Saurer Regen, wie es gebildet wird, Zusammensetzung, Reaktionen und Effekte

Der saurer Regen Es ist die nasse oder trockene Ausfällung von Substanzen, die einen pH -Wert von weniger als 5,6 erzeugen. Dieser Niederschlag kann nass (in Regenwasser verdünnt) oder trocken (Partikel- oder Aerosole Ablagerungen).

Der Begriff "saurer Regen" wurde erstmals vom englischen Forscher Robert Angus Smith im Jahr 1850 in voller industrieller Revolution vorgeschlagen. Die am häufigsten vorkommenden Säuren, die in der Atmosphäre gebildet werden.

Säure Regenkarte. Quelle: Alfredsito94 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Die relevantesten Schadstoffe sind Oxide: No2, No3, SO2, dessen natürliche Quellen Vulkanausbrüche, Waldbrände und bakterieller Abbau sind. Künstliche Quellen sind Gasemissionenprodukt von brennenden fossilen Brennstoffen (industrielle Aktivität und Automobilverkehr).

Saurer Regen verursacht negative Auswirkungen in der Umwelt wie die Versauerung von Böden und Gewässern, die Lebewesen beeinflussen, einschließlich des Menschen. Ebenso sind Böden und Wasser mit Schwermetallen kontaminiert und treten in den Körpern des Wassers auf Eutrophierung auf.

Auf der Vegetationsebene tritt direkte Schäden in den Blättern auf und wird durch das Wachstum von Pflanzen beeinflusst. Darüber hinaus immobilisiert die Bodenversuche Nährstoffe und beeinflusst Mykorrhizen (Bodenpilze). In ähnlicher Weise werden Gebäude, Maschinen, Denkmäler und Kunstwerke, die Verwitterung ausgesetzt sind.

Um die Wirkung des sauren Regens zu beheben, können Sie einige punrale Maßnahmen wie den Schutz von Denkmälern und die Korrektur von Boden und Wasserversuche ergreifen. Die Hintergrundlösung für sauren Regen ist jedoch darin, die Emission zur Atmosphäre chemischer Verbindungsvorläufer der Säurebildung zu verringern.

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Wie saurer Regen gebildet wird?

Säurenebel durch SO2 -Emissionen der PDVSA -Raffinerie in Curacao. Quelle: HDEK [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0)]]

Chemiemittel der Vorläufer

Das Phänomen des sauren Regens beginnt mit der Emission zur Atmosphäre chemischer Verbindungen Vorläufer der Säurebildung. Diese Verbindungen können durch Quellen oder natürliche oder künstliche Ausgabe ausgegeben werden.

Unter den natürlichen Quellen befinden sich Vulkanausbrüche, Vegetationsbrände und ozeanische Emissionen. Als künstliche Quellen handeln industrielle Emissionen, Verbrennungsfahrzeuge oder Verschwendung.

Diese Quellen emittieren verschiedene Verbindungen, die Säuren in der Atmosphäre erzeugen können. Am wichtigsten sind jedoch Stickoxide und Schwefeloxide.

Stickstoffoxide sind als NOx bekannt und umfassen Stickstoffdioxid (NO2) und Lachoxid (NO). Schwefeloxid ist für seinen Teil SO2 oder Schwefeldioxid.

Truposphärischer und säurer Prozess erzeugt

Das Phänomen des sauren Regens tritt in der Troposphäre auf (atmosphärischer Bereich, der von der Erdoberfläche bis zu einer Höhe von 16 km verläuft).

In der Troposphäre können Luftströmungen diese Verbindungen auf jedem Teil des Planeten tragen, was sie zu einem globalen Problem macht. In diesem Prozess interagieren Stickstoff- und Schwefeloxide mit anderen Verbindungen, um Salpetersäure bzw. Schwefelsäure zu bilden.

Reaktionen unterstützen

Chemische Reaktionen können entweder auf festen suspendierten Partikeln oder in Suspensionstropfen durchgeführt werden.

Salpetersäure bildet sich hauptsächlich in der Gasphase aufgrund ihrer niedrigen Wasserlöslichkeit. Schwefelsäure für seinen Teil ist im Wasser löslicher und ist der Hauptbestandteil des sauren Regens.

Salpetersäure

Zur Bildung von Salpetersäure (HNO3) -Liegenoxiden reagieren mit Wasser mit Radikalen wie OH (in geringerem Maße mit HO2 und CH3O2) oder mit troposphärischem Ozon (O3).

Schwefelsäure

Im Fall von Schwefelsäureproduktion (H2SO4), Radicals OH, HO2, CH3O2, Wasser und Ozon nehmen ebenfalls teil. Zusätzlich kann es durch Reaktion mit Wasserstoffperoxid (H2O2) und verschiedenen Metalloxiden gebildet werden.

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Kohlensäure

H2CO3 wird dank der photochemischen Reaktion von Kohlendioxid mit atmosphärischem Wasser gebildet.

Salzsäure

HCl repräsentiert nur 2% des sauren Regens, und sein Vorläufer ist das Methylchlorid (CLCH3). Diese Verbindung kommt aus Ozeanen und wird von OH -Radikalen oxidiert, um Salzsäure zu bilden.

