Kwaśny deszcz może mieć poważne konsekwencje dla środowiska — zwłaszcza środowisk wodnych i gleb. Chociaż podjęto działania w celu oczyszczenia wielu emisji, które je powodują, szkody zostały już wyrządzone w wielu środowiskach naturalnych na całym świecie.
Jednakże istnieje światełko w tunelu. Okazuje się, że istnieją pewne metody, które można zastosować, aby zmniejszyć i odwrócić wpływ kwaśnych deszczy na świat przyrody.
- Co to są kwaśne deszcze i co je powoduje?
- Jakie są różne formy kwaśnych deszczy?
- Jakie jest pH kwaśnego deszczu?
- Dlaczego kwaśne deszcze są szkodliwe dla środowiska?
- Czy kwaśne deszcze są szkodliwe dla ludzi?
- Czy są jakieś pozytywne skutki kwaśnych deszczy?
- Jak kwaśne deszcze wpływają na glebę?
- Jak można odbudować obszary zniszczone przez kwaśne deszcze?
- Sproszkowany wapień może być dodawany do zakwaszonych dróg wodnych
- Bombardowanie „kocem” z granulek wapnia było również stosowane do przywracania zakwaszonej gleby
- Regulacje przemysłu w celu kontroli emisji
- Przechodzenie na alternatywne źródła energii również pomaga
Co to są kwaśne deszcze i co je powoduje?
Jak być może pamiętasz z czasów liceum, kwaśne deszcze powstają, gdy dwutlenek siarki (SO2) i tlenki azotu (NOX) są emitowane do atmosfery i
transportowane przez wiatr i prądy powietrzne. Te zanieczyszczenia reagują z cząsteczkami wody w atmosferze, a także z tlenem i innymi substancjami chemicznymi, tworząc kwasy siarkowy i azotowy.
Kwasy te następnie mieszają się z większą ilością wody i innych materiałów w atmosferze, zanim spadną na ziemię jako kwaśny deszcz.
RELATED: SOLAR CELLS THAT COULD GENERATE ENERGY FROM RAIN
Zjawisko to zostało po raz pierwszy zidentyfikowane w 1800 roku, podczas szczytu rewolucji przemysłowej. Robert Angus Smith, szkocki chemik pracujący w Manchesterze w Anglii, odkrył związek między kwaśnymi deszczami a zanieczyszczeniami atmosferycznymi.
Niewielkie ilości dwutlenku siarki i podtlenków azotu są naturalnymi składnikami środowiska i pochodzą z takich źródeł jak wulkany, wyładowania elektryczne z piorunów itp. Jednak znacznie większe ilości kwaśnych deszczy, które występują obecnie, pochodzą z działalności przemysłowej człowieka – przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych.
Obecnie najczęstszymi źródłami tych tlenków są:
- Spalanie paliw kopalnych w celu wytworzenia energii elektrycznej. Dwie trzecie SO2 i jedna czwarta NOX w atmosferze pochodzi z generatorów energii elektrycznej.
- Spalanie pojazdów i ciężkiego sprzętu.
- Produkcja, rafinerie ropy naftowej i inne gałęzie przemysłu.
Jednym z głównych problemów związanych z tymi zanieczyszczeniami jest to, że mogą one być przenoszone na bardzo duże odległości przed utworzeniem kwaśnych deszczy. 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 powstawać lub odkładać się na dwa różne sposoby:
- Odkład mokry
- Odkład suchy
Odkład mokry jest tym, co najczęściej określamy mianem kwaśnych deszczy. To jest, gdy kwasy siarkowe i azotowe utworzone w atmosferze spadają na ziemię niesione przez deszcz, śnieg, mgłę lub grad.
Suche osadzanie, z drugiej strony, składa się z depozytów z atmosfery w przypadku braku wilgoci.
„Kwaśne cząsteczki i gazy mogą szybko osadzać się na powierzchniach (zbiorniki wodne, roślinność, budynki) lub mogą reagować podczas transportu atmosferycznego tworząc większe cząsteczki, które mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzi. Kiedy nagromadzone kwasy są zmywane z powierzchni przez następny deszcz, ta kwaśna woda przepływa przez ziemię i może zaszkodzić roślinom i dzikim zwierzętom, takim jak owady i ryby.” – EPA.
