SURT REGN: HUR DET BILDAS, SAMMANSÄTTNING, REAKTIONER OCH EFFEKTER - MILJÖ - 2025

Det sura regnet är vått eller torrt utfällning av ämnen som genererar ett pH under 5,6. Denna nederbörd kan vara våt (utspädd i regnvatten) eller torr (partiklar eller aerosolavlagringar).

Begreppet "surt regn" föreslogs först av den engelska forskaren Robert Angus Smith 1850, mitt i den industriella revolutionen. De vanligaste syrorna som bildas i atmosfären är salpetersyra och svavelsyra genom oxidation av naturliga eller konstgjorda föroreningar.

Syra regn karta. Källa: Alfredsito94

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

Surt regn orsakar negativa miljöpåverkan såsom surgöring av jord och vatten, vilket påverkar levande varelser, inklusive människor. Jord och vatten är också förorenade med tungmetaller och övergödning sker i vattendrag.

På vegetationsnivå inträffar direkt skada på bladen och växternas tillväxt påverkas. Dessutom immobiliserar jordens näring näringsämnen och påverkar mycorrhizae (marksvampar). På liknande sätt oxideras eller eroderas byggnader, maskiner, monument och konstverk som utsätts för elementen kraftigt av effekten av utfällda syror.

För att avhjälpa effekten av surt regn kan vissa viktiga åtgärder vidtas såsom att skydda monument och korrigera försurning av jord och vatten. Den grundläggande lösningen för surt regn är emellertid att minska utsläppen till atmosfären av kemiska föreningar som är föregångarna till syrabildning.

Hur bildas surt regn?

Syra dimma på grund av SO2-utsläpp från PDVSAs raffinaderi på Curaçao. Källa: HdeK

Kemiska prekursorer

Fenomenet surt regn börjar med utsläpp i atmosfären av kemiska föreningar som är föregångare till bildandet av syror. Dessa föreningar kan avges från naturliga eller konstgjorda källor.

Naturliga källor inkluderar vulkanutbrott, vegetationsbränder och havsutsläpp. Eftersom konstgjorda källor agerar industriutsläpp, utsläpp från förbränningsmotorer eller förbränning av avfall.

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

Kväveoxider är kända som NOx och inkluderar kvävedioxid (NO2) och kväveoxid (NO). Svaveloxid är för sin del SO2 eller svaveldioxid.

Troposfärisk process och producerade syror

Fenomenet surt regn förekommer i troposfären (atmosfärzon som går från jordytan till en höjd av 16 km).

I troposfären kan luftströmmar transportera dessa föreningar över någon del av planeten, vilket gör det till ett globalt problem. I denna process interagerar kväve- och svaveloxider med andra föreningar för att bilda salpetersyra respektive svavelsyra.

Reaktionsstöd

Kemiska reaktioner kan genomföras antingen på fasta partiklar i suspension eller i droppar vatten i suspension.

Salpetersyra bildas huvudsakligen i gasfasen på grund av dess låga löslighet i vatten. Svavelsyra är för sin del mer löslig i vatten, eftersom den är den huvudsakliga beståndsdelen i 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 produktionen av svavelsyra (H2SO4) deltar också radikalerna OH, HO2, CH3O2, vatten och ozon. Dessutom kan den bildas genom att reagera med väteperoxid (H2O2) och olika metalloxider.

Kolsyra

H2CO3 bildas genom den fotokemiska reaktionen av koldioxid med atmosfäriskt vatten.

Saltsyra

HCl representerar endast 2% surt regn, och dess föregångare är metylklorid (ClCH3). Denna förening kommer från oceanerna och oxideras av OH-radikaler för att bilda saltsyra.

Nederbörd

När de sura föreningarna (salpetersyra eller svavelsyra och i mindre grad saltsyra) har bildats kommer de att fälla ut.

Utfällning kan ske genom avsättning av de suspenderade partiklarna i vilka försurningsreaktionen har ägt rum i gasfasen. Ett annat sätt är att det kondenserade vattnet faller ut i regnet där syrorna bildades.

Sammansättning

Den naturliga surhetsgraden för regn ligger nära ett pH av 5,6, även om i vissa okontaminerade områden värden på 5. Dessa låga pH-värden har förknippats med förekomsten av syror med naturligt ursprung.

Beroende på pH-nivå kan regnet klassificeras i:

a) Lite surt (pH mellan 4,7 och 5,6)
b) Medelsyra (pH mellan 4,3 och 4,7)
c) Starkt surt (pH mindre än eller lika med 4,3).

