Surt regn hur det bildas, sammansättning, reaktioner och effekter

De surt Det är den våta eller torra utfällningen av ämnen som genererar ett pH mindre än 5,6. Denna nederbörd kan vara våt (utspädd i regnvatten) eller torrt (partikel eller aerosoler).

Termen "surt regn" föreslogs först av den engelska forskaren Robert Angus Smith 1850, i full industriell revolution. De vanligaste syrorna som bildas i atmosfären är kväve och svavel genom oxidation av naturliga eller konstgjorda föroreningar.

Acid Rain Map. Källa: AlfredSito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/4.0)]

De mest relevanta föroreningarna är oxider: NO2, NO3, SO2, vars naturliga källor är vulkanutbrott, skogsbränder och bakteriell nedbrytning. Konstgjorda källor är gasutsläppsprodukt av brinnande fossila bränslen (industriell aktivitet och biltrafik).

Syra regn orsakar negativa effekter i miljön såsom försurning av jord och vatten, vilket påverkar levande varelser, inklusive människan. Likaså är jord och vatten förorenade med tungmetaller, och i vattendragen inträffar det eutroforering.

På vegetationsnivån inträffar direkt skada i bladen och påverkas av växternas tillväxt. Dessutom immobiliserar jordförsörjning näringsämnen och påverkar mykorrhizae (jordsvampar). På liknande sätt oxideras byggnader, maskiner, monument och konstverk som utsätts för väderutbildning allvarligt av effekten av utfällda syror.

För att avhjälpa effekten av surt regn kan du vidta några punralåtgärder som att skydda monument och korrigera jord och vattenförsörjning. Bakgrundslösningen för surt regn minskar emellertid utsläppet till atmosfären i kemiska föreningar föregångare för syrabildning.

[TOC]

Hur surt regn bildas?

Syra dimma av SO2 -utsläpp av PDVSA -raffinaderiet i Curacao. Källa: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)]

Föregångare kemiska medel

Fenomenet syra regn börjar med utsläppet till atmosfären i kemiska föreningar föregångare för syrabildning. Dessa föreningar kan utfärdas av källor eller naturliga eller konstgjorda.

Bland de naturliga källorna är vulkanutbrott, vegetationsbränder och oceaniska utsläpp. Som konstgjorda källor lagar industriella utsläpp, förbränning av motorfordon eller avfallsförbränning.

Dessa källor avger olika föreningar som kan generera syror i atmosfären. Men de viktigaste är kväveoxider och svaveloxider.

Kväveoxider kallas NOx och inkluderar kvävedioxid (NO2) och kväveoxid (NO). För sin del är svaveloxid SO2 eller svaveldioxid.

Troopospheric and Acid Process produceras

Fenomenet av surt regn sker i troposfären (atmosfärisk område som går från jordens yta till en höjd av 16 km).

I troposfären kan luftströmmar bära dessa föreningar på alla delar av planeten, vilket gör det till ett globalt problem. I den processen interagerar kväve- och svaveloxider med andra föreningar för att bilda salpetersyra respektive svavelsyra.

Reaktioner stöder

Kemiska reaktioner kan genomföras antingen på fasta suspenderade partiklar eller i suspensionsdroppar.

Kalpitalsyra bildas huvudsakligen i gasfasen på grund av dess låga vattenlöslighet. Svavelsyran är för sin del mer löslig i vatten och är den viktigaste beståndsdelen av surt regn.

Salpetersyra

För bildning av salpetersyra (HNO3) reagerar kväveoxider med vatten, med radikaler såsom OH (i mindre utsträckning med HO2 och CH3O2), eller med troposfärisk ozon (O3).

Svavelsyra

När det gäller svavelsyratroduktion (H2SO4) deltar radikaler OH, HO2, CH3O2, vatten och ozon också. Dessutom kan det bildas genom att reagera med väteperoxid (H2O2) och olika metalloxider.

Kan tjäna dig: skog: egenskaper, typer, exempel

Kolsyra

H2CO3 bildas tack vare den fotokemiska reaktionen av koldioxid med atmosfäriskt vatten.

Saltsyra

HCl representerar endast 2% av surt regn, och dess föregångare är metylkloriden (CLCH3). Denna förening kommer från hav och oxideras av OH -radikaler för att bilda saltsyra.

Nederbörd

När syraföreningar (salpetersyra eller svavelsyra har bildats och i mindre utsträckning saltsyra) kommer dessa att fälla ut.

Utfällning kan bero på suspensionspartiklar där gasfasreaktionen har ägt rum. Ett annat sätt är att i regnet utfälls det kondenserade vattnet där syror bildades.

Sammansättning

Regns naturliga surhet är nära ett pH på 5,6, även om värden i vissa icke -kontaminerade områden har angetts. Dessa låga pH -värden har associerats med närvaron av naturliga syror.

Det anses att beroende på nivån på pH kan regnet klassificeras i:

a) Lätt surt (pH mellan 4,7 och 5,6)
b) Måttligt syra (pH mellan 4,3 och 4,7)
c) starkt syra (pH mindre än eller lika med 4,3).

