Energia i środowisko

Czym jest kwaśny deszcz i jak naprawić spowodowane przez niego szkody

Czym jest kwaśny deszcz i jak naprawić spowodowane przez niego szkody

Kwaśne deszcze mogą mieć poważne konsekwencje dla środowiska - zwłaszcza środowiska wodnego i gleby. Chociaż podjęto działania w celu oczyszczenia wielu powodowanych przez nie emisji, szkody zostały już wyrządzone w wielu naturalnych środowiskach na całym świecie.

Jednak na końcu tunelu jest światło. Okazuje się, że istnieją metody, które można zastosować, aby zmniejszyć i odwrócić wpływ kwaśnych deszczy na świat przyrody.

Co to jest kwaśny deszcz i co go powoduje?

Jak być może pamiętasz z czasów licealnych, kwaśne deszcze powstają, gdy dwutlenek siarki (SO2) i tlenki azotu (NOX) są emitowane do atmosfery i
przenoszone przez wiatr i prądy powietrzne. Zanieczyszczenia te reagują z cząsteczkami wody w atmosferze, a także z tlenem i innymi substancjami chemicznymi, tworząc kwas siarkowy i azotowy.

Kwasy te mieszają się następnie z większą ilością wody i innych materiałów w atmosferze, zanim spadną na ziemię w postaci kwaśnego deszczu.

POWIĄZANE: KOMÓRKI SŁONECZNE, KTÓRE MOGĄ WYTWORZYĆ ENERGIĘ Z DESZCZU

Zjawisko to zostało po raz pierwszy zidentyfikowane w XIX wieku, w szczytowym okresie rewolucji przemysłowej. Robert Angus Smith, szkocki chemik pracujący w Manchesterze w Anglii, określił związek między kwaśnymi deszczami a zanieczyszczeniami atmosferycznymi.

Niewielka ilość dwutlenku siarki i tlenków azotu jest naturalnymi składnikami środowiska i pochodzi ze źródeł takich jak wulkany, wyładowania elektryczne z wyładowań atmosferycznych itp. Jednak znacznie większe ilości kwaśnych deszczy występujących obecnie pochodzą z działalności przemysłowej człowieka - przede wszystkim ze spalania. paliwa kopalne.

Obecnie najczęstszymi źródłami tych tlenków są:

  • Spalanie paliw kopalnych w celu wytwarzania energii elektrycznej. Dwie trzecie SO2 i jedna czwarta NIEX w atmosferze pochodzą z generatorów energii elektrycznej.
  • Wydechy pojazdów i ciężkiego sprzętu.
  • Produkcja, rafinerie ropy naftowej i inne branże.

Jednym z głównych problemów związanych z tymi zanieczyszczeniami jest to, że mogą być przenoszone na bardzo duże odległości, zanim utworzą się kwaśne deszcze. Oznacza to, że kraje mogą ponosić konsekwencje działalności przemysłowej w odległych miejscach, a nie tylko lokalnie.

Jakie są różne formy kwaśnych deszczy?

Kwaśne deszcze mogą tworzyć się lub osadzać na dwa różne sposoby:

  • Osadzanie na mokro
  • Osadzanie na sucho

Mokre osady to to, co najczęściej nazywamy kwaśnymi deszczami. To tutaj powstające w atmosferze kwasy siarkowy i azotowy spadają na ziemię, niesione przez deszcz, śnieg, mgłę lub grad.

Z drugiej strony, osady suche składają się z osadów z atmosfery przy braku wilgoci.

„Kwaśne cząsteczki i gazy mogą szybko osadzać się na powierzchniach (zbiorniki wodne, roślinność, budynki) lub mogą reagować podczas transportu atmosferycznego, tworząc większe cząstki, które mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Gdy nagromadzone kwasy zostaną zmyte z powierzchni przez następny deszcz , ta kwaśna woda przepływa przez ziemię i może szkodzić roślinom i dzikim zwierzętom, takim jak owady i ryby ”. - EPA.

Ilość, do której dochodzi albo sucha, albo mokra depozycja, jest podyktowana ilością opadów deszczu na danym obszarze. Na przykład pustynie wykazują tendencję do większej ilości suchej osadu w porównaniu do miejsc, w których rocznie pada kilkanaście centymetrów deszczu.

