Wat zure regen is en hoe de schade kan worden hersteld

Zure regen kan ernstige gevolgen hebben voor het milieu – met name voor het aquatisch milieu en de bodem. Hoewel er actie is ondernomen om veel van de emissies die dit veroorzaken op te ruimen, is de schade aan veel natuurlijke milieus over de hele wereld al aangericht.

Echter, er is licht aan het eind van de tunnel. Het blijkt dat er enkele methoden zijn die kunnen worden toegepast om de effecten van zure regen op de natuur te helpen verminderen en omkeren.

Wat is zure regen en waardoor wordt het veroorzaakt?

Zure regen ontstaat wanneer zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOX) in de atmosfeer worden uitgestoten en door wind en luchtstromingen worden vervoerd. Deze verontreinigende stoffen reageren met watermoleculen in de atmosfeer, evenals met zuurstof en andere chemicaliën, en vormen zwavelzuur en salpeterzuur.

Deze zuren vermengen zich vervolgens met meer water en andere materialen in de atmosfeer, voordat ze als zure regen op de grond vallen.

GERELATEERD: SOLAR CELLS THAT COULD GENERATE ENERGY FROM RAIN

Het verschijnsel werd voor het eerst gesignaleerd in de jaren 1800, op het hoogtepunt van de industriële revolutie. Robert Angus Smith, een Schotse chemicus uit Manchester, Engeland, legde het verband tussen zure regen en luchtverontreinigende stoffen.

Een kleine hoeveelheid zwaveldioxide en stikstofoxiden zijn natuurlijke bestanddelen van het milieu en zijn afkomstig van bronnen zoals vulkanen, elektrische ontladingen door blikseminslag, enz. De veel grotere hoeveelheden zure regen die tegenwoordig worden aangetroffen, zijn echter afkomstig van menselijke industriële activiteiten – met name de verbranding van fossiele brandstoffen.

Op dit moment zijn de meest voorkomende bronnen van deze oxiden:

• Verbranding van fossiele brandstoffen voor de opwekking van elektriciteit. Tweederde van de SO2 en eenvierde van de NOX in de atmosfeer is afkomstig van elektriciteitscentrales.
• Uitlaatgassen van auto’s en zwaar materieel.
• Fabrieken, olieraffinaderijen en andere industrieën.

Een groot probleem met deze verontreinigende stoffen is dat ze over zeer lange afstanden kunnen worden getransporteerd voordat ze zure regen vormen. Dit betekent dat landen niet alleen plaatselijk, maar ook in verafgelegen gebieden de gevolgen van industriële activiteiten kunnen ondervinden.

Welke verschillende vormen van zure regen zijn er?

Zure regen kan op twee verschillende manieren ontstaan, of worden neergeslagen:

• natte depositie
• droge depositie

natte depositie is wat we het meest met zure regen bedoelen. Hierbij vallen in de atmosfeer gevormde zwavel- en salpeterzuren op de grond, meegevoerd door regen, sneeuw, mist of hagel.

Droge depositie daarentegen bestaat uit afzettingen uit de atmosfeer in afwezigheid van vocht.

“De zure deeltjes en gassen kunnen snel neerslaan op oppervlakken (watermassa’s, vegetatie, gebouwen) of kunnen tijdens atmosferisch transport reageren tot grotere deeltjes die schadelijk kunnen zijn voor de menselijke gezondheid. Wanneer de opgehoopte zuren door de volgende regen van een oppervlak worden gespoeld, stroomt dit zure water over en door de grond en kan het schade toebrengen aan planten en in het wild levende dieren, zoals insecten en vissen.” – EPA.

De mate waarin droge of natte depositie optreedt, wordt bepaald door de hoeveelheid neerslag van een getroffen gebied. Woestijnen, bijvoorbeeld, hebben de neiging om meer droge depositie te vertonen in vergelijking met ergens waar enkele centimeters regen per jaar valt.

Wat is de pH van zure regen?

