KYSLÉ DAŽDE: AKO SA TVORÍ, ZLOŽENIE, REAKCIE A ÚČINKY - PROSTREDIE

Kyslý dážď je mokrá alebo suchá zrážanie látok, ktoré vytvárajú pH pod 5,6. Toto zrážanie môže byť mokré (zriedené v dažďovej vode) alebo suché (usadeniny častíc alebo aerosólov).

Termín „kyslý dážď“ prvýkrát navrhol anglický vedec Robert Angus Smith v roku 1850, v polovici priemyselnej revolúcie. Najčastejšími kyselinami, ktoré sa tvoria v atmosfére, sú oxid dusnatý a síra oxidáciou prírodných alebo umelých znečisťujúcich látok.

Kyslá dažďová mapa. Zdroj: Alfredsito94

Najvýznamnejšie znečisťujúce látky sú oxidy: NO2, NO3, SO2, ktorých prírodnými zdrojmi sú sopečné erupcie, lesné požiare a bakteriálna degradácia. Umelé zdroje sú emisie plynov, ktoré sú výsledkom spaľovania fosílnych palív (priemyselná činnosť a automobilová doprava).

Kyslé dažde majú nepriaznivé vplyvy na životné prostredie, ako napríklad okyslenie pôdy a vôd, ktoré ovplyvňujú živé bytosti vrátane ľudí. Pôdy a voda sú tiež kontaminované ťažkými kovmi a vo vodných útvaroch dochádza k eutrofizácii.

Na úrovni vegetácie dochádza k priamemu poškodeniu listov a ovplyvňuje rast rastlín. Okyslenie pôdy navyše imobilizuje výživné látky a ovplyvňuje mykorhizu (pôdne huby). Podobne sú budovy, stroje, pamätníky a umelecké diela vystavené prvkom silne oxidované alebo erodované účinkom zrážaných kyselín.

Na nápravu účinku kyslého dažďa sa môžu prijať niektoré základné opatrenia, ako napríklad ochrana pamiatok a úprava acidifikácie pôdy a vôd. Základným riešením pre kyslý dážď je však zníženie emisií chemických zlúčenín, ktoré sú predchodcami tvorby kyselín, do atmosféry.

Ako sa tvorí kyslý dážď?

Kyslá hmla spôsobená emisiami SO2 z rafinérie PDVSA v Curaçao. Zdroj: HdeK

Chemické prekurzory

Fenomén kyslého dažďa začína emisiou chemických zlúčenín, ktoré sú predchodcami tvorby kyselín, do atmosféry. Tieto zlúčeniny môžu byť emitované prírodnými alebo umelými zdrojmi.

Prírodné zdroje zahŕňajú sopečné výbuchy, vegetačné požiare a emisie z oceánov. Ako umelé zdroje pôsobia priemyselné emisie, emisie zo spaľovacích motorových vozidiel alebo spaľovanie odpadu.

Tieto zdroje emitujú rôzne zlúčeniny, ktoré môžu v atmosfére vytvárať kyseliny. Najdôležitejšie sú však oxidy dusíka a oxidy síry.

Oxidy dusíka sú známe ako NOx a zahŕňajú oxid dusičitý (NO2) a oxid dusný (NO). Oxid siričitý je SO2 alebo oxid siričitý.

Troposférický proces a vyrobené kyseliny

Fenomén kyslého dažďa sa vyskytuje v troposfére (atmosférická zóna, ktorá siaha od zemského povrchu do výšky 16 km).

V troposfére môžu tieto prúdy prenášať vzdušné prúdy po ktorejkoľvek časti planéty, čo z nej robí globálny problém. V tomto procese oxidy dusíka a síry interagujú s inými zlúčeninami za vzniku kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej.

Podpora reakcie

Chemické reakcie sa môžu uskutočňovať buď na pevných časticiach v suspenzii alebo v kvapkách vody v suspenzii.

Kyselina dusičná sa tvorí hlavne v plynnej fáze kvôli jej nízkej rozpustnosti vo vode. Kyselina sírová je rozpustnejšia vo vode, ktorá je hlavnou zložkou kyslého dažďa.

Kyselina dusičná

Na tvorbu kyseliny dusičnej (HNO3) oxidy dusíka reagujú s vodou, so zvyškami, ako je OH (v menšej miere s HO2 a CH3O2) alebo s troposférickým ozónom (O3).

Kyselina sírová

V prípade výroby kyseliny sírovej (H2SO4) sa podieľajú aj zvyšky OH, HO2, CH3O2, voda a ozón. Ďalej sa môže vytvoriť reakciou s peroxidom vodíka (H2O2) a rôznymi oxidmi kovov.

