Was ist saurer Regen und wie kann er wiederhergestellt werden?

Saurer Regen kann schwerwiegende Folgen für die Umwelt haben – insbesondere für Gewässer und Böden. Es wurden zwar Maßnahmen ergriffen, um viele der verursachenden Emissionen zu beseitigen, aber der Schaden ist bereits in vielen natürlichen Umgebungen auf der ganzen Welt angerichtet worden.

Es gibt jedoch Licht am Ende des Tunnels. Es gibt einige Methoden, die dazu beitragen können, die Auswirkungen des sauren Regens auf die Natur zu verringern und umzukehren.

Was ist saurer Regen und wie entsteht er?

Wie Sie vielleicht noch aus Ihrer Schulzeit wissen, entsteht saurer Regen, wenn Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxide (NOX) in die Atmosphäre emittiert und
mit Wind und Luftströmungen transportiert werden. Diese Schadstoffe reagieren mit Wassermolekülen in der Atmosphäre sowie mit Sauerstoff und anderen Chemikalien und bilden Schwefel- und Salpetersäure.

Diese Säuren vermischen sich dann mit weiterem Wasser und anderen Stoffen in der Atmosphäre, bevor sie als saurer Regen auf den Boden fallen.

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Das Phänomen wurde erstmals in den 1800er Jahren, auf dem Höhepunkt der industriellen Revolution, entdeckt. Robert Angus Smith, ein schottischer Chemiker, der in Manchester, England, arbeitete, stellte die Verbindung zwischen saurem Regen und atmosphärischen Schadstoffen her.

Eine geringe Menge an Schwefeldioxid und Stickoxiden sind natürliche Bestandteile der Umwelt und stammen aus Quellen wie Vulkanen, elektrischen Entladungen von Blitzen usw. Der weitaus größere Teil des sauren Regens stammt jedoch aus industriellen Aktivitäten des Menschen – vor allem aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe.

Die häufigsten Quellen für diese Oxide sind derzeit folgende:

• Verbrennung von fossilen Brennstoffen zur Stromerzeugung. Zwei Drittel des SO2 und ein Viertel des NOX in der Atmosphäre stammen von Stromerzeugern.
• Fahrzeuge und Abgase schwerer Maschinen.
• Verarbeitung, Ölraffinerien und andere Industrien.

Ein großes Problem bei diesen Schadstoffen ist, dass sie über sehr große Entfernungen transportiert werden können, bevor sie sauren Regen bilden. Das bedeutet, dass Länder nicht nur lokal, sondern auch weit entfernt unter den Folgen der industriellen Aktivitäten leiden können.

Welche Formen des sauren Regens gibt es?

Saurer Regen kann auf zwei verschiedene Arten entstehen bzw. sich ablagern:

• Nassabscheidung
• Trockenabscheidung

Nassabscheidung ist das, was wir am häufigsten als sauren Regen bezeichnen. Dabei fallen Schwefel- und Salpetersäuren, die sich in der Atmosphäre gebildet haben, durch Regen, Schnee, Nebel oder Hagel auf den Boden.

Die trockene Deposition hingegen besteht aus Ablagerungen aus der Atmosphäre, die keine Feuchtigkeit enthalten.

„Die sauren Partikel und Gase können sich schnell auf Oberflächen (Gewässer, Vegetation, Gebäude) ablagern oder während des atmosphärischen Transports reagieren und größere Partikel bilden, die für die menschliche Gesundheit schädlich sein können. Wenn die angesammelten Säuren durch den nächsten Regen von einer Oberfläche abgewaschen werden, fließt dieses saure Wasser über und durch den Boden und kann Pflanzen und Wildtiere wie Insekten und Fische schädigen.“ – EPA.

Das Ausmaß der trockenen oder nassen Ablagerung hängt von der Niederschlagsmenge in einem betroffenen Gebiet ab. In Wüsten beispielsweise ist die trockene Deposition stärker ausgeprägt als in Gebieten, in denen mehrere Zentimeter Regen pro Jahr fallen.

Wie hoch ist der pH-Wert von saurem Regen?

Der Begriff saurer Regen ist interessant, da auch normaler Regen im Durchschnitt leicht sauer ist. Normalerweise hat sauberer Regen einen pH-Wert zwischen 5 und 5,6.