Ilość, do której albo sucha lub mokra depozycja występuje jest podyktowana ilością opadów deszczu dotkniętego obszaru. Pustynie, na przykład, mają tendencję do pokazywania więcej suchej depozycji w porównaniu do miejsca, które doświadcza kilka centymetrów deszczu rocznie.
Jakie jest pH kwaśnego deszczu?
Termin kwaśny deszcz jest o tyle ciekawy, że zwykły deszcz, średnio rzecz biorąc, też jest tak naprawdę lekko kwaśny. Zazwyczaj czysty deszcz ma pH pomiędzy 5 a 5,6.
Jak zapewne wiecie, skala pH obejmuje zakres od 0 do 14 i mierzy względną kwasowość lub zasadowość roztworu wodnego, określaną przez zawartość jonów wodorowych (H+). Skala ta została wynaleziona przez duńskiego naukowca, Sørena Sørensena, w 1909 roku.
Jest to skala logarytmiczna, a każda jednostka pH odpowiada dziesięciokrotnemu wzrostowi kwasowości.
Dla porównania, czysta woda destylowana ma pH 7, a kwas w akumulatorze może mieć pH 0. Na drugim końcu skali pH, wybielacz ma pH około 12,6, a płynny środek do czyszczenia kanalizacji do pH 14.
Powodem, dla którego zwykły deszcz jest lekko kwaśny jest rozpuszczony dwutlenek węgla, który tworzy kwas węglowy. Z drugiej strony, kwaśny deszcz ma pH pomiędzy 4,2 a 4,4.
Ten spadek pH pomiędzy czystym deszczem a kwaśnym deszczem oznacza, że ten ostatni może być znacznie bardziej kwaśny.
Niekiedy odnotowano, że pH kwaśnego deszczu wynosi zaledwie 3 — podobnie jak pH octu. Jeszcze niższą wartość zanotowano w 1982 roku, gdy pH mgły na zachodnim wybrzeżu USA wynosiło 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 o wiele bardziej niszczycielskie w środowiskach wodnych, takich jak strumienie, jeziora i bagna.
Kwaśne deszcze mogą, i będą, drastycznie zmieniać średnie pH tych środowisk, potencjalnie zabijając wiele gatunków ryb i innych organizmów wodnych, które są przystosowane do wyższego pH.
Wiele organizmów wodnych ma coś, co nazywa się „krytycznym poziomem pH”, w którym mogą przetrwać. Na przykład, ślimaki źle znoszą pH niższe niż 6, jętki około 5,5 pH, a żaby gdzieś w okolicach 4 pH.
W przypadku ryb, niski poziom pH może również uniemożliwić wyklucie się ich jaj. Wszystkie te efekty drastycznie zmniejszają różnorodność biologiczną tych ekosystemów.
Kiedy kwaśny deszcz przenika i infiltruje glebę, może 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 potęguje problemy z zanieczyszczeniem.
Kwaśny deszcz usuwa również dużą liczbę kationów wapnia z gleby, który jest ważnym minerałem dla lokalnej ekologii. Znacząca jego utrata może uszkodzić, a nawet zabić drzewa, rośliny i uprawy.
Aluminium od dawna jest uznawane za bardzo toksyczne dla organizmów słodkowodnych, a także może mieć zły wpływ na ekosystemy lądowe. W środowisku wodnym, aluminium jest szczególnie silną toksyną dla organizmów oddychających skrzelami, takich jak ryby i bezkręgowce.
Narażenie na duże dawki aluminium powoduje problemy z osoczem i hemolimfą (odpowiednik krwi u bezkręgowców) i może w końcu prowadzić do zaburzeń osmoregulacji (regulacji płynów i elektrolitów w organizmach) u dotkniętych zwierząt. Dla ryb, w szczególności, aluminium zmniejsza wydajność ich skrzeli i może prowadzić do śmierci komórek skrzeli.
Aluminium może również gromadzić się w bezkręgowcach słodkowodnych. Ma to wpływ na drapieżniki ssaków i ptaków.