De term zure regen is een interessante term, omdat gewone regen gemiddeld ook licht zuur is. Gewoonlijk heeft schone regen een pH-waarde tussen 5 en 5,6.

Zoals u waarschijnlijk weet, loopt de pH-schaal van 0 tot 14 en meet deze de relatieve zuurgraad of alkaliteit van een waterige oplossing, bepaald door het gehalte aan waterstofionen (H+). De schaal is uitgevonden door een Deense wetenschapper, Søren Sørensen, in 1909.

Het is een logaritmische schaal en elke pH-eenheid staat voor een tienvoudige toename van de zuurgraad.

Referentie: gedestilleerd zuiver water heeft een pH van 7 en het zuur in een accu kan een pH van 0 hebben. Aan de andere kant van de pH-schaal heeft bleekwater een pH van ongeveer 12,6 en vloeibare rioolreiniger tot pH 14.

De reden dat gewone regen licht zuur is, is dat er opgelost kooldioxide is dat koolzuur vormt. Zure regen daarentegen heeft meestal een pH tussen 4,2 en 4,4.

Dit verschil in pH tussen schone regen en zure regen betekent dat de laatste aanzienlijk zuurder kan zijn.

Bij sommige gelegenheden is de pH-waarde van zure regen zelfs tot 3 gedaald — vergelijkbaar met de pH-waarde van azijn. In 1982 werd zelfs een nog lagere waarde gemeten, toen de pH-waarde van mist aan de westkust van de VS 1,8 was!

Waarom is zure regen schadelijk voor het milieu?

Zure regen kan zeer schadelijk zijn voor de natuurlijke omgeving. Ecologisch gezien is zure regen veel verwoestender in aquatische milieus zoals beken, meren en moerassen.

Zure regen kan, en zal, de gemiddelde pH-waarde van deze milieus drastisch veranderen, waardoor veel vissoorten en andere aquatische organismen die zijn aangepast aan een hogere pH-waarde, kunnen sterven.

Veel aquatische organismen hebben een zogenaamde “kritische pH-waarde” waarin ze kunnen overleven. Slakken hebben het bijvoorbeeld zwaar te verduren bij pH-waarden lager dan pH 6, meivliegen bij pH 5,5, en kikkers ergens in de buurt van pH 4.

Vissen kunnen door een lage pH-waarde ook niet meer uit hun eieren komen. Al deze effecten hebben tot gevolg dat de biodiversiteit van deze ecosystemen drastisch afneemt.

Als zure regen de bodem binnendringt en infiltreert, kunnen giftige metalen als aluminium, cadmium en kwik uit de bodem en uit kleideeltjes lekken, die vervolgens de neiging hebben in beken en meren terecht te komen. Hoe zuurder de regen, hoe meer aluminium er vrijkomt, waardoor de verontreinigingsproblemen nog groter worden.

Zure regen verwijdert ook een groot aantal calciumkationen uit de bodem – een belangrijk mineraal voor de plaatselijke ecologie. Een aanzienlijk verlies ervan kan bomen, planten en gewassen beschadigen en zelfs doden.

Aluminium is al lang bekend als zeer giftig voor zoetwaterorganismen, en kan ook terrestrische ecosystemen ernstig aantasten. In aquatische milieus is aluminium een bijzonder krachtig gif voor kieuwademende organismen zoals vissen en ongewervelde dieren.

Blootstelling aan grote doses aluminium veroorzaakt problemen met plasma en hemolymfe (een equivalent van bloed bij ongewervelde dieren) en kan uiteindelijk leiden tot osmoregulatoire (het reguleren van vocht en elektrolyten in organismen) storingen bij de aangetaste dieren. Vooral bij vissen vermindert aluminium de efficiëntie van hun kieuwen en kan het leiden tot de dood van de kieuwcellen.

Aluminium kan zich ook ophopen in ongewervelde zoetwaterdieren. Dit heeft een domino-effect op eventuele roofdieren van zoogdieren en vogels.