Niederschlag

Sobald saure Verbindungen (Salpetersäure oder Schwefelsäure gebildet wurden und in geringerem Maße Salzsäure in geringerem Maße) ausfallen.

Ausfällung kann auf Suspensionspartikel zurückzuführen sein, bei denen die Gasphasenreaktion stattgefunden hat. Eine andere Möglichkeit ist, dass im Regen das kondensierte Wasser ausfällt, wo Säuren gebildet wurden.

Komposition

Die natürliche Säure des Regens liegt nahe an einem pH -Wert von 5,6, obwohl in einigen nicht kontaminierten Gebieten Werte von 5 angegeben wurden. Diese niedrigen pH -Werte wurden mit dem Vorhandensein von natürlichen Säuren in Verbindung gebracht.

Es wird angenommen, dass der Regen je nach pH -Niveau eingeteilt werden kann:

a) leicht sauer (pH zwischen 4,7 und 5,6)
b) mäßig saure (pH zwischen 4,3 und 4,7)
c) stark saurer (pH weniger als oder gleich 4,3).

Wenn der Regen bei Sulfaten eine Konzentration von> 1,3 mg/l Nitrate und> 3 mg/l hat, wird die Verschmutzung als hoch angesehen.

Saurer Regen besteht aus mehr als zwei Dritteln von Fällen aufgrund des Vorhandenseins von Schwefelsäure, befolgt in Häufigkeit durch Salpetersäure. Andere Komponenten, die zur Säure des Regens beitragen können, sind Salzsäure und Kohlensäure.

Chemische Reaktionen von saurem Regen

Schwefelsäurebildung (H2SO4)

Schwefelsäureproduktion kann in einer Gasphase oder einer flüssigen Phase auftreten.

Gasphase

Nur 3 bis 4% der in einer Schwefelphase oxidierten SO2, um Schwefelsäure zu produzieren. Es gibt viele Wege zur Bildung von Schwefelsäure aus gasförmigen Vorläufern, hier zeigt die Reaktion von SO2 mit dem Troposphärozon.

Die Reaktion erfolgt in zwei Phasen:

1.- Schwefeldioxid reagiert mit troposphärischem Ozon, das Schwefeltrioxid erzeugt und Sauerstoff freigibt.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Dann oxidiert Schwefeltrioxid mit Wasserdampf und erzeugt Schwefelsäure.

SO3 + H2O = H2SO4

Flüssigphase

In den Wassertropfen, die den Regen bilden, kann Schwefelsäure auf verschiedene Arten auftreten:

1.- SO2 löst in Wasser, die Schwefelsäure erzeugt, und wird durch Wasserstoffperoxid oxidiert:

SO2+H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Photokatalytischer Mechanismus: In diesem Fall werden Metalloxidpartikel (Eisen, Zink, Titan) dank der Wirkung von Sonnenlicht (photochemische Aktivierung) aktiviert und oxidieren Sie die SO2 -Erzeugung von Schwefelsäure erzeugen Schwefelsäure.

Salpetersäurebildung (HNO3)

O3 Ozono O3 erzeugt die Transformation von NO2 zu HNO3 in einen dreistufigen Prozess:

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

Auswirkungen auf die Umwelt

Wirkung von saurem Regen in einem Wald der Jizera -Berge in der Tschechischen Republik. Quelle: Lovecz [Public Domain]

Ansäuerung von Böden und ihre Auswirkungen auf die Vegetation

Die Wirkung des sauren Regens auf den Boden variiert je nach Zusammensetzung derselben. Zum Beispiel haben Böden kalkhaltiger, basaltischer und magmatischer Herkunft eine größere Fähigkeit zur Neutralisierung der Säure.

Quarz reiche Böden als Inertmaterial seinerseits können den Säuregehalt nicht regulieren. So werden in den Böden, in denen saurer Regen die Säure erhöht, Metallionen, die für Pflanzen und Tiere giftig sind und ziehen.

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Ein relevanter Fall ist die Auflösung von Aluminosilikaten, die sehr schädliche Aluminiumionen für Vegetation freisetzen.

Im Allgemeinen verringert die Bodensäure die Nährstoffverfügbarkeit für Pflanzen. Darüber hinaus fördert es die Freisetzung und Wäsche von Kalzium, was zu Mängeln in Pflanzen führt.

Auswirkungen auf Aquifer und die menschliche Gesundheit

In den meisten Fällen hat saurer Regen weder ein Aussehen noch einen anderen Geschmack als normalen Regen und erzeugt auch Hautempfindungen. Seine Auswirkungen auf die Gesundheit des Menschen sind indirekt und verursachen selten Hautschäden aufgrund extremer Säure.

Eines der Probleme des sauren Regens ist, dass durch Verringerung der pH -Werte unter 5 Schwermetalle freigesetzt und ziehen werden. Diese Schadstoffe wie Aluminium und Cadmium können zu unterirdischen Grundwasserleitern gehen.

Wenn das Wasser dieser kontaminierten Grundwasserleiter zu Brunnen übergeht, die für den menschlichen Verbrauch verwendet werden, kann es schwerwiegende gesundheitliche Schäden verursachen.