Na lądzie, aluminium, wypłukiwane do gleby w wyniku kwaśnych deszczy, może negatywnie wpływać na delikatne systemy korzeniowe roślin. Podobnie jak u niektórych zwierząt wodnych, obecność aluminium w wystarczających stężeniach wpływa na systemy, które są ważne dla absorpcji ważnych składników odżywczych.
„Na dużych wysokościach, kwaśna mgła i chmury mogą pozbawiać liście drzew składników odżywczych, pozostawiając je z brązowymi lub martwymi liśćmi i igłami. Drzewa są wtedy mniej zdolne do absorbowania światła słonecznego, co czyni je słabymi i mniej zdolnymi do wytrzymywania ujemnych temperatur.” – EPA.
Aluminium gromadzi się również w roślinach, jak niektóre bezkręgowce, wpływając z kolei na cały łańcuch pokarmowy.
Kwaśne deszcze mogą również uszkadzać, a w końcu bezpośrednio zabijać rośliny. Oprócz zakwaszenia gleby, kwaśne deszcze mogą również powodować wysychanie woskowych kutikuli liści, które rozwinęły się u niektórych roślin, aby zapobiec utracie wody.
To ostatecznie prowadzi do nadmiernej utraty wody z rośliny do atmosfery. Dotknięte rośliny odwadniają się i giną. Rośliny doświadczające tego zjawiska zwykle wykazują żółknięcie między żyłkami liści.
Zwiększone zakwaszenie wewnętrznych tkanek rośliny może również spowodować rozpuszczenie ważnych minerałów, śmiertelnie ją osłabiając.
Zakwaszenie gleby ma również dramatyczny wpływ na bioróżnorodność mikroorganizmów glebowych. Niektóre mikroorganizmy nie tolerują niskiego pH i w konsekwencji giną.
Kwaśny deszcz może być również bardzo szkodliwy dla płytkich, przybrzeżnych wód. Zakwaszenie oceanów może uniemożliwić bezkręgowcom morskim efektywne tworzenie zwapnionych egzoszkieletów.
Korale są szczególnie wrażliwe na niższe poziomy pH, gdzie ich szkielety z węglanu wapnia mogą się rozpuszczać. Jakikolwiek wpływ na niższych członków oceanicznego łańcucha pokarmowego będzie miał również efekt domina na inne wyższe zwierzęta morskie.
Podsumowując, 3 główne skutki kwaśnych deszczy dla środowiska to (dzięki uprzejmości Uniwersytetu Waszyngtońskiego):
- Siedliska słodkowodne stają się tak kwaśne, że zwierzęta nie mogą już w nich żyć.
- Degradacja wielu minerałów glebowych wytwarza jony metali, które są następnie zmywane w odpływie, powodując kilka efektów:
- Uwolnienie toksycznych jonów, takich jak Al3+, do zaopatrzenia w wodę.
- Utrata ważnych minerałów, takich jak Ca2+, z gleby, zabijając drzewa i niszcząc uprawy.
- Zanieczyszczenia atmosferyczne są łatwo przenoszone przez prądy wiatrowe, więc efekty kwaśnych deszczy są odczuwalne daleko od miejsca, gdzie zanieczyszczenia są generowane.
Czy kwaśne deszcze są szkodliwe dla ludzi?
Oprócz poważnych szkód, jakie kwaśne deszcze mogą wyrządzić środowisku, są one również szkodliwe dla budynków, zabytków i posągów, zwłaszcza tych wykonanych z wapienia i marmuru.
Mogą również wpływać na zdrowie ludzkie.
Mimo że nie bezpośrednio, per se, cząstki stałe w powietrzu, które tworzą kwaśne deszcze, mogą przyczynić się do problemów z sercem i płucami, jeśli są wdychane, zwłaszcza przez osoby z astmą i zapaleniem oskrzeli. NOx może również prowadzić do powstawania ozonu na poziomie gruntu, który wdychany może powodować poważne problemy z płucami, takie jak przewlekłe zapalenie płuc i rozedma płuc.
Kwaśny deszcz na większych wysokościach może również prowadzić do powstawania gęstej kwaśnej mgły, która wpływa na widoczność i podrażnia oczy i nos.
Czy są jakieś pozytywne skutki kwaśnych deszczy?