Jakie jest pH kwaśnego deszczu?

Termin kwaśny deszcz jest interesujący, ponieważ zwykły deszcz jest również średnio lekko kwaśny. Zwykle czysty deszcz ma pH od 5 do 5,6.

Jak zapewne wiesz, skala pH waha się od Od 0 do 14 i mierzy względną kwasowość lub zasadowość wodnego roztworu, określoną przez zawartość jonów wodorowych (H +). Skala została wynaleziona przez duńskiego naukowca Sørena Sørensena w 1909 roku.

Jest to skala logarytmiczna, a każda jednostka pH reprezentuje dziesięciokrotny wzrost kwasowości.

Dla porównania, czysta woda destylowana ma pH 7 a kwas w baterii może mieć pH 0. Na drugim końcu skali pH wybielacz ma pH około 12,6 i płynny środek do czyszczenia rur dopH 14.

Powodem, dla którego regularne deszcze są lekko kwaśne, jest rozpuszczony dwutlenek węgla, który tworzy kwas węglowy. Z drugiej strony kwaśne deszcze mają zwykle pH między 4,2 a 4,4.

Ten spadek pH między czystym deszczem a kwaśnym deszczem oznacza, że ​​te ostatnie mogą być znacznie bardziej kwaśne.

W niektórych przypadkach odnotowano pH kwaśnych deszczy tak niskie, jak 3 - zbliżone do pH octu. Jeszcze niższą wartość odnotowano kiedyś w 1982 r., Kiedy pH mgły na zachodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych wyniosło a pH 1,8!

Dlaczego kwaśne deszcze są szkodliwe dla środowiska?

Kwaśne deszcze mogą być niezwykle szkodliwe dla środowiska naturalnego. Z ekologicznego punktu widzenia kwaśne deszcze są znacznie bardziej niszczycielskie w środowiskach wodnych, takich jak strumienie, jeziora i bagna.

Kwaśne deszcze mogą radykalnie zmienić średnie pH tych środowisk, potencjalnie zabijając wiele gatunków ryb i innych organizmów wodnych przystosowanych do wyższego pH.

Wiele organizmów wodnych ma tzw. „Krytyczny poziom pH”, w którym mogą przetrwać. Na przykład ślimaki mają tendencję do poważnego cierpienia przy pH niższym niż pH 6, jętki około pH 5,5i żaby gdzieś w okolicy pH 4.

W przypadku ryb niski poziom pH może również zapobiegać wykluwaniu się jaj. Wszystkie te skutki mają tendencję do dramatycznego zmniejszania różnorodności biologicznej tych ekosystemów.

Kiedy kwaśne deszcze penetrują i infiltrują glebę, mogą wypłukiwać trujące metale, takie jak aluminium, kadm i rtęć z gleby i cząstek gliny, które następnie mają tendencję do spływania do strumieni i jezior. Na przykład im bardziej kwaśny deszcz, tym więcej aluminium jest uwalniane, co zwiększa problemy związane z zanieczyszczeniem.

Kwaśne deszcze usuwają również z gleby dużą ilość kationów wapnia - który jest ważnym minerałem dla lokalnej ekologii. Znaczna utrata może spowodować uszkodzenie, a nawet śmierć, drzew, roślin i upraw.

Glin od dawna uznawany jest za bardzo toksyczny dla organizmów słodkowodnych i może również niekorzystnie wpływać na ekosystemy lądowe. W środowisku wodnym glin jest szczególnie silną toksyną dla organizmów oddychających skrzelami, takich jak ryby i bezkręgowce.

Narażenie na duże dawki glinu powoduje problemy z osoczem i hemolimfą (odpowiednikiem krwi u bezkręgowców) i może ostatecznie doprowadzić do niewydolności osmoregulacji (regulacja płynów i elektrolitów w organizmach) u dotkniętych zwierząt. W szczególności w przypadku ryb aluminium obniża sprawność ich skrzeli i może prowadzić do śmierci komórek skrzeli.

Glin może również gromadzić się w bezkręgowcach słodkowodnych. Ma to efekt uderzeniowy dla wszelkich drapieżników ssaków i ptaków.

Na lądzie aluminium wypłukiwane do gleby w wyniku kwaśnych deszczy może niekorzystnie wpływać na drobne systemy korzeniowe roślin. Podobnie jak w przypadku niektórych zwierząt wodnych, obecność glinu w wystarczających stężeniach wpływa na systemy, które są ważne dla wchłaniania ważnych składników odżywczych.