Op het land kan aluminium, dat als gevolg van zure regen in de bodem spoelt, een nadelige invloed hebben op de fijne wortelsystemen van planten. Evenals bij sommige waterdieren tast de aanwezigheid van aluminium in voldoende concentraties de systemen aan die belangrijk zijn voor de opname van vitale voedingsstoffen.

“Op grote hoogten kunnen zure mist en wolken voedingsstoffen onttrekken aan het gebladerte van bomen, waardoor ze bruine of dode bladeren en naalden krijgen. De bomen zijn dan minder in staat om zonlicht te absorberen, waardoor ze zwak worden en minder goed bestand zijn tegen vriestemperaturen.” – EPA.

Aluminium hoopt zich ook op in planten, zoals sommige ongewervelde dieren, waardoor de hele voedselketen op zijn beurt wordt beïnvloed.

Zure regen kan planten ook rechtstreeks beschadigen en uiteindelijk doden. Afgezien van de verzuring van de bodem kan zure regen ook leiden tot het uitdrogen van de wasachtige bladschubben die bij sommige planten zijn geëvolueerd om waterverlies te voorkomen.

Dit resulteert uiteindelijk in overmatig waterverlies van de plant naar de atmosfeer. De aangetaste planten zullen uitdrogen en omkomen. Planten die dit meemaken, vertonen meestal vergeling tussen de nerven van hun bladeren.

De toegenomen verzuring van de interne weefsels van de plant kan ook leiden tot het oplossen van belangrijke mineralen, waardoor de plant fataal verzwakt.

De verzuring van de bodem heeft ook dramatische gevolgen voor de microbiële biodiversiteit in de bodem. Sommige microben kunnen niet tegen een lage pH-waarde en worden bijgevolg gedood.

Zure regen kan ook zeer schadelijk zijn voor ondiepe, kustwateren. Verzuring van de oceaan kan ongewervelde zeedieren verhinderen effectief verkalkte exoskeletten aan te maken.

Koralen zijn bijzonder gevoelig voor lagere pH-waarden, waar hun calciumcarbonaatskeletten kunnen oplossen. Elk effect op de lagere leden van de voedselketen in de oceaan zal ook een domino-effect hebben op andere hogere zeedieren.

Samengevat zijn de 3 belangrijkste effecten van zure regen op het milieu (met dank aan de Universiteit van Washington):

• Vorstwaterhabitats worden zo zuur dat dieren er niet meer in kunnen leven.
• De afbraak van veel bodemmineralen levert metaalionen op die vervolgens in de afstroming worden weggespoeld, waardoor verschillende effecten optreden:
  • Het vrijkomen van giftige ionen, zoals Al3+, in de watervoorziening.
  • Het verlies van belangrijke mineralen, zoals Ca2+, uit de bodem, waardoor bomen sterven en gewassen schade oplopen.
• Verontreinigende stoffen uit de lucht worden gemakkelijk verplaatst door windstromingen, zodat de effecten van zure regen zich doen voelen ver van de plaats waar de verontreinigende stoffen worden geproduceerd.

Is zure regen schadelijk voor de mens?

Naast de ernstige schade die zure regen aan het milieu kan toebrengen, is het ook schadelijk voor gebouwen, historische monumenten en standbeelden, vooral die van kalksteen en marmer.

Het kan ook de gezondheid van de mens aantasten.

Hoewel niet direct, op zich, kunnen de stofdeeltjes in de lucht die zure regen vormen bijdragen tot hart- en longproblemen als ze worden ingeademd, vooral door mensen met astma en bronchitis. NOx kan ook leiden tot de vorming van ozon op grondniveau dat, wanneer het ook wordt ingeademd, ernstige longproblemen kan bevorderen, zoals chronische longontsteking en emfyseem.

Zure regen op grotere hoogten kan ook leiden tot de vorming van dikke zure mist die het zicht aantast en de ogen en neus irriteert.

Zijn er ook positieve effecten van zure regen?