Kyselina uhličitá

H2CO3 sa tvorí fotochemickou reakciou oxidu uhličitého s atmosférickou vodou.

Kyselina chlorovodíková

HCI predstavuje iba 2% kyslého dažďa a jeho prekurzorom je metylchlorid (ClCH3). Táto zlúčenina pochádza z oceánov a je oxidovaná radikálmi OH za vzniku kyseliny chlorovodíkovej.

zrážky

Len čo sa vytvoria kyslé zlúčeniny (kyselina dusičná alebo kyselina sírová a v menšej miere kyselina chlorovodíková), vyzrážajú sa.

Zrážanie sa môže uskutočňovať nanášaním suspendovaných častíc, v ktorých kyslá reakcia prebehla v plynnej fáze. Ďalším spôsobom je zrážanie kondenzovanej vody v daždi, kde sa vytvorili kyseliny.

zloženie

Prirodzená kyslosť dažďa je blízka pH 5,6, hoci v niektorých nekontaminovaných oblastiach hodnoty 5. Tieto nízke hodnoty pH boli spojené s prítomnosťou kyselín prírodného pôvodu.

Usudzuje sa, že v závislosti od úrovne pH možno dážď rozdeliť na:

a) Mierne kyslé (pH medzi 4,7 a 5,6)
b) Stredne kyslé (pH medzi 4,3 a 4,7)
c) Silne kyslé (pH rovné alebo nižšie ako 4,3).

Ak má dážď koncentráciu> 1,3 mg / l pre dusičnany a> 3 mg / l pre sírany, kontaminácia sa považuje za vysokú.

Kyslý dážď sa vo viac ako dvoch tretinách prípadov skladá z prítomnosti kyseliny sírovej a následne v hojnom množstve z kyseliny dusičnej. Ďalšími zložkami, ktoré môžu prispieť kyslosti dažďa, sú kyselina chlorovodíková a kyselina uhličitá.

Chemické reakcie kyslého dažďa

Tvorba kyseliny sírovej (H2SO4)

K produkcii kyseliny sírovej môže dochádzať v plynnej fáze alebo v kvapalnej fáze.

Plynná fáza

Iba 3 až 4% S02 sa oxiduje v plynnej fáze za vzniku kyseliny sírovej. Existuje veľa ciest na tvorbu kyseliny sírovej z plynných prekurzorov, tu je znázornená reakcia SO2 s troposférickým ozónom.

Reakcia prebieha v dvoch fázach:

1. - Oxid siričitý reaguje s troposférickým ozónom, pričom vytvára oxid sírový a uvoľňuje kyslík.

S02 + O3 = S03 + O2

2.- Oxid sírový potom oxiduje vodnou parou a vytvára kyselinu sírovú.

S03 + H20 = H2SO4

Kvapalná fáza

V kvapkách vody, ktorá bude tvoriť dážď, sa môže kyselina sírová vyrábať niekoľkými spôsobmi:

1.- S02 sa rozpúšťa vo vode za vzniku kyseliny sírovej, ktorá sa oxiduje peroxidom vodíka:

S02 + H20 = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H20

2. - Fotokatalytický mechanizmus: V tomto prípade sa častice oxidu kovu (železo, zinok, titán) aktivujú pôsobením slnečného žiarenia (fotochemická aktivácia) a oxidujú SO2, čím sa vytvára kyselina sírová.

Tvorba kyseliny dusičnej (HNO3)

Troposférický ozón O3 spôsobuje transformáciu NO2 na HNO3 v trojstupňovom procese:

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

Účinky na životné prostredie

Vplyv kyslého dažďa v lese v Jizerských horách v Českej republike. Zdroj: Lovecz

Okyslenie pôdy a jej účinky na vegetáciu

Účinok kyslého dažďa na pôdu sa líši v závislosti od jeho zloženia. Napríklad pôdy vápenatého, čadičového a vyvrelého pôvodu majú väčšiu schopnosť neutralizovať kyslosť.

Pôdy bohaté na kremeň ako inertný materiál nie sú schopné regulovať obsah kyselín. V pôdach, kde kyslé dažde zvyšujú kyslosť, sa uvoľňujú a prenášajú kovové ióny, ktoré sú toxické pre rastliny a zvieratá.

Relevantným prípadom je rozpustenie hlinitokremičitanov, ktoré uvoľňujú ióny hliníka, ktoré sú veľmi škodlivé pre vegetáciu.