„Na dużych wysokościach kwaśna mgła i chmury mogą usuwać składniki odżywcze z liści drzew, pozostawiając je z brązowymi lub martwymi liśćmi i igłami. Drzewa są wtedy mniej zdolne do pochłaniania światła słonecznego, co czyni je słabymi i mniej odpornymi na mróz”. - EPA.

Glin gromadzi się również w roślinach, podobnie jak niektóre bezkręgowce, wpływając z kolei na cały łańcuch pokarmowy.

Kwaśne deszcze mogą również uszkodzić, a ostatecznie zabić rośliny bezpośrednio. Oprócz zakwaszenia gleby, kwaśne deszcze mogą również powodować wysychanie woskowatych łusek liści, które wyewoluowały u niektórych roślin, aby zapobiec utracie wody.

Ostatecznie powoduje to nadmierną utratę wody z rośliny do atmosfery. Dotknięte rośliny wysychają i giną. Rośliny doświadczające tego zwykle wykazują zażółcenie między nerwami liści.

Zwiększone zakwaszenie wewnętrznych tkanek rośliny może również skutkować rozpuszczeniem ważnych minerałów, śmiertelnie je osłabiając.

Zakwaszenie gleby ma również dramatyczny wpływ na bioróżnorodność mikrobiologiczną gleby. Niektóre drobnoustroje nie tolerują niskiego pH i w konsekwencji są zabijane.

Kwaśne deszcze mogą być również bardzo szkodliwe dla płytkich wód przybrzeżnych. Zakwaszenie oceanów może uniemożliwić bezkręgowcom morskim skuteczne tworzenie zwapnionych egzoszkieletów.

Korale są szczególnie wrażliwe na niższe poziomy pH, w których mogą rozpuszczać się ich szkielety z węglanu wapnia. Jakikolwiek wpływ na niższe elementy oceanicznego łańcucha pokarmowego będzie miał również efekt domina na inne wyższe zwierzęta morskie.

Podsumowując, 3 główne skutki kwaśnego deszczu na środowisko to (dzięki uprzejmości Washington University):

  • Siedliska słodkowodne stają się tak kwaśne, że zwierzęta nie mogą już w nich żyć.
  • Degradacja wielu minerałów w glebie powoduje wytwarzanie jonów metali, które są następnie wypłukiwane w spływie, powodując kilka efektów:
    • Uwalnianie toksycznych jonów, takich jak Al3+, do źródła wody.
    • Utrata ważnych minerałów, takich jak Ca2+, z gleby, zabijając drzewa i niszcząc plony.
  • Zanieczyszczenia atmosferyczne są łatwo przenoszone przez prądy wiatrowe, więc skutki kwaśnych deszczy są odczuwalne z dala od miejsc ich powstawania.

Czy kwaśne deszcze są szkodliwe dla ludzi?

Oprócz poważnych szkód, jakie kwaśne deszcze mogą wyrządzić środowisku, jest również szkodliwy dla budynków, zabytków i rzeźb, zwłaszcza tych wykonanych z wapienia i marmuru.

Może również wpływać na zdrowie ludzi.

Chociaż nie bezpośrednio, jako takicząstki stałe w powietrzu, które tworzą kwaśne deszcze, mogą w przypadku wdychania przyczyniać się do problemów z sercem i płucami, szczególnie przez osoby z astmą i zapaleniem oskrzeli. NOx może również prowadzić do tworzenia ozonu na poziomie gruntu, który, gdy jest również wdychany, może sprzyjać poważnym problemom z płucami, takim jak przewlekłe zapalenie płuc i rozedma płuc.

Kwaśne deszcze na większych wysokościach mogą również prowadzić do tworzenia się gęstej kwaśnej mgły, która wpływa na widoczność oraz podrażnia oczy i nos.

Czy są jakieś pozytywne skutki kwaśnego deszczu?

Jak się okazuje, kwaśne deszcze mają w rzeczywistości kilka interesujących pozytywnych skutków. Na przykład stwierdzono, że kwaśne deszcze mogą pomóc zmniejszyć naturalną produkcję metanu - gazu cieplarnianego silniejszego niż dwutlenek węgla.