Om regnet har en koncentration> 1,3 mg / L för nitrater och> 3 mg / L för sulfater anses kontamineringen vara hög.

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

Kemiska reaktioner av surt regn

Bildning av svavelsyra (H2SO4)

Produktionen av svavelsyra kan ske i gasfasen eller i vätskefasen.

Gasfas

Endast 3 till 4% SO2 oxideras i gasfasen för att producera svavelsyra. Det finns många vägar för bildning av svavelsyra från gasformiga prekursorer, här visas reaktionen av SO2 med troposfäriskt ozon.

Reaktionen sker i två steg:

1.- Svaveldioxid reagerar med troposfärisk ozon, genererar svaveltrioxid och släpper ut syre.

SO2 + O3 = SO3 + O2

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

SO3 + H2O = H2SO4

Flytande fas

I dropparna med vatten som kommer att bilda regnet kan svavelsyra produceras på flera sätt:

1.- SO2 upplöses i vatten som alstrar svavelsyra, och detta oxideras av väteperoxid:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisk mekanism: I detta fall aktiveras metalloxidpartiklar (järn, zink, titan) tack vare solsken (fotokemisk aktivering) och oxiderar SO2-alstrande svavelsyra.

Salpetersyra (HNO3) bildning

Troposfäriskt ozon O3 producerar omvandlingen av NO2 till HNO3 i en trestegsprocess:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N205 + H2O = 2HNO3

Effekter på miljön

Effekt av surt regn i en skog i Jizera-bergen i Tjeckien. Källa: Lovecz

Jordförsurning och dess effekter på vegetation

Effekten av surt regn på jorden varierar beroende på dess sammansättning. Till exempel har jordar av kalkhaltigt, basaltiskt och stollande ursprung större kapacitet att neutralisera surhetsgraden.

Jordar som är rika på kvarts som ett inert material kan för sin del inte reglera syrahalten. I jord där surt regn ökar surheten frigörs således metalljoner som är giftiga för växter och djur.

Ett relevant fall är upplösningen av aluminosilikater, som frisätter aluminiumjoner som är mycket skadliga för vegetationen.

I allmänhet minskar jordens surhet tillgången på näringsämnen för växter. Dessutom främjar det frisättning och tvättning av kalcium, vilket orsakar brister i växter.

Effekt på vattenmassor och människors hälsa

I de flesta fall ser det inte ut eller smakar surt regn från normalt regn och skapar inte heller sensationer på huden. Effekterna på människors hälsa är indirekta och det orsakar sällan hudskador på grund av extrem surhet.

Ett av problemen med surt regn är att genom att sänka pH-värdena under 5 frigörs tungmetaller och transporteras bort. Dessa föroreningar som aluminium och kadmium kan komma in i underjordiska akviferer.

Om vattnet från dessa förorenade akviferer passerar in i brunnar som används som livsmedel kan det orsaka allvarliga hälsoskador.

Försämring av byggnader, monument och material

Gargoyle skadad av surt regn. Källa: Nino Barbieri

Kalkformiga stenar

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

När det gäller kalksten orsakar surt regn upplösning av kalkstenen och orsakar omkristallisation av kalciten. Denna omkristallisation producerar vitaktiga toner på ytan.

I det specifika fallet med regn med svavelsyra förekommer fenomenet sulfation. Genom denna process förvandlas bergytan till gips och CO2 frigörs.

Marmor, även om den är mer resistent, påverkas också av surt regn. I detta fall inträffar stenens avfyllning, varför ytliga lager av den lossnar.

Andra icke-frätande material

I vissa byggnader är den strukturella försämringen liten men också med negativa effekter. Till exempel gör torra syraavlagringar väggarna smutsiga, vilket ökar underhållskostnaderna.

metaller

Surt regn orsakar korrosion av metaller på grund av fenomenet oxidation. Detta orsakar stora ekonomiska förluster eftersom strukturer, utrustning, maskiner och fordon med metalldelar påverkas allvarligt.

flora och fauna

Fisk dödad av surt regn. Källa: United States Fish and Wildlife Service.

Surt regn modifierar den naturliga balansen i akvatiska och landliga ekosystem.

Växter och djur i lentiska vattendrag

Lentiska vattendrag är mer mottagliga för försurning, eftersom de är stängda ekosystem. Dessutom har ackumulering av syror i vattnet negativa konsekvenser för den livslängd den har.