Kyslosť pôdy všeobecne znižuje dostupnosť živín pre rastliny. Okrem toho podporuje uvoľňovanie a umývanie vápnika, čo spôsobuje v rastlinách nedostatky.

Účinok na zvodnené vrstvy a ľudské zdravie

Kyslé dažde vo väčšine prípadov nevyzerá alebo nemá inú chuť ako normálny dážď, ani nevytvára na pokožke pocit. Jeho účinky na ľudské zdravie sú nepriame a zriedka spôsobuje poškodenie kože v dôsledku extrémnej kyslosti.

Jedným z problémov s kyslým dažďom je to, že znížením hodnôt pH pod 5 sa ťažké kovy uvoľňujú a odvádzajú. Tieto znečisťujúce látky, ako je hliník a kadmium, sa môžu dostať do podzemných kolektorov.

Ak voda z týchto znečistených kolektorov prechádza do studní používaných na ľudskú spotrebu, môže to vážne poškodiť zdravie.

Zhoršenie budov, pamiatok a materiálov

Chrlič poškodený kyslým dažďom. Zdroj: Nino Barbieri

Kamene vápenatého typu

Stavby, pomníky a sochy z vápenca alebo mramoru sú silne zasiahnuté kyslým dažďom. Je to dosť vážne, pretože z týchto materiálov je postavených veľa historických budov a umeleckých diel.

V prípade vápenca kyslé dažde spôsobujú rozpúšťanie vápenca a spôsobujú rekryštalizáciu kalcitu. Táto rekryštalizácia vytvára na povrchu belavé tóny.

V špecifickom prípade dažďa s kyselinou sírovou sa vyskytuje jav sulfatácie. Týmto procesom sa povrch horniny premení na sadru a uvoľní sa CO2.

Mramor, aj keď odolnejší, je tiež ovplyvnený kyslým dažďom. V tomto prípade dochádza k odlupovaniu kameňa, a preto sa povrchové vrstvy z neho oddeľujú.

Ostatné nekorozívne materiály

V niektorých budovách je štrukturálne poškodenie menšie, ale má tiež negatívne účinky. Napríklad suché usadeniny kyselín spôsobujú znečistenie stien, čím sa zvyšujú náklady na údržbu.

kovy

Kyslé dažde spôsobujú koróziu kovov v dôsledku javu oxidácie. To spôsobuje veľké ekonomické straty, pretože sú vážne ovplyvnené konštrukcie, vybavenie, stroje a vozidlá s kovovými časťami.

Flóra a fauna

Ryby usmrtené kyslým dažďom. Zdroj: United States Fish and Wildlife Service.

Kyslé dažde modifikujú prirodzenú rovnováhu vodných a suchozemských ekosystémov.

Rastliny a zvieratá v lentických vodách

Lentické vody sú náchylnejšie na okyslenie, pretože sú to uzavreté ekosystémy. Okrem toho má akumulácia kyselín vo vode negatívne následky na život, v ktorom sa nachádza.

Ďalším dôsledkom okyslenia je zrážanie dusičnanov dažďom, ktoré spôsobuje eutrofizáciu vodných útvarov. Prebytočné živiny znižujú dostupný kyslík a nepriaznivo ovplyvňujú prežitie vodných živočíchov.

Ďalším nepriamym negatívnym účinkom je strhávanie iónov ťažkých kovov z terestrického prostredia do vodných útvarov. Tieto ióny sa uvoľňujú do pôdy pôsobením hydróniových iónov, keď sa zvyšuje kyslosť.

Dostupnosť vegetácie a živín

Najzávažnejšie problémy spôsobené acidifikáciou pôdy sú nehybnosť základných živín a nárast toxických kovov.

Napríklad hliník a horčík sa uvoľňujú z častíc pôdy nahradením vodíka. Hliník ovplyvňuje štruktúru a funkciu koreňov a znižuje absorpciu vápnika nevyhnutného pre rastliny.

Na druhej strane acidifikácia pôdy spôsobuje poškodenie mykorhizy (huby spojené s koreňmi), ktoré sú nevyhnutné v dynamike lesa.

Priame poškodenie rastlín a zvierat

Kyselina sírová spôsobuje priame poškodenie listov degradáciou chlorofylu a spôsobuje chlorózu (žltnutie listu). U niektorých druhov rast a produkcia životaschopných semien klesajú.