Jak się okazuje, istnieje kilka interesujących pozytywnych skutków kwaśnych deszczy. Na przykład stwierdzono, że kwaśne deszcze mogą pomóc w zmniejszeniu naturalnej produkcji metanu – gazu cieplarnianego o silniejszym działaniu niż dwutlenek węgla.
Zauważono to szczególnie na obszarach podmokłych. Wykazano, że zawartość siarki w kwaśnych deszczach ogranicza aktywność mikrobów produkujących metan, które można znaleźć w takich środowiskach.
Jak kwaśne deszcze wpływają na glebę?
Gleba jest jedną z najbardziej fundamentalnych podstaw wszelkiego życia na lądzie. Każde znaczące jej uszkodzenie będzie miało dramatyczny wpływ na całe ekosystemy na lądzie.
Gdy chemiczna i odżywcza wartość gleby zostanie wyczerpana, całe ekosystemy mogą się załamać. Dlatego tak ważne jest wyeliminowanie lub przynajmniej maksymalne ograniczenie wpływu kwaśnych deszczy na glebę.
Wspomnieliśmy już powyżej o kilku poważnych skutkach kwaśnych deszczy dla gleby, ale w niektórych przypadkach lasy, strumienie i jeziora, które doświadczają kwaśnych deszczy, są w stanie buforować ich skutki. Buforowanie to zdolność ekosystemu do tolerowania wzrostu zakwaszenia spowodowanego kwaśnymi deszczami.
Jest to całkowicie zależne od wielu czynników. Dwa główne z nich to grubość i skład gleby oraz rodzaj skały macierzystej znajdującej się pod nią.
Na przykład obszary o grubych glebach bogatych w wapń, wapień lub marmur są w stanie lepiej neutralizować kwas zawarty w wodzie deszczowej. Dzieje się tak, ponieważ wapień i marmur są bardziej alkaliczne (zasadowe) i wytwarzają wyższe pH po rozpuszczeniu w wodzie.
W miejscach, gdzie geologia, a co za tym idzie, chemia gleby, nie jest w stanie zneutralizować skutków kwaśnych deszczy, zakwaszenie gleby może być niszczące. Odbiera ono glebie ważne minerały, które mogą zabijać istniejące rośliny, a także zagraża przyszłej produktywności lasów.
Kwaśne gleby zwykle powodują wolniejszy wzrost roślin i drzew, jeśli nie są one całkowicie zabite.
„W Górach Zielonych w Vermont i Górach Białych w New Hampshire w Stanach Zjednoczonych 50% świerków czerwonych obumarło w ciągu ostatnich 25 lat. Odnotowano również zmniejszoną ilość wzrostu istniejących drzew mierzoną wielkością pierścieni wzrostu drzew na tych obszarach.” – airquality.org.uk.
Jak można odbudować obszary zniszczone przez kwaśne deszcze?
Jak już widzieliśmy, szkody wyrządzone przez kwaśne deszcze mogą być bardzo znaczące dla środowiska — zwłaszcza gleby i środowiska wodnego. Chociaż natura ma wielką zdolność do samoleczenia, czasami konieczne jest podjęcie działań przez człowieka.
Oto kilka sposobów, dzięki którym człowiek może pomóc w naprawie szkód spowodowanych przez kwaśne deszcze.
Sproszkowany wapień może być dodawany do zakwaszonych dróg wodnych
Jedną z metod sztucznego przywracania szkód wyrządzonych przez kwaśne deszcze w jeziorach i rzekach jest wprowadzanie sproszkowanego wapienia. Nazywa się to „wapnowaniem”, węglan wapnia i inne alkaliczne składniki wapienia pomagają zneutralizować pH wody, która ucierpiała.
Jakkolwiek jest to dość proste rozwiązanie, nie jest to najtańsza metoda. Jest to również rozwiązanie tymczasowe i musi być kontynuowane w odstępach czasu, aż do ustania kwaśnych deszczy.
Z powodzeniem, zostało użyte w miejscach takich jak Norwegia i Szwecja, aby pomóc przywrócić dotknięte jeziora i drogi rzeczne. Inny duży projekt wapnowania został również podjęty w Walii, w Wielkiej Brytanii, gdzie zakwaszeniu uległo około 12 000 km dróg wodnych.