Zure regen blijkt ook een aantal interessante positieve effecten te hebben. Zo is bijvoorbeeld gebleken dat zure regen kan helpen de natuurlijke productie van methaan – een krachtiger broeikasgas dan kooldioxide – te verminderen

Dit is met name geconstateerd in waterrijke gebieden. Het zwavelgehalte van zure regen blijkt de activiteit van methaanproducerende microben in dergelijke omgevingen te beperken.

Hoe beïnvloedt zure regen de bodem?

De bodem is een van de meest fundamentele fundamenten van al het leven op het land. Elke significante beschadiging ervan heeft dramatische gevolgen voor hele ecosystemen op het land.

Als de chemische en voedingswaarde van de bodem worden uitgeput, kunnen hele ecosystemen instorten. Daarom is het van het grootste belang dat de effecten van zure regen op de bodem worden geëlimineerd of althans zo veel mogelijk worden beperkt.

We hebben hierboven al enkele grote effecten van zure regen op de bodem genoemd, maar in sommige gevallen zijn bossen, beken en meren die met zure regen te maken krijgen, in staat om de effecten te bufferen. Buffering is het vermogen van een ecosysteem om een toename van de verzuring door zure regen te verdragen.

Dit is volledig afhankelijk van een aantal factoren. De twee belangrijkste zijn de dikte en samenstelling van de bodem en het soort gesteente dat eronder zit.

Zones met een dikke bodem die rijk is aan calcium, kalksteen of marmer, zijn bijvoorbeeld beter in staat het zuur in het regenwater te neutraliseren. Dit komt omdat kalksteen en marmer meer basisch zijn en een hogere pH produceren wanneer ze in water worden opgelost.

Op plaatsen waar de onderliggende geologie, en in het verlengde daarvan de chemie van de bodem, niet in staat is om de effecten van zure regen te bufferen, kan bodemverzuring een verwoestende uitwerking hebben. Het onttrekt vitale mineralen aan de bodem die bestaande planten kunnen doden en bedreigt ook de toekomst van de productiviteit van bossen.

Zure bodems resulteren in een tragere groei van planten en bomen, als ze al niet volledig afsterven.

“In de Green Mountains van Vermont en de White Mountains van New Hampshire in de Verenigde Staten is in de afgelopen 25 jaar 50% van de rode sparren afgestorven. Er is ook een verminderde groei van de bestaande bomen vastgesteld, gemeten aan de hand van de grootte van de groeiringen van de bomen in deze gebieden.” – airquality.org.uk.

Hoe kunnen door zure regen beschadigde gebieden worden hersteld?

Zoals we al hebben gezien, kan de schade die door zure regen wordt veroorzaakt, zeer aanzienlijk zijn voor het milieu — met name voor de bodem en het aquatisch milieu. Hoewel de natuur een groot vermogen heeft om zichzelf te herstellen, is het soms nodig dat de mens in actie komt.

Hier volgen enkele manieren waarop de mens kan helpen bij het herstel van de schade die door zure regen is veroorzaakt.

Kalksteen in poedervorm kan worden toegevoegd aan verzuurde waterwegen

Eén methode om de schade van zure regen in meren en rivieren kunstmatig te herstellen, is het in poedervorm toevoegen van kalksteen. Het calciumcarbonaat en andere alkalische bestanddelen van kalksteen helpen de pH van het aangetaste water te neutraliseren.

Hoewel dit een vrij eenvoudige oplossing is, is het niet de goedkoopste methode. Het is ook altijd maar een tijdelijke oplossing en moet met tussenpozen worden voortgezet totdat de zure regen ophoudt.

Het is met succes gebruikt in plaatsen als Noorwegen en Zweden om aangetaste meren en rivieren te helpen herstellen. Een ander groot bekalkingsproject werd ook uitgevoerd in Wales, VK, waar ongeveer 12.000 km van de waterwegen waren verzuurd.

Dit project vond in 2003 plaats op de rivier de Wye (een belangrijke waterweg die van Midden-Wales naar het estuarium van de Severn loopt) en heeft daadwerkelijk geleid tot de terugkeer van zalm in deze gebieden. Deze vissen waren sinds het midden van de jaren tachtig niet meer in de rivier gezien.

