjonen av SO2 med troposfærisk ozon.

Reaksjonen skjer i to trinn:

1. - Svoveldioksid reagerer med troposfærisk ozon som genererer svoveltrioksid og frigjør oksygen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Deretter oksyderes svoveltrioksidet med vanndamp og produserer svovelsyre.

SO3 + H2O = H2SO4

Flytende fase

I vanndråpene som vil danne regnet, kan svovelsyre produseres på flere måter:

1.- SO2 oppløses i vann som genererer svovelsyre, og dette oksyderes av hydrogenperoksid:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisk mekanisme: I dette tilfellet aktiveres metalloksidpartikler (jern, sink, titan) takket være sollysets virkning (fotokjemisk aktivering) og oksyderer SO2-genererende svovelsyre.

Salpetersyre (HNO3) dannelse

Troposfærisk ozon O3 produserer transformasjon av NO2 til HNO3 i en tretrinnsprosess:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Effekter på miljøet

Effekt av surt regn i en skog i Jizera-fjellene i Tsjekkia. Kilde: Lovecz [Public domain]

Jordforsuring og dens virkninger på vegetasjonen

Effekten av surt regn på jorden varierer avhengig av sammensetningen. For eksempel har jord av kalkholdig, basaltisk og magmatisk opprinnelse større kapasitet til å nøytralisere surhet..

For sin del er jord rik på kvarts som et inert materiale ikke i stand til å regulere syreinnholdet. I jord der surt regn øker surheten, frigjøres og transporteres metallioner som er giftige for planter og dyr..

Et relevant tilfelle er oppløsningen av aluminosilikater, som frigjør aluminiumioner som er svært skadelige for vegetasjonen..

Generelt reduserer jordens surhet tilgjengeligheten av næringsstoffer for planter. I tillegg fremmer det frigjøring og vasking av kalsium, noe som forårsaker mangler i planter.

Effekt på akviferer og menneskers helse

I de fleste tilfeller ser eller smaker ikke surt regn forskjellig fra normalt regn, og det genererer heller ikke følelser på huden. Dens effekter på menneskers helse er indirekte, og det forårsaker sjelden hudskader på grunn av ekstrem surhet..

Et av problemene med surt regn er at tungmetaller frigjøres og transporteres bort ved å senke pH-verdiene under 5. Disse forurensningene som aluminium og kadmium kan komme inn i underjordiske akviferer.

Hvis vannet fra disse forurensede akviferer går over i brønner som brukes til konsum, kan det forårsake alvorlige helseskader.

Forringelse av bygninger, monumenter og materialer

Gargoyle skadet av surt regn. Kilde: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)]

Kalkholdige steiner

Konstruksjoner, monumenter og skulpturer laget av kalkstein eller marmor er sterkt påvirket av surt regn. Dette er ganske alvorlig, siden mange historiske bygninger og kunstverk er bygget med disse materialene..

Når det gjelder kalkstein, forårsaker surt regn oppløsning av kalkstein og forårsaker omkrystallisering av kalsitt. Denne omkrystalliseringen gir hvite toner på overflaten..

I det spesifikke tilfellet av regn med svovelsyre, oppstår fenomenet sulfatering. Gjennom denne prosessen blir bergoverflaten transformert til gips og CO2 frigjøres..

Selv om mer marmor er mer motstandsdyktig, påvirkes det også av surt regn. I dette tilfellet oppstår eksfoliering av steinen, og derfor blir overflatiske lag av den løsrevet.

Andre ikke-etsende materialer

I noen bygninger er den strukturelle forverringen liten, men også med negative effekter. For eksempel gjør tørre syreforekomster vegger skitne, noe som øker vedlikeholdskostnadene.

Metaller

Sur regn forårsaker korrosjon av metaller på grunn av fenomenet oksidasjon. Dette medfører enorme økonomiske tap, siden konstruksjoner, utstyr, maskiner og kjøretøy med metalldeler er hardt rammet..

Flora og fauna

Fisk drept av surt regn. Kilde: United States Fish and Wildlife Service. [Offentlig domene]

Surt regn modifiserer den naturlige balansen mellom vann- og terrestriske økosystemer.

Planter og dyr i lentiske vannmasser

Lentiske vannmasser er mer utsatt for forsuring, fordi de er lukkede økosystemer. I tillegg har opphopning av syrer i vannet negative konsekvenser for livet det har..

En annen konsekvens av forsuring er utfelling av nitrater gjennom regn, som forårsaker eutrofiering i vannforekomster. Overflødige næringsstoffer reduserer tilgjengelig oksygen og påvirker vannlevende dyrs overlevelse negativt.

En annen indirekte negativ effekt er innføring av tungmetallioner fra det terrestriske miljøet i vannforekomster. Disse ionene frigjøres i jorden ved virkningen av hydroniumioner når surheten øker..