Wie Sie wahrscheinlich wissen, reicht die pH-Skala von 0 bis 14 und misst den relativen Säure- oder Alkaligehalt einer wässrigen Lösung, der durch den Wasserstoffionengehalt (H+) bestimmt wird. Erfunden wurde die Skala 1909 von dem dänischen Wissenschaftler Søren Sørensen.

Es handelt sich um eine logarithmische Skala, wobei jede pH-Einheit eine Verzehnfachung des Säuregehalts darstellt.

Zum Vergleich: destilliertes reines Wasser hat einen pH-Wert von 7 und die Säure in einer Batterie kann einen pH-Wert von 0 haben. Am anderen Ende der pH-Skala hat Bleiche einen pH-Wert von etwa 12,6 und flüssiger Abflussreiniger einen pH-Wert von 14.

Der Grund, warum normaler Regen leicht sauer ist, ist das gelöste Kohlendioxid, das Kohlensäure bildet. Saurer Regen hingegen hat in der Regel einen pH-Wert zwischen 4,2 und 4,4.

Diese Abnahme des pH-Werts zwischen sauberem Regen und saurem Regen bedeutet, dass letzterer wesentlich saurer sein kann.

Bei einigen Gelegenheiten wurde der pH-Wert von saurem Regen mit bis zu 3 angegeben – ähnlich dem pH-Wert von Essig. Ein noch niedrigerer Wert wurde 1982 gemessen, als der pH-Wert des Nebels an der Westküste der USA bei 1,8 lag!

Warum ist saurer Regen schädlich für die Umwelt?

Saurer Regen kann für die natürliche Umwelt unglaublich schädlich sein. Aus ökologischer Sicht ist saurer Regen in aquatischen Lebensräumen wie Flüssen, Seen und Sümpfen weitaus verheerender.

Saurer Regen kann und wird den durchschnittlichen pH-Wert dieser Lebensräume dramatisch verändern, was zum Tod vieler Fischarten und anderer Wasserorganismen führen kann, die an einen höheren pH-Wert angepasst sind.

Viele Wasserorganismen haben einen sogenannten „kritischen pH-Wert“, bei dem sie überleben können. So leiden Schnecken bei pH-Werten unter 6, Eintagsfliegen bei pH 5,5 und Frösche im Bereich von pH 4.

Für Fische können niedrige pH-Werte auch dazu führen, dass ihre Eier nicht schlüpfen. All diese Auswirkungen führen zu einer drastischen Verringerung der Artenvielfalt in diesen Ökosystemen.

Wenn saurer Regen in den Boden eindringt, kann er giftige Metalle wie Aluminium, Kadmium und Quecksilber aus Boden- und Tonpartikeln auslaugen, die dann in Bäche und Seen fließen. Je saurer der Regen ist, desto mehr Aluminium wird freigesetzt, was die Verschmutzungsprobleme noch verschärft.

Saurer Regen entzieht dem Boden auch eine große Anzahl von Kalziumkationen – ein wichtiges Mineral für die lokale Ökologie. Ein erheblicher Verlust dieses Minerals kann Bäume, Pflanzen und Nutzpflanzen schädigen und sogar töten.

Aluminium ist seit langem als sehr giftig für Süßwasserorganismen bekannt und kann auch terrestrische Ökosysteme stark beeinträchtigen. In der aquatischen Umwelt ist Aluminium ein besonders starkes Gift für kiemenatmende Organismen wie Fische und Wirbellose.

Die Exposition gegenüber hohen Aluminiumdosen verursacht Probleme mit Plasma und Hämolymphe (das Äquivalent von Blut bei Wirbellosen) und kann bei den betroffenen Tieren schließlich zu einem Versagen der Osmoregulation (der Regulierung von Flüssigkeit und Elektrolyten in Organismen) führen. Vor allem bei Fischen verringert Aluminium die Effizienz ihrer Kiemen und kann zum Absterben der Kiemenzellen führen.

Aluminium kann sich auch in wirbellosen Süßwasserlebewesen anreichern. An Land kann Aluminium, das durch sauren Regen in den Boden geschwemmt wird, das feine Wurzelsystem von Pflanzen beeinträchtigen. Wie bei einigen Wassertieren beeinträchtigt das Vorhandensein von Aluminium in ausreichenden Konzentrationen die Systeme, die für die Aufnahme lebenswichtiger Nährstoffe wichtig sind.