Calciumkorrels “blanket bombing” is ook gebruikt om verzuurde grond te herstellen

Oplossingen op basis van calcium kunnen ook worden gebruikt om door zure regen aangetaste bodems te helpen herstellen. Zo werd in 1999 40 ton droge calciumkorrels verspreid over een 29 hectare groot stroomgebied in Hubbard Brook, New Hampshire, VS. De korrels werden gedurende een aantal dagen per helikopter verspreid.

De korrels waren speciaal ontworpen om zich gedurende vele jaren langzaam een weg te banen in het stroomgebied en de verzuring van de bodem te neutraliseren. Onderzoekers volgden het bos gedurende anderhalf decennium om het gebied te vergelijken met aangrenzende stroomgebieden die niet dezelfde behandeling kregen.

“De behandeling verhoogde de veerkracht van het bos bij grote verstoringen,” zei een van het onderzoeksteam. “De bomen in het met calcium behandelde stroomgebied konden zich sneller herstellen van een zware ijsstorm die de regio in 1998 trof.”

Reguleer industrieën om emissies te beheersen

Het klinkt vanzelfsprekend, maar een van de doeltreffendste manieren om door zure regen aangetaste gebieden te helpen herstellen, is de uitstoot van zwavel- en stikstofoxiden door de zwaarst vervuilende industrieën te beperken. Door het probleem bij de bron aan te pakken, kan de natuur zich vanzelf herstellen.

Dit kan worden bereikt door kolen te wassen, alleen kolen met een laag zwavelgehalte te verbranden, of apparaten met de naam “gaszuiveraars” te installeren in schoorstenen en rookkanalen. Dit wordt ook wel rookgasontzwaveling (FGD) genoemd en zorgt ervoor dat SO2 chemisch wordt verwijderd uit de gassen die uit de schoorstenen komen.

Ze zijn ongelooflijk effectief en kunnen tot 95% van de zwaveldioxide uit de uitstootgassen verwijderen. Natuurlijk kunnen elektriciteitscentrales ook worden omgeschakeld van het gebruik van steenkool op zwavelarme brandstoffen zoals aardgas, of alternatieve vormen van energie.

Voor voertuigen is de invoering van de katalysator in uitlaatsystemen van cruciaal belang voor de verlaging van de NOx-uitstoot van auto’s.

Dit is vooral effectief geweest op plaatsen als de VS en Canada, waar de overheid al meer dan 25 jaar geleden regelgeving heeft ingevoerd om de industrie te dwingen haar activiteiten te saneren. Met name de Clean Air Act van 1970 en de Canada-United States Air Quality Agreement van 1991.

Sommige studies uit 2015 hebben aangetoond dat verzuurde bodems na een langzame start nu een versneld herstel laten zien in een brede strook van West-Ontario en Maine.

Overschakelen naar alternatieve energiebronnen helpt ook

Een andere strategie om zure regen een halt toe te roepen en de aangerichte schade te helpen herstellen, is de wijdverspreide invoering van alternatieve energiebronnen om elektriciteit op te wekken. Windenergie, geothermische energie, zonne-energie, waterkracht en kernenergie behoren hiertoe.

Doordat deze alternatieve energiebronnen het gebruik van fossiele brandstoffen volledig overbodig maken, wordt de uitstoot van zwaveldioxide en NOx in de lucht effectief geëlimineerd. En natuurlijk geldt hetzelfde voor de overstap op elektrische voertuigen.

En dat is een wrap.

De effecten van zure regen op de natuurlijke en bebouwde omgeving kunnen ongelooflijk ernstig zijn als er niets aan wordt gedaan. Gelukkig is een combinatie van belangrijke wetgeving en een aantal innovatieve bestrijdingsstrategieën effectief gebleken bij het verminderen, en zelfs omkeren, van een aantal van de meest ernstige schade.