Om regnet har en koncentration> 1,3 mg/L nitrater och> 3 mg/L När det gäller sulfater, anses förorening vara hög.

Syra regn består i mer än två tredjedelar av fallen på grund av närvaron av svavelsyra, följt i överflöd av salpetersyra. Andra komponenter som kan bidra till regnens surhet är saltsyra och kolsyra.

Kemiska reaktioner av surt regn

Svavelsyrabildning (H2SO4)

Svavelsyratroduktion kan ske i en gasfas eller vätskefas.

Gasform

Endast 3 till 4% av SO2 oxiderade i en svavelfas för att producera svavelsyra. Det finns många rutter för bildning av svavelsyra från gasformiga föregångare, här visar reaktionen av SO2 med den troposfäriska ozonen.

Reaktionen inträffar i två steg:

1.- Svaveldioxid reagerar med troposfärisk ozongenererande svaveltrioxid och frisättande syre.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Sedan oxiderar svaveltrioxid med vattenånga och producerar svavelsyra.

SO3 + H2O = H2SO4

Flytande fas

I dropparna av vatten som kommer att bilda regnet kan svavelsyra uppstå på olika sätt:

1.- SO2 upplöses i vattengenererande svavelsyra, och detta oxideras av väteperoxid:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisk mekanism: I detta fall aktiveras metalloxiderpartiklar (järn, zink, titans) tack vare verkning av solljus (fotokemisk aktivering) och oxiderar SO2 -genererande svavelsyra.

Kalpitalbildning (HNO3)

O3 Ozono O3 producerar omvandlingen från NO2 till HNO3 till en tre -scenprocess:

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

Effekter på miljön

Effekt av surt regn i en skog i Jizera -bergen i Tjeckien. Källa: Lovecz [Public Domain]

Försurning av jord och deras effekter på vegetation

Effekten av surt regn på jorden varierar beroende på sammansättningen av samma. Till exempel har jord av kalkhaltiga, basaltiskt och stolliga ursprung större förmåga att neutralisera surhet.

För sin del kan kvartsrika jordar som inert material inte reglera syrainnehåll. Således, i jordarna där surt regn ökar surhet, frigörs metalljoner som är giftiga för växter och djur.

Kan tjäna dig: organisationer som skyddar miljön

Ett relevant fall är upplösningen av aluminosilikater, som frigör mycket skadliga aluminiumjoner för vegetation.

I allmänhet minskar jordens surhet näringsämnet för växter. Dessutom främjar det frisläppandet och tvätten av kalcium, vilket orsakar brister i växter.

Effekt på akviferer och människors hälsa

I de flesta fall har surt regn inget utseende eller annorlunda smak till normalt regn, och genererar inte heller hudupplevelser. Dess effekter på människans hälsa är indirekta och orsakar sällan hudskador på grund av extrem surhet.

Ett av problemen med surt regn är att genom att minska pH -värdena under 5 släpps tungmetaller och drag. Dessa föroreningar som aluminium och kadmium kan gå till underjordiska akviferer.

Om vattnet i dessa förorenade akviferer går till brunnar som används för mänsklig konsumtion, kan det orsaka allvarliga hälsoskador.

Försämring av konstruktioner, monument och material

Gargola skadad av surt regn. Källa: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // Creativecommons.Org/licenser/BY-SA/3.0/]]

Kalkhaltiga stenar

Konstruktioner, monument och skulpturer gjorda med kalksten eller marmor påverkas mycket av surt regn. Detta är ganska allvarligt, eftersom många historiska byggnader och konstverk byggs med dessa material.

När det gäller kalksten orsakar surt regn upplösning av kalksten och genererar omkristallisering av kalcit. Denna omkristallisation producerar vitaktiga toner på ytan.

I det specifika fallet med regnet med svavelsyra inträffar sulfationsfenomenet. Genom denna process förvandlas ytan på berget till gips och CO2 släpps.

Marmor, även om den är mer resistent, påverkas också av surt regn. I detta fall inträffar stenens peeling, så ytlager av samma är fristående.

Andra icke -korrosiva material

I vissa byggnader är den strukturella försämringen lägre, men också med negativa effekter. Till exempel, torra syravlagringar smutsar väggarna, så underhållskostnaderna ökar.

Metaller

Syra regn orsakar korrosion av metaller på grund av oxidationsfenomenet. Detta orsakar enorma ekonomiska förluster, eftersom strukturer, utrustning, maskiner och fordon med metalldelar påverkas allvarligt.

flora och fauna

Fisk död för surt regn. Källa: United States Fish and Wildlife Service. [Allmängods]

Acid Rain modifierar den naturliga balansen mellan akvatiska och markbundna ekosystem.

Växter och djur i lentiska vattendrag

Luntiska vattendrag är mer mottagliga för försurning, eftersom de är stängda ekosystem. Dessutom ger ackumulering av syror i vatten negativa konsekvenser för det liv som hus.