„In hohen Lagen können saurer Nebel und Wolken dem Laub der Bäume Nährstoffe entziehen, so dass sie braune oder abgestorbene Blätter und Nadeln aufweisen. Die Bäume sind dann weniger in der Lage, Sonnenlicht zu absorbieren, wodurch sie geschwächt werden und weniger in der Lage sind, frostigen Temperaturen zu widerstehen.“ – EPA.

Aluminium reichert sich auch in Pflanzen und einigen wirbellosen Tieren an, was sich wiederum auf die gesamte Nahrungskette auswirkt.

Saurer Regen kann Pflanzen auch direkt schädigen und schließlich abtöten. Abgesehen von der Versauerung des Bodens kann saurer Regen auch zum Austrocknen der wachsartigen Blattkutikula führen, die sich bei einigen Pflanzen entwickelt hat, um Wasserverlust zu verhindern.

Dies führt letztlich zu einem übermäßigen Wasserverlust der Pflanze an die Atmosphäre. Betroffene Pflanzen trocknen aus und gehen zugrunde. Pflanzen, bei denen dies der Fall ist, zeigen in der Regel eine Gelbfärbung zwischen den Blattadern.

Die verstärkte Versauerung des Pflanzengewebes kann auch zur Auflösung wichtiger Mineralien führen, was die Pflanze tödlich schwächt.

Die Versauerung des Bodens hat auch dramatische Auswirkungen auf die mikrobielle Artenvielfalt im Boden. Einige Mikroben vertragen keinen niedrigen pH-Wert und werden daher abgetötet.

Saurer Regen kann sich auch sehr nachteilig auf flache Küstengewässer auswirken. Die Versauerung der Meere kann dazu führen, dass wirbellose Meerestiere keine kalkhaltigen Exoskelette mehr bilden können.

Korallen reagieren besonders empfindlich auf niedrige pH-Werte, bei denen sich ihre Kalziumkarbonat-Skelette auflösen können. Jede Auswirkung auf die unteren Glieder der Nahrungskette im Meer hat auch Auswirkungen auf andere höhere Meerestiere.

Zusammengefasst sind die 3 wichtigsten Auswirkungen des sauren Regens auf die Umwelt (mit freundlicher Genehmigung der Universität Washington):

• Flusswasserlebensräume werden so sauer, dass Tiere nicht mehr darin leben können.
• Der Abbau vieler Bodenmineralien erzeugt Metallionen, die dann mit dem Abfluss weggespült werden, was mehrere Auswirkungen hat:
  • Die Freisetzung giftiger Ionen, wie Al3+, in die Wasserversorgung.
  • Der Verlust wichtiger Mineralien, wie Ca2+, aus dem Boden, wodurch Bäume absterben und Ernten geschädigt werden.
• Atmosphärische Schadstoffe werden leicht durch Windströmungen verlagert, so dass die Auswirkungen des sauren Regens weit entfernt von dem Ort zu spüren sind, an dem die Schadstoffe entstehen.

Ist saurer Regen schädlich für den Menschen?

Abgesehen von den schwerwiegenden Umweltschäden, die saurer Regen verursachen kann, ist er auch schädlich für Gebäude, historische Denkmäler und Statuen, insbesondere für solche aus Kalkstein und Marmor.

Er kann auch die menschliche Gesundheit beeinträchtigen.

Wenn auch nicht direkt, so kann der Feinstaub in der Luft, der den sauren Regen bildet, zu Herz- und Lungenproblemen beitragen, wenn er eingeatmet wird, insbesondere bei Menschen mit Asthma und Bronchitis. NOx kann auch zur Bildung von Ozon in Bodennähe führen, das, wenn es ebenfalls eingeatmet wird, schwere Lungenprobleme wie chronische Lungenentzündungen und Emphyseme begünstigen kann.

Saurer Regen kann in höheren Lagen auch zur Bildung von dickem saurem Nebel führen, der die Sicht beeinträchtigt und Augen und Nase reizt.

Gibt es auch positive Auswirkungen des sauren Regens?

Wie sich herausstellt, gibt es tatsächlich einige interessante positive Auswirkungen des sauren Regens. So hat man beispielsweise herausgefunden, dass saurer Regen dazu beitragen kann, die natürliche Produktion von Methan zu verringern – ein stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid.

