酸性雨とは何か、その被害を回復する方法

酸性雨は、環境、特に水環境と土壌に深刻な影響を及ぼします。

しかし、トンネルの終わりに光明が見えています。

しかし、トンネルの終わりに光があります。それは、自然界への酸性雨の影響を減らし、元に戻すために採用できる方法がいくつかあることです。

酸性雨とは

高校時代に習ったように、酸性雨は二酸化硫黄 (SO2) と窒素酸化物 (NOX) が大気中に放出され、
風や気流によって運ばれることで発生します。 これらの汚染物質は、大気中の水分子や酸素、その他の化学物質と反応し、硫酸や硝酸を生成する。

そしてこれらの酸はさらに水や他の物質と混ざり、酸性雨として地面に降り注ぐ前に大気中の他の物質と混ざり合います。

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この現象が最初に確認されたのは、産業革命の真っ只中であった1800年代にさかのぼります。 スコットランドの化学者であるロバート・アンガス・スミスは、イギリスのマンチェスターで、酸性雨と大気汚染物質との関連性を明らかにしました。

少量の二酸化硫黄と亜酸化窒素は環境の自然成分で、火山や雷による放電などの原因から発生します。

現在、これらの酸化物の最も一般的な発生源は次のとおりです。

• 発電のために化石燃料を燃やすこと。
• 発電のための化石燃料の燃焼。大気中の SO2 の 3 分の 2 と NOX の 4 分の 1 は発電機から発生します。
• 自動車や重機の排気ガス。
• 製造業、石油精製、その他の産業。 つまり、地域だけでなく、遠く離れた場所の産業活動によって、各国が被害を受ける可能性があるのです。
  

  どのような種類の酸性雨がありますか

  酸性雨は、2つの異なる方法で形成または沈着することがあります。

  • 湿性沈着
  • 乾性沈着

  湿性沈着は、私たちが最も一般的に酸性雨と呼んでいるものです。

  一方、乾性沈着は、水分のない大気からの沈着で構成されています。

  「酸性の粒子やガスは、表面（水域、植生、建物）に素早く沈着するか、大気中の輸送中に反応して、人間の健康に有害な大きな粒子を形成する可能性があります。 蓄積された酸が次の雨で表面から洗い流されると、この酸性水は地表を流れ、昆虫や魚などの植物や野生生物に害を与える可能性があります。” – EPA

  乾性沈着または湿性沈着のいずれかが発生する量は、影響を受ける地域の降雨量によって決定されます。 たとえば、砂漠は、年間数センチメートルの雨が降る場所と比較して、より多くの乾性沈着物を示す傾向があります。

  

  酸性雨のpHは？

  酸性雨という言葉は、普通の雨も平均して実際には弱酸性であることから、興味深いものです。 一般に、きれいな雨の pH は 5 ～ 5.6 です。

  ご存知のように、pH スケールは 0 から 14 までの範囲で、水素イオン (H+) の含有量によって決まる水溶液の相対的な酸性度またはアルカリ性を測定します。 この尺度は、1909年にデンマークの科学者であるセーレン・セーレンセンによって考案されました。

  対数スケールで、1つのpH単位が10倍の酸性度上昇を表します。

  参考までに、蒸留された純水の pH は 7 で、電池内の酸は pH 0 です。

  一方、漂白剤の pH は約 12.6 で、液体排水クリーナーは最大 pH 14 です。

  普通の雨が弱酸性なのは、溶けた二酸化炭素が炭酸を形成するためです。

  きれいな雨と酸性雨の間の pH のこの減少は、後者がかなり酸性になりうることを意味します。

  

  ある時、酸性雨のpHが3という低い値を記録したことがあります–酢のpHに似ています。

  なぜ酸性雨は環境に有害なのか

  酸性雨は、自然環境に対して非常に有害です。

  酸性雨は、これらの環境の平均 pH を劇的に変化させ、高い pH に適応している多くの種類の魚やその他の水生生物を殺す可能性があります。

  多くの水生生物には、生存できる「限界 pH レベル」と呼ばれるものが存在します。 たとえば、カタツムリは pH 6 より低い pH で、カゲロウは pH 5.5 で、カエルは pH 4 の領域で、ひどく苦しむ傾向があります。

  魚にとって、低い pH レベルは卵の孵化を妨げる可能性もあります。 これらの影響はすべて、これらの生態系の生物多様性を劇的に減少させる傾向があります。

  酸性雨が土壌に浸透し浸透すると、土壌や粘土粒子からアルミニウム、カドミウム、水銀などの有毒金属が溶出し、小川や湖に流れ込む傾向があります。

  酸性雨はまた、土壌から大量のカルシウム陽イオンを除去します。カルシウム陽イオンは、地域の生態系にとって重要なミネラルです。

  さらに、酸性雨は土壌からカルシウムを大量に除去します。

  アルミニウムは、淡水生物にとって非常に有毒であることが長い間認識されており、陸上生態系にも深刻な影響を及ぼしかねません。

  大量のアルミニウムにさらされると、血漿および血精（無脊椎動物における血液に相当）に問題が生じ、最終的には、影響を受けた動物の体液および電解質の調節機能不全につながる可能性があります。 特に魚類では、アルミニウムはエラの効率を低下させ、エラ細胞の死滅につながる可能性がある。