En annan konsekvens av försurning är utfällningen av nitrater genom regn, vilket orsakar eutrofiering i vattenkropparna. Överskott av näringsämnen minskar syre tillgängligt och påverkar negativt överlevnaden av akvatiska djur.

En annan indirekt negativ effekt är dragningen till vattenkropparna av tungmetalljoner från markmiljön. Dessa joner släpps på marken genom hydroniumjonernas verkan när surhet ökas.

Vegetation och näringsämnen

De mest allvarliga problemen som orsakas av jordförsörjning är orörligheten hos väsentliga näringsämnen och ökningen av toxiska metaller.

Till exempel frigörs aluminium och magnesium från jordpartiklar när de ersätts av väte. Aluminium påverkar rötternas struktur och funktion och minskar absorptionen av väsentliga kalcium för växter.

Kan tjäna dig: nötkreatur: egenskaper, mat, sjukdomar

Å andra sidan orsakar jordförsörjning skada på mykorrhizae (svampar associerade med rötter), som är väsentliga i skogens dynamik.

Direkta skador i växter och djur

Svavelsyra orsakar direkt skada på bladen genom att förnedra klorofyll och producera kloros (bladgul). I vissa arter minskar tillväxten och produktionen av livskraftiga frön.

Amfibierna (grodor och paddor) är särskilt mottagliga för effekterna av vatten surhet. Vissa skador är direkta skador och minskning av försvar mot patogener (särskilt hudsvampar).

Lösningar

Minska utsläppen

Bakgrundslösningen för surt regn är att minska utsläppen till miljön i kemikalier av syra. Det viktigaste av dessa är svavel- och kväveoxider.

Detta har emellertid vissa svårigheter, eftersom det innebär att man påverkar företagens och ländernas ekonomiska och utvecklingsintressen. Till exempel är en av de viktigaste källorna till svaveldioxid förbränning av kol som representerar mer än 70% av energin i Kina.

Det finns några tekniska alternativ som kan bidra till att minska utsläppen. I branschen innehåller till exempel de så kallade "fluidiserade bäddarna" absorberande (kalksten eller dolomit) som behåller SO2. När det gäller motorfordon och i allmänhet, förbränningsmotorer, uppfyller katalytiska omvandlare också SO2 -utsläpp.

Å andra sidan har vissa länder genomfört specifika program för att minska surt regn. Till exempel utvecklade Förenta staterna National Acid Putitation Evaluation Program (NAPAP). Bland någon av de åtgärder som NAPAP överväger är att implementera användningen av låga svavelbränslen.

En annan möjlig åtgärd är ersättningen av bilparken med elbilar för att minska både surt regn och global uppvärmning. Även om det finns teknik för att uppnå detta, har trycket från fordons- och oljeindustrin försenat besluten om det. Andra faktorer som påverkar är kulturelement relaterade till den hastighet som strävar efter att nå ett fordon.

Tillämpa surhetskorrigeringsåtgärder

I vissa fall kan jordens och vattenens pH ökas genom att tillsätta alkalier, till exempel med stora mängder kalk. Denna praxis är dock inte genomförbar i mycket stora markförlängningar.

Ytskydd

Sten

Det finns olika metoder för att skydda eller åtminstone minska försämringen av sten under effekten av surt regn. En av dessa metoder är att tvätta den med ånga eller varmt vatten.

Kemiska medel såsom fluorhorinsyra eller ammoniumbifluorid kan också användas. När den har tvättats kan stenen tätas genom att applicera specialprodukter som ansluter porerna, till exempel bariumhydroxid.

Metall

Metallytor som är mottagliga för korroder kan skydda sig genom att täcka dem med en icke -korrosiv metall som zink.

För detta kan elektrodeposition appliceras eller nedsänkt den metallstruktur som ska skyddas i den skyddande metallen i ett flytande tillstånd.

Referenser

1. Svärd L och A. Sánchez (1995). Påverkan av surt regn på metallkorrosion. pp. 145-171. I: Vicente m skräddare. (Coord.) Elektrokemi och miljö på tröskeln för 2000 -talet. La Coruña University. Service. La Coruña, Spanien.
2. García-Ruiz G (2018). Skydd av konstruktionsstrukturer i frätande atmosfärer. Slutet på examen inom teknik inom industriell teknik. Polytechnic University of Cartagena. Högre teknisk skola för industriell teknik. Cartagena, Spanien. 75 s.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos och Ma Hernández-García (2010). Acid Rain and Forest Ecosystems ... Chapingo Magazine Forest Sciences and Environment Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll och DC Buso (1996). Långsiktiga effekter av surt regn: svar och återhämtning av ett skogsekosystem. Vetenskap, 272; 244-246.
   Likens GE och FH Bumann (1974). Syra regn: Ett regionalt regionalt avundsjuka problem. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Effekter av surt regn på sötvattenekosystem. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Luft- och sur regnföroreningar. Diagnos av fenomenet i staden Manizales. Fakultet för teknik och arkitektur. National University of Colombia. Manizales huvudkontor. Redaktionell blanecolor LTDA. Första upplagan. Manizales, Colombia. 150 p.