Dies wurde insbesondere in Feuchtgebieten festgestellt. Es hat sich gezeigt, dass der Schwefelgehalt des sauren Regens die Aktivität der methanproduzierenden Mikroben, die in solchen Gebieten vorkommen, einschränkt.

Wie wirkt sich saurer Regen auf den Boden aus?

Der Boden ist eine der wichtigsten Grundlagen für alles Leben an Land. Jede signifikante Schädigung des Bodens hat dramatische Auswirkungen auf das gesamte Ökosystem an Land.

Wenn der chemische und der Nährwert des Bodens erschöpft sind, können ganze Ökosysteme zusammenbrechen. Deshalb ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen des sauren Regens auf den Boden zu beseitigen oder zumindest so weit wie möglich zu reduzieren.

Wir haben weiter oben bereits einige schwerwiegende Auswirkungen des sauren Regens auf den Boden erwähnt, aber in einigen Fällen können Wälder, Bäche und Seen, die sauren Regen ausgesetzt sind, die Auswirkungen abpuffern. Unter Pufferung versteht man die Fähigkeit eines Ökosystems, einen Anstieg der Versauerung durch sauren Regen zu tolerieren.

Dies hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Die beiden wichtigsten sind die Dicke und Zusammensetzung des Bodens und die Art des darunter liegenden Gesteins.

Gebiete mit dicken Böden, die reich an Kalzium, Kalkstein oder Marmor sind, sind beispielsweise besser in der Lage, die Säure im Regenwasser zu neutralisieren. Das liegt daran, dass Kalkstein und Marmor eher alkalisch (basisch) sind und einen höheren pH-Wert aufweisen, wenn sie in Wasser gelöst werden.

An Orten, an denen die zugrunde liegende Geologie und damit die Chemie des Bodens nicht in der Lage ist, die Auswirkungen des sauren Regens abzupuffern, kann die Bodenversauerung verheerend sein. Sie entzieht dem Boden lebenswichtige Mineralien, die bestehende Pflanzen abtöten können, und bedroht auch die zukünftige Produktivität der Wälder.

Saure Böden führen in der Regel zu einem langsameren Wachstum von Pflanzen und Bäumen, wenn sie nicht sogar ganz absterben.

„In den Green Mountains von Vermont und den White Mountains von New Hampshire in den Vereinigten Staaten sind in den letzten 25 Jahren 50 % der Rotfichten abgestorben. Es wurde auch ein geringeres Wachstum der vorhandenen Bäume festgestellt, gemessen an der Größe der Wachstumsringe der Bäume in diesen Gebieten.“ – airquality.org.uk.

Wie können durch sauren Regen geschädigte Gebiete wiederhergestellt werden?

Wie wir bereits gesehen haben, können die durch sauren Regen verursachten Schäden für die Umwelt – insbesondere für Böden und Gewässer – sehr groß sein. Die Natur hat zwar eine große Fähigkeit, sich selbst zu heilen, aber manchmal muss der Mensch eingreifen.

Hier sind einige Möglichkeiten, wie der Mensch dazu beitragen kann, die durch sauren Regen verursachten Schäden zu beheben.

Kalksteinpulver kann in versauerte Gewässer eingebracht werden

Eine Methode, um die durch sauren Regen verursachten Schäden in Seen und Flüssen künstlich zu beheben, ist die Einbringung von Kalksteinpulver. Das Kalziumkarbonat und andere alkalische Bestandteile des Kalksteins tragen dazu bei, den pH-Wert der betroffenen Gewässer zu neutralisieren.

Dies ist zwar eine recht einfache Lösung, aber nicht die billigste Methode. Sie ist auch immer nur eine vorübergehende Lösung und muss in regelmäßigen Abständen fortgesetzt werden, bis der saure Regen aufhört.

Sie wurde erfolgreich in Ländern wie Norwegen und Schweden eingesetzt, um betroffene Seen und Flussläufe zu sanieren. Ein weiteres großes Kalkungsprojekt wurde in Wales, Großbritannien, durchgeführt, wo etwa 12.000 km der Wasserwege versauert waren.

Dieses Projekt fand 2003 am Fluss Wye statt (einem wichtigen Wasserweg, der von Mittelwales bis zur Severn-Mündung verläuft) und führte tatsächlich zur Rückkehr von Lachsen in diese Gebiete. Diese Fische waren seit Mitte der 1980er Jahre nicht mehr in dem Fluss gesichtet worden.