Obojživelníky (žaby a ropuchy) sú obzvlášť citlivé na účinky kyslosti vo vode. Niektoré škody sú priame zranenia a znížená ochrana proti patogénom (najmä kožným hubám).

riešenie

Znížte emisie

Pointa pre kyslý dážď je zníženie emisií kyslých prekurzorových chemikálií do životného prostredia. Najdôležitejšie z nich sú oxidy síry a dusíka.

To však má určité ťažkosti, pretože to znamená ovplyvnenie hospodárskych a rozvojových záujmov spoločností a krajín. Napríklad jedným z hlavných zdrojov oxidu siričitého je spaľovanie uhlia, ktoré predstavuje v Číne viac ako 70% energie.

Existuje niekoľko technologických alternatív, ktoré môžu pomôcť znížiť emisie. Napríklad v priemysle tzv. „Fluidné postele“ obsahujú absorbenty (vápenec alebo dolomit), ktoré zadržiavajú SO2. V prípade motorových vozidiel a spaľovacích motorov vo všeobecnosti katalyzátory vyhovujú tiež znižovaniu emisií SO2.

Na druhej strane niektoré krajiny implementujú osobitné programy na zníženie kyslého dažďa. Napríklad Spojené štáty vyvinuli Národný program posudzovania zrážania kyseliny (NAPAP). Medzi niektoré z opatrení, ktoré plánuje NAPAP, patrí vykonávanie využívania palív s nízkym obsahom síry.

Ďalším možným opatrením je výmena vozového parku za elektrické autá na zníženie kyslého dažďa a globálneho otepľovania. Napriek tomu, že na dosiahnutie tohto cieľa existuje technológia, tlak v automobilovom a ropnom priemysle oneskoril rozhodnutia v tomto ohľade. Ďalšími faktormi, ktoré ovplyvňujú, sú kultúrne prvky súvisiace s rýchlosťou, ktorú vozidlo očakáva.

Uplatnite opatrenia na korekciu kyslosti

V niektorých prípadoch je možné pH pôdy a vody zvýšiť pridaním alkálií, napríklad pridaním veľkého množstva vápna. Tento postup však nie je uskutočniteľný na veľmi veľkých plochách pôdy.

Povrchová ochrana

kameň

Existuje niekoľko metód na ochranu alebo aspoň zníženie poškodenia kameňa účinkom kyslého dažďa. Jednou z týchto metód je umytie parou alebo horúcou vodou.

Môžu sa tiež použiť chemické činidlá, ako je kyselina fluorovodíková alebo bifluorid amónny. Po umytí môže byť kameň utesnený použitím špeciálnych produktov, ktoré upchávajú póry, ako je hydroxid bárnatý.

kov

Kovové povrchy náchylné na koróziu môžu byť chránené ich potiahnutím nekorozívnym kovom, ako je napríklad zinok.

Na tento účel je možné aplikovať elektrolytické nanášanie alebo kovovú štruktúru, ktorá sa má chrániť, ponoriť do ochranného kovu v kvapalnom stave.

Referencie

Espada L. a A. Sánchez (1995). Vplyv kyslého dažďa na koróziu kovov. pp. 145 až 171. In: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrochémia a životné prostredie na prahu 21. storočia. Univerzita La Coruña. Publikačná služba. La Coruña, Španielsko.
García-Ruiz G (2018). Ochrana stavebných konštrukcií v korozívnom prostredí. Ukončenie vysokoškolského štúdia v strojárstve v priemyselných technológiách. Polytechnická univerzita v Cartagene. Vyššia odborná škola priemyselného inžinierstva. Cartagena, Španielsko. 75 s.
Granados-Sánchez D, GF López-Ríos a MA Hernández-García (2010). Kyslé dažďové a lesné ekosystémy .. Revista Chapingo Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
Likens GE, CT Driscoll a DC Buso (1996). Dlhodobé účinky kyslých dažďov: reakcia a obnova lesného ekosystému. Science, 272; 244-246.
Likens GE a FH Bormann (1974). Kyslý dážď: vážny regionálny environmentálny problém. Science, 184: 1176-1179.
Schindler DW (1988). Účinky kyslého dažďa na sladkovodné ekosystémy. Science, 239: 149-157.
Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Znečistenie ovzdušia a kyslé dažde. Diagnostika tohto fenoménu v meste Manizales. Fakulta inžinierstva a architektúry. Kolumbijská národná univerzita. Ústredie manizalov. Editorial Blanecolor Ltda Prvé vydanie. Manizales, Kolumbia. 150 s.

KYSLÉ DAŽDE: AKO SA TVORÍ, ZLOŽENIE, REAKCIE A ÚČINKY - PROSTREDIE - 2025