  アルミニウムは、淡水の無脊椎動物にも蓄積されることがあります。

  陸上では、酸性雨の結果として土壌に流れ込んだアルミニウムが、植物の細かい根系に悪影響を与える可能性があります。

  陸上では、酸性雨の結果として土壌に流れ込んだアルミニウムが、植物の細かい根系に悪影響を及ぼします。一部の水生動物と同様に、十分な濃度のアルミニウムが存在すると、重要な栄養素を取り込むために重要なシステムに影響を及ぼします。

  

  「高地では、酸性の霧や雲が木の葉から栄養分を奪い、葉や針が茶色や枯れた状態になっている可能性があります。 そうなると、木は日光を吸収することができなくなり、弱くなり、凍結温度に耐えられなくなります。” – EPA.

  アルミニウムは、一部の無脊椎動物のように植物にも蓄積され、食物連鎖全体に順番に影響を及ぼします。

  また、酸性雨は植物を直接傷つけ、最終的には枯らしてしまう可能性があります。 土壌の酸性化とは別に、酸性雨は、一部の植物で水分の損失を防ぐために進化してきたワックス状の葉のクチクラを乾燥させることもあります。

  その結果、最終的に植物から大気中へ過剰な水分が失われることになります。 影響を受けた植物は脱水し、枯れてしまいます。 この現象に見舞われた植物は、通常、葉脈の間が黄色くなるのが特徴です。

  植物の内部組織の酸性化が進むと、重要なミネラルが溶け出し、致命的に弱くなります。

  土壌の酸性化は、土壌微生物の生物多様性にも劇的な影響を及ぼします。 一部の微生物は低いpHに耐えられず、結果的に死滅してしまいます。

  酸性雨は、浅瀬の沿岸水域にも大きな悪影響を及ぼします。 海の酸性化は、海洋無脊椎動物が石灰化した外骨格を効果的に作るのを妨げる可能性があります。

  

  サンゴは炭酸カルシウムの骨格が溶けるような低いpHレベルには特に敏感です。 また、海洋食物連鎖の下位に位置する動物への影響は、他の高等海洋動物にも波及します。

  まとめると、酸性雨が環境に及ぼす3つの主な影響は以下のとおりです（ワシントン大学提供）。

  • 淡水の生息地が酸性に傾き、動物が生息できなくなる。
  • 多くの土壌鉱物が分解して金属イオンが生成され、それが流水で流されると、いくつかの影響が生じます：
    • Al3+ などの有害なイオンが水源に放出される。
    • 土壌からCa2+などの重要なミネラルが失われ、樹木が枯れ、作物にダメージを与える。
  • 大気中の汚染物質は風の流れによって容易に移動するので、酸性雨の影響は汚染物質の発生場所から遠く離れた場所でも感じることができます。

  酸性雨は人体に有害ですか

  酸性雨は、環境に深刻な被害を与えるだけでなく、建物、歴史的建造物、彫像、特に石灰岩や大理石でできたものに有害です。

  それ自体、直接ではないものの、酸性雨を作る空気中の微粒子物質は、特にぜんそくや気管支炎の人が吸うと心臓や肺に障害をもたらす可能性があります。

  高度の高い場所で酸性雨が降ると、視界に影響を与え、目や鼻を刺激する濃い酸性の霧が発生することもあります。

  酸性雨に良い影響はありますか

  結局のところ、酸性雨には興味深い良い影響があることが分かっています。 たとえば、酸性雨は、二酸化炭素よりも強力な温室効果ガスであるメタンの自然発生を抑えるのに役立つことが分かっています

  これは、特に湿地帯で注目されています。 酸性雨に含まれる硫黄分が、湿地帯に生息するメタン生成微生物の活動を制限することが分かっています。

  酸性雨は土壌にどのような影響を与えるのか

  土壌は、すべての陸上生物の最も基本的な基盤の1つです。

  土壌の化学的および栄養的価値が低下すると、生態系全体が崩壊する可能性があります。

  土壌の化学的価値や栄養価が低下すると、生態系全体が崩壊する可能性があるため、酸性雨による土壌への影響をなくすか、少なくとも可能な限り減らすことが決定的に重要である理由です。

  