Calciumpellets wurden auch zur Sanierung versauerter Böden eingesetzt

Kalziumlösungen können auch zur Sanierung von durch sauren Regen geschädigten Böden eingesetzt werden. So wurden beispielsweise 1999 40 Tonnen trockener Kalziumpellets über ein 29 Hektar großes Wassereinzugsgebiet in Hubbard Brook, New Hampshire, USA, ausgebracht. Die Pellets wurden über mehrere Tage hinweg mit einem Hubschrauber ausgebracht.

Die Pellets wurden speziell so konzipiert, dass sie sich über viele Jahre langsam in das Wassereinzugsgebiet einarbeiten und die Versauerung des Bodens neutralisieren. Die Forscher überwachten den Wald anderthalb Jahrzehnte lang, um das Gebiet mit benachbarten Wassereinzugsgebieten zu vergleichen, die nicht die gleiche Behandlung erhielten.

„Die Behandlung erhöhte die Widerstandsfähigkeit des Waldes gegenüber größeren Störungen“, so ein Mitglied des Forschungsteams. „Die Bäume in dem mit Kalzium behandelten Wassereinzugsgebiet konnten sich schneller von einem schweren Eissturm erholen, der die Region 1998 heimsuchte.“

Regulierung der Industrie zur Emissionskontrolle

Es klingt offensichtlich, aber eine der wirksamsten Möglichkeiten, die durch sauren Regen geschädigten Gebiete zu sanieren, ist die Verringerung der Schwefel- und Stickoxidemissionen der am stärksten verschmutzenden Industrien. Indem das Problem an der Quelle gestoppt wird, kann sich die Natur von selbst erholen.

Dies kann durch eine Mischung aus Kohlewäsche, der Verbrennung von Kohle mit niedrigem Schwefelgehalt oder der Installation von als „Scrubber“ bezeichneten Geräten in Schornsteinen erreicht werden. Diese werden auch als Rauchgasentschwefelung (REA) bezeichnet und dienen in der Regel dazu, SO2 chemisch aus den Abgasen zu entfernen.

Sie sind unglaublich effektiv und können bis zu 95 % des Schwefeldioxids aus den Abgasen entfernen. Natürlich können Kraftwerke auch von der Verwendung von Kohle auf schwefelarme Brennstoffe wie Erdgas oder alternative Energieformen umgestellt werden.

Bei Fahrzeugen hat die Einführung des Katalysators in Auspuffanlagen entscheidend zur Senkung der NOx-Emissionen von Autos beigetragen.

Besonders wirksam war dies in Ländern wie den USA und Kanada, wo vor mehr als 25 Jahren staatliche Vorschriften eingeführt wurden, um die Industrie zu zwingen, sauberer zu werden. Zu nennen sind hier vor allem der Clean Air Act von 1970 und das Luftqualitätsabkommen zwischen Kanada und den Vereinigten Staaten von 1991.

Einige Studien aus dem Jahr 2015 haben gezeigt, dass sich die versauerten Böden nach einem langsamen Start nun in weiten Teilen von West-Ontario und Maine beschleunigt erholen.

Auch die Umstellung auf alternative Energiequellen hilft

Eine weitere Strategie, um den sauren Regen zu stoppen und die entstandenen Schäden zu beheben, ist die breite Einführung alternativer Energiequellen zur Stromerzeugung. Wind, Erdwärme, Solarenergie, Wasserkraft und Kernkraft sind die wichtigsten davon.

Durch den vollständigen Verzicht auf fossile Brennstoffe verhindern diese alternativen Energiequellen den Ausstoß von Schwefeldioxid und NOx-Schadstoffen in die Luft. Dasselbe gilt natürlich auch für den Umstieg auf Elektrofahrzeuge.

Und das war’s.

Die Auswirkungen des sauren Regens auf die natürliche und die gebaute Umwelt können sehr ernst sein, wenn sie nicht eingedämmt werden. Zum Glück hat sich eine Mischung aus wichtigen Rechtsvorschriften und einigen innovativen Strategien zur Schadensbegrenzung als wirksam erwiesen, um einige der schwerwiegendsten Schäden zu verringern und sogar rückgängig zu machen.