En annan konsekvens av försurning är utfällningen av nitrater genom regn, vilket orsakar övergödning i vattendrag. Överskott av näringsämnen minskar det tillgängliga syret och påverkar vattenlevande djur negativt.

En annan indirekt negativ effekt är inneslutningen av tungmetalljoner från den markbundna miljön till vattendrag. Dessa joner släpps ut i jorden genom verkan av hydroniumjoner när surheten ökar.

Vegetation och näringsämne tillgänglighet

De mest allvarliga problemen orsakade av jordförsurning är immobiliteten av viktiga näringsämnen och ökningen av giftiga metaller.

Till exempel frigörs aluminium och magnesium från jordpartiklar genom att de ersätts av väte. Aluminium påverkar rötternas struktur och funktion och minskar absorptionen av kalcium som är viktigt för växter.

Å andra sidan orsakar jordförsurning skador på mycorrhizae (rotassocierade svampar), som är väsentliga i skogens dynamik.

Direkt skada på växter och djur

Svavelsyra orsakar direkt skada på bladen genom nedbrytning av klorofyll och framställning av kloros (gulning av bladet). I vissa arter minskar tillväxten och produktionen av livskraftiga frön.

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

lösningar

Minska utsläppen

I första hand för surt regn är att minska utsläppen av sura prekursorkemikalier till miljön. De viktigaste av dessa är svavel- och kväveoxider.

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

Det finns några tekniska alternativ som kan bidra till att minska utsläppen. Till exempel, i branschen innehåller de så kallade "fluidiserade bäddar" absorbenter (kalksten eller dolomit) som håller SO2. När det gäller motorfordon och förbränningsmotorer i allmänhet bidrar katalysatorer också till att minska SO2-utsläpp.

Å andra sidan har vissa länder genomfört specifika program för att minska surt regn. Till exempel utvecklade Förenta staterna National Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP). Bland några av de åtgärder som NAPAP överväger är implementeringen av användningen av bränslen med låg svavelhalt.

En annan möjlig åtgärd är att ersätta fordonsflottan med elbilar för att minska både surt regn och den globala uppvärmningen. Trots att tekniken finns för att uppnå detta har trycket från fordons- och oljeindustrin dock försenat beslut i detta avseende. Andra faktorer som påverkar är kulturella element relaterade till hastigheten som ett fordon förväntas nå.

Tillämpa syrlighetskorrigerande åtgärder

I vissa fall kan pH hos jord och vatten ökas genom tillsats av alkalier, till exempel genom att införliva stora mängder kalk. Denna praxis är emellertid inte genomförbar i mycket stora markområden.

Ytskydd

Sten

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

Kemiska medel såsom fluorvätesyra eller ammoniumbifluorid kan också användas. När den har tvättats kan stenen förseglas genom att applicera speciella produkter som täpper till porerna, såsom bariumhydroxid.

Metall

Korroderande metallytor kan skyddas genom att belägga dem med en icke korrosiv metall såsom zink.

För detta kan elektrodeposition appliceras, eller metallstrukturen som ska skyddas kan nedsänkas i den skyddande metallen i flytande tillstånd.

referenser

1. Espada L och A. Sánchez (1995). Påverkan av surt regn på korrosion av metaller. pp. 145-171. I: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrokemi och miljön på tröskeln till XXI-talet. University of La Coruña. Publikationstjänst. La Coruña, Spanien.
2. García-Ruiz G (2018). Skydd av byggnadskonstruktioner i korrosiva atmosfärer. Examensarbete i teknik inom industriell teknik. Polytechnic University of Cartagena. Högre tekniska skolan för industriell teknik. Cartagena, Spanien. 75 sid.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos och MA Hernández-García (2010). Syra regn- och skogsekosystem .. Revista Chapingo Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll och DC Buso (1996). Långsiktiga effekter av surt regn: svar och återhämtning av ett skogsekosystem. Science, 272; 244-246.
   Likes GE och FH Bormann (1974). Acid Rain: Ett allvarligt regionalt miljöproblem. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Effekter av surt regn på sötvattens ekosystem. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Luftföroreningar och surt regn. Diagnos av fenomenet i staden Manizales. Fakulteten för teknik och arkitektur. Nationella universitetet i Colombia. Manizales huvudkontor. Redaktionell Blanecolor Ltda Första upplagan. Manizales, Colombia. 150 sid.