Ten projekt miał miejsce w 2003 roku na rzece Wye (główny szlak wodny, który biegnie od Mid-Wales do ujścia Severn) i rzeczywiście doprowadził do powrotu łososia do tych obszarów. Ryby te nie były widziane w rzece od połowy lat 80-tych.
Bombardowanie „kocem” z granulek wapnia było również stosowane do przywracania zakwaszonej gleby
Roztwory na bazie wapnia mogą być również stosowane do pomocy w odbudowie gleb zniszczonych przez kwaśne deszcze. Na przykład, w 1999 roku, 40 ton suchych granulek wapnia zostało rozrzuconych na 29-hektarowym obszarze wodnym w Hubbard Brook, New Hampshire, USA. Granulki zostały rozrzucone helikopterem w ciągu kilku dni.
Granulki zostały specjalnie zaprojektowane tak, aby powoli, przez wiele lat, docierały do obszaru wodnego i neutralizowały zakwaszenie gleby. Naukowcy monitorowali las przez półtorej dekady, aby porównać ten obszar z sąsiednimi działami wodnymi, które nie zostały poddane temu samemu zabiegowi.
„Leczenie zwiększyło odporność lasu na poważne zakłócenia”, powiedział jeden z członków zespołu badawczego. „Drzewa w zlewni poddanej działaniu wapnia były w stanie szybciej się zregenerować po silnej burzy lodowej, która nawiedziła ten region w 1998 roku.”
Regulacje przemysłu w celu kontroli emisji
Brzmi to oczywiście, ale jednym z najskuteczniejszych sposobów, aby pomóc w odbudowie obszarów zniszczonych przez kwaśne deszcze, jest ograniczenie emisji siarki i podtlenków azotu z najbardziej zanieczyszczających przemysłów. Zatrzymując problem u źródła, pozwala to naturze na samodzielną regenerację.
Można to osiągnąć poprzez mieszankę mycia węgla, spalanie tylko węgli o niskiej zawartości siarki lub instalację urządzeń zwanych „płuczkami” w przewodach kominowych. Nazywane również odsiarczaniem gazów spalinowych (FGD), urządzenia te zwykle działają w celu chemicznego wyeliminowania SO2 z gazów wychodzących z kominów.
Są one niezwykle skuteczne i mogą usunąć aż 95% dwutlenku siarki z gazów emisyjnych. Oczywiście, elektrownie można również przestawić z węgla na paliwa o niskiej zawartości siarki, takie jak gaz ziemny, lub alternatywne formy energii.
W przypadku pojazdów, wprowadzenie katalizatora do układów wydechowych zapewniło kluczowe znaczenie w obniżeniu emisji NOx z samochodów.
Było to szczególnie skuteczne w miejscach takich jak USA i Kanada, gdzie przepisy rządowe zostały wprowadzone ponad 25 lat temu, aby zmusić przemysł do uporządkowania swoich działań. Przede wszystkim Clean Air Act z 1970 roku i Canada-United States Air Quality Agreement z 1991 roku.
Niektóre badania z 2015 roku wykazały, że po powolnym początku, zakwaszone gleby wykazują teraz przyspieszoną regenerację na szerokim obszarze zachodniego Ontario i Maine.
Przechodzenie na alternatywne źródła energii również pomaga
Inną strategią stosowaną w celu powstrzymania kwaśnych deszczy i pomocy w odbudowie wyrządzonych szkód było powszechne wprowadzenie alternatywnych źródeł energii do wytwarzania energii elektrycznej. Wiatr, energia geotermalna, słoneczna, wodna i jądrowa są głównymi z nich.
Poprzez całkowite usunięcie potrzeby używania paliw kopalnych, te alternatywne źródła energii skutecznie eliminują emisję dwutlenku siarki i zanieczyszczeń NOx do powietrza. I oczywiście, to samo dotyczy przejścia na pojazdy elektryczne.
I to już koniec.
Wpływ kwaśnych deszczy na środowisko naturalne i zabudowane może być bardzo poważny, jeśli nie zostanie powstrzymany. Na szczęście połączenie ważnych przepisów i innowacyjnych strategii łagodzących okazało się skuteczne w ograniczaniu, a nawet odwracaniu niektórych z najpoważniejszych szkód.