Vegetasjon og næringstilgang

De alvorligste problemene forårsaket av forsuring av jorda er immobiliteten til essensielle næringsstoffer og økningen i giftige metaller..

For eksempel frigjøres aluminium og magnesium fra jordpartikler ved å erstattes av hydrogen. Aluminium påvirker strukturen og funksjonen til røttene og reduserer absorpsjonen av kalsium som er viktig for planter.

På den annen side forårsaker forsuring av jord skade på mycorrhizae (rotassosierte sopp), som er essensielle i skogens dynamikk..

Direkte skade på planter og dyr

Svovelsyre forårsaker direkte skade på bladene ved å nedbryte klorofyll og produsere klorose (gulfarging av bladet). I noen arter avtar vekst og produksjon av levedyktige frø.

Amfibier (frosker og padder) er spesielt utsatt for effekten av surhet i vannet. Noen skader er direkte skader og redusert forsvar mot patogener (spesielt hudsopp).

Løsninger

Reduser utslipp

Bunnlinjen for surt regn er å redusere utslipp til miljøet av syreforløperkjemikalier. De viktigste av disse er svovel- og nitrogenoksider.

Dette har imidlertid noen vanskeligheter, siden det innebærer å påvirke de økonomiske og utviklingsmessige interessene til selskaper og land. For eksempel er en av hovedkildene til svoveldioksid forbrenning av kull, som representerer mer enn 70% av energien i Kina..

Det er noen teknologiske alternativer som kan bidra til å redusere utslippene. I industrien inneholder for eksempel de såkalte "fluidiserte sengene" absorberende midler (kalkstein eller dolomitt) som beholder SO2. Når det gjelder motorvogner og forbrenningsmotorer generelt, følger katalysatorer også å redusere SO2-utslipp.

På den annen side har noen land implementert spesifikke programmer for reduksjon av syreregn. For eksempel utviklet USA National Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP). Blant noen av tiltakene planlagt av NAPAP er implementeringen av bruken av drivstoff med lite svovel.

Et annet mulig tiltak er erstatning av flåten med elbiler for å redusere både surt regn og global oppvarming. Imidlertid, selv om teknologien eksisterer for å oppnå dette, har presset fra bil- og oljeindustrien forsinket beslutninger i denne forbindelse. Andre faktorer som påvirker er kulturelle elementer relatert til hastigheten som et kjøretøy ønsker å nå..

Bruk surhetskorrigeringstiltak

I noen tilfeller kan pH i jord og vann økes ved å tilsette alkalier, for eksempel ved å innlemme store mengder kalk. Imidlertid er denne praksisen ikke mulig i veldig store landområder..

Overflatebeskyttelse

Stein

Det er forskjellige metoder for å beskytte eller i det minste redusere forringelsen av steinen under påvirkning av surt regn. En av disse metodene er å vaske den med damp eller varmt vann..

Kjemiske midler som flussyre eller ammoniumbifluorid kan også brukes. Når den er vasket, kan steinen forsegles ved å bruke spesielle produkter som tetter porene, for eksempel bariumhydroksid.

Metall

Korroderte metalloverflater kan beskyttes ved å belegge med et ikke-etsende metall som sink..

For dette kan elektroavsetting påføres, eller metallkonstruksjonen som skal beskyttes kan senkes ned i beskyttelsesmetallet i flytende tilstand..

Referanser

  1. Espada L og A. Sánchez (1995). Innflytelse av surt regn på korrosjon av metaller. pp. 145-171. I: Sastre de Vicente M. (Koord.) Elektrokjemi og miljø på terskelen til XXI århundre. Universitetet i La Coruña. Publikasjonstjeneste. La Coruña, Spania.
  2. García-Ruiz G (2018). Beskyttelse av bygningskonstruksjoner i etsende atmosfærer. Avslutning på gradsprosjekt i ingeniørfag i industriell teknologi. Polytechnic University of Cartagena. Higher Technical School of Industrial Engineering. Cartagena, Spania. 75 s.
  3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos og MA Hernández-García (2010). Sure regn- og skogøkosystemer ... Chapingo Magazine Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
  4. Likens GE, CT Driscoll og DC Buso (1996). Langsiktige effekter av surt regn: respons og gjenoppretting av et skogøkosystem. Science, 272; 244-246.
    Likens GE og FH Bormann (1974). Surt regn: Et alvorlig regionalt miljøproblem. Science, 184: 1176-1179.
  5. Schindler DW (1988). Effekter av sur regn på ferskvannsøkosystemer. Science, 239: 149-157.
  6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Luftforurensning og surt regn. Diagnose av fenomenet i byen Manizales. Fakultet for ingeniørfag og arkitektur. Nasjonalt universitet i Colombia. Manizales hovedkvarter. Redaksjonell Blanecolor Ltda. Første utgave. Manizales, Colombia. 150 s.

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.