  上記で酸性雨による土壌への大きな影響をいくつか挙げましたが、酸性雨を受けた森林や川、湖は、その影響を緩衝することができる場合があるのです。 緩衝とは、酸性雨による酸性化の増加に耐える生態系の能力のことです。

  これは完全に、いくつかの要因に依存します。

  これは、いくつかの要因に完全に依存しています。たとえば、カルシウム、石灰岩、大理石を多く含む厚い土壌のある地域は、雨水中の酸を中和する能力が高いです。

  基盤となる地質、ひいては土壌の化学的性質が、酸性雨の影響を和らげることができない場合、土壌の酸性化は壊滅的な打撃を与える可能性があります。

  基盤となる地質、ひいては土壌の化学的性質が酸性雨の影響を緩衝できない場所では、土壌の酸性化は壊滅的なものになります。土壌から重要なミネラルを奪い、既存の植物を枯らし、森林の生産性の将来も脅かす可能性があります。

  酸性の土壌は、植物や木が完全に枯れないまでも、成長が遅くなる傾向があります。

  「アメリカのバーモント州グリーンマウンテンとニューハンプシャー州ホワイトマウンテンでは、過去25年間にアカエゾマツの50%が枯れました。 また、これらの地域の木の年輪の大きさで測定すると、既存の木の成長量が減少していることが指摘されています。” – airquality.org.uk.

  

  どのようにして酸性雨の被害を受けた地域を修復するのか

  すでに見たように、酸性雨による被害は環境、特に土壌と水生環境に対して非常に大きなものになります。

  ここでは、酸性雨の被害を回復するために人間ができることを紹介します。

  酸性化した水路に粉末石灰石を加える

  

  湖や川で生じた酸性雨の被害を人工的に回復する方法の1つが粉末石灰石の導入です。 石灰化」と呼ばれる、石灰岩の炭酸カルシウムやその他のアルカリ成分が、影響を受けた水の pH を中和するのに役立ちます。

  これはかなり簡単な解決策ですが、最も安価な方法ではありません。

  これは非常にシンプルな解決策ですが、最も安価な方法ではありません。また、一時的な解決策であり、酸性雨が止むまで間隔をおいて継続する必要があります。

  ノルウェーやスウェーデンでは、影響を受けた湖や川を復元するために、石灰化プロジェクトが実施されました。

  このプロジェクトは、2003年にワイ川（ウェールズ中部からセバン河口まで流れる主要な水路）で行われ、実際にこれらの地域にサケが戻ってくるようになりました。 これらの魚は1980年代半ば以来、この川で目撃されたことはなかった。

  カルシウム ペレットの「ブランケット爆撃」は、酸性化した土壌を回復するためにも使われています

  

  カルシウムベースの溶液は、酸性雨でダメージを受けた土壌の修復にも使用できます。

  このペレットは、何年もかけてゆっくりと流域に浸透し、土壌の酸性化を中和するように特別に設計されたものです。 研究者たちは、10年半にわたって森林を監視し、同じ処置を受けなかった隣接する流域と比較しました。

  「処理によって、大きな攪乱に対する森林の回復力が高まりました」と研究チームの一人は述べています。 「カルシウム処理された流域の木々は、1998年にこの地域を襲った厳しい氷嵐から、より早く回復することができました」

  排出を抑制するために産業を規制する

  

  当たり前のように聞こえますが、酸性雨で被害を受けた地域の復興を助ける最も有効な方法の1つは、最も汚染の激しい産業からの硫黄と亜酸化窒素の排出を削減することなのです。

  これは、石炭の洗浄、硫黄分の少ない石炭のみの燃焼、煙道や煙突への「スクラバー」と呼ばれる装置の設置などを組み合わせることで実現できます。

  これは非常に効果的で、排出ガスから二酸化硫黄の 95% を除去することができます。

  自動車の場合、排気システムへの触媒コンバーターの導入は、自動車からの NOx 排出量を削減する上で極めて重要です。

  これは、25 年以上前に産業界に自浄作用を強制するための政府規制が導入された米国やカナダなどで、特に効果を発揮しています。

  2015年に行われたいくつかの研究では、西オンタリオ州やメイン州の広い範囲で、酸性化した土壌の回復が加速していることが示されています。

  代替エネルギー源への切り替えも有効

  

  酸性雨を止め、その被害を回復するために採用したもう一つの戦略は、代替エネルギーによる発電を広く導入することでした。

  化石燃料をまったく使わないので、二酸化硫黄やNOxの大気中への排出を効果的になくすことができます。

  もちろん、電気自動車への切り替えも同様です。

  酸性雨が自然環境や建築物に与える影響は、放っておくと非常に深刻です。 ありがたいことに、重要な法律と革新的な緩和戦略の組み合わせにより、最も深刻な被害の一部を軽減し、さらには逆転させる効果があることが証明されています。