Zostało to szczególnie zauważone na obszarach podmokłych. Wykazano, że zawartość siarki w kwaśnych deszczach ogranicza aktywność mikroorganizmów wytwarzających metan występujących w takich środowiskach.

Jak kwaśne deszcze wpływają na glebę?

Gleba jest jednym z najbardziej fundamentalnych fundamentów wszelkiego życia na lądzie. Wszelkie znaczące szkody będą miały dramatyczny wpływ na całe ekosystemy na lądzie.

Kiedy chemiczna i odżywcza wartość gleb zostanie wyczerpana, całe ekosystemy mogą się załamać. Dlatego niezwykle ważne jest wyeliminowanie lub przynajmniej ograniczenie w jak największym stopniu skutków kwaśnych deszczy na glebę.

Wspomnieliśmy już powyżej o niektórych poważnych skutkach kwaśnych deszczy na glebę, ale w niektórych przypadkach lasy, strumienie i jeziora, które doświadczają kwaśnych deszczy, są w stanie złagodzić skutki. Buforowanie to zdolność ekosystemu do tolerowania wzrostu zakwaszenia spowodowanego kwaśnymi deszczami.

Zależy to całkowicie od wielu czynników. Dwie główne z nich to miąższość i skład gleby oraz rodzaj podłoża skalnego pod nią.

Na przykład obszary z gęstymi glebami bogatymi w wapń, wapień lub marmur są w stanie lepiej neutralizować kwas w wodzie deszczowej. Dzieje się tak, ponieważ wapień i marmur są bardziej zasadowe (zasadowe) i po rozpuszczeniu w wodzie wytwarzają wyższe pH.

W miejscach, w których leżąca u podstaw geologia, a co za tym idzie, skład chemiczny gleby, nie są w stanie powstrzymać skutków kwaśnych deszczy, zakwaszenie gleby może być katastrofalne. Usuwa z gleby niezbędne minerały, które mogą zabić istniejące rośliny, a także zagrażają przyszłości produktywności lasu.

Gleby kwaśne mają tendencję do spowolnienia wzrostu roślin i drzew, jeśli nie zostaną natychmiast zabite.

„W Zielonych Górach Vermont i Białych Górach New Hampshire w Stanach Zjednoczonych 50% świerka czerwonego wymarły w przeszłości 25 lat. Odnotowano również zmniejszony wzrost istniejących drzew mierzony wielkością słojów drzew na tych obszarach. ”- airquality.org.uk.

W jaki sposób można przywrócić obszary zniszczone przez kwaśne deszcze?

Jak już widzieliśmy, szkody spowodowane przez kwaśne deszcze mogą mieć bardzo duże znaczenie dla środowiska - zwłaszcza gleby i środowiska wodnego. Chociaż natura ma wielką zdolność samoleczenia, czasami ludzie muszą podjąć działanie.

Oto kilka sposobów, w jakie ludzie mogą pomóc w naprawieniu szkód spowodowanych przez kwaśne deszcze.

1. Sproszkowany wapień można dodawać do zakwaszonych dróg wodnych

Jedną z metod sztucznego przywracania jezior i rzek szkód wyrządzonych przez kwaśne deszcze jest wprowadzenie sproszkowanego wapienia. Nazywany „wapnowaniem” węglan wapnia i inne alkaliczne składniki wapienia pomagają zneutralizować pH skażonych wód.

Chociaż jest to dość proste rozwiązanie, nie jest to najtańsza metoda. Jest to również rozwiązanie tymczasowe i musi być kontynuowane w pewnych odstępach czasu, aż kwaśne deszcze ustaną.

Z powodzeniem zastosowano go w takich miejscach jak Norwegia i Szwecja, aby pomóc w odnowie dotkniętych jezior i rzek. Inny duży projekt wapnowania został również podjęty w Walii w Wielkiej Brytanii, gdzie 12 000 kma przynajmniej tak zakwaszonych dróg wodnych.

Projekt ten miał miejsce w 2003 r. Na rzece Wye (główna droga wodna biegnąca od środkowej Walii do ujścia rzeki Severn) i faktycznie doprowadził do powrotu łososia na te obszary. Tych ryb nie widziano w rzece od połowy lat 80.

2. W celu przywrócenia zakwaszonej gleby zastosowano również „bombardowanie warstwą wapnia”

Roztwory na bazie wapnia mogą być również stosowane do odbudowy zniszczonych kwaśnych deszczów gleb. Na przykład w 1999 r. 40 ton suchych granulek wapnia rozsypano na a 29 akrów zlewnia w Hubbard Brook, New Hampshire, USA Pellety były rozrzucane helikopterem przez kilka dni.

Pelety zostały specjalnie zaprojektowane, aby powoli przedostawać się do zlewni przez wiele lat i neutralizować zakwaszenie gleby. Naukowcy monitorowali las przez ponad półtorej dekady, aby porównać obszar z sąsiednimi zlewniami, które nie zostały poddane takim samym zabiegom.

„Zabieg zwiększył odporność lasu na poważne zakłócenia” - powiedział jeden z członków zespołu badawczego. „Drzewa w zlewni oczyszczonej wapniem były w stanie szybciej się odbudować po silnej burzy lodowej, która nawiedziła ten region w 1998 roku”.

3. Regulowanie branż w celu kontrolowania emisji

Wydaje się to oczywiste, ale jednym z najskuteczniejszych sposobów przywrócenia terenów zniszczonych przez kwaśne deszcze jest ograniczenie emisji siarki i tlenków azotu z najbardziej zanieczyszczających gałęzi przemysłu. Zatrzymując problem u źródła, pozwala naturze samodzielnie dojść do siebie.

Można to osiągnąć poprzez zastosowanie mieszanki płuczącej węgla, spalanie wyłącznie węgli o niskiej zawartości siarki lub instalowanie urządzeń zwanych „płuczkami” do przewodów kominowych i kominów. Nazywany również odsiarczaniem spalin (FGD), zwykle działa to w celu chemicznej eliminacji SO2 z gazów opuszczających kominy.

Są niesamowicie skuteczne i potrafią usunąć nawet 95% dwutlenku siarki z gazów emitowanych. Oczywiście elektrownie można również przestawić z wykorzystywania węgla na paliwa o niskiej zawartości siarki, takie jak gaz ziemny lub alternatywne formy energii.

W przypadku pojazdów wprowadzenie katalizatora do układów wydechowych ma kluczowe znaczenie dla obniżenia emisji NOx z samochodów.

Było to szczególnie skuteczne w miejscach takich jak Stany Zjednoczone i Kanada, gdzie przepisy rządowe wprowadzono ponad25 lat temu zmusić przemysł do uporządkowania swoich działań. Przede wszystkim ustawa o czystym powietrzu z 1970 r. I umowa o jakości powietrza Kanada-Stany Zjednoczone z 1991 r.

Niektóre badania z 2015 roku wykazały, że po powolnym starcie zakwaszone gleby wykazują obecnie przyspieszoną regenerację na szerokim obszarze zachodniego Ontario i Maine.

4. Przestawienie się na alternatywne źródła energii również pomaga

Inną strategią zastosowaną w celu powstrzymania kwaśnych deszczy i pomocy w naprawieniu szkód było powszechne wprowadzenie alternatywnych źródeł energii do wytwarzania energii elektrycznej. Wśród nich najważniejsza jest energia wiatrowa, geotermalna, słoneczna, wodna i jądrowa.

Eliminując całkowicie potrzebę stosowania paliw kopalnych, te alternatywne źródła energii skutecznie eliminują emisje dwutlenku siarki i zanieczyszczeń NOx do powietrza. I oczywiście to samo dotyczy przejścia na pojazdy elektryczne.

I to jest okład.

Skutki kwaśnych deszczy w środowisku naturalnym i zabudowanym mogą być niezwykle poważne, jeśli nie zostaną osłabione. Na szczęście połączenie ważnych przepisów i kilku innowacyjnych strategii łagodzących okazało się skuteczne w ograniczaniu, a nawet odwracaniu niektórych z najpoważniejszych szkód.

Ponieważ kraje nadal dążą do oczyszczenia swoich emisji i przyspieszenia przyjęcia alternatywnych źródeł energii, kwaśne deszcze pochodzące ze źródeł ludzkich, miejmy nadzieję, przejdą do przeszłości.


Obejrzyj wideo: To the Moon For River - Piano Johnnys Version - Quellatalo Reproduction (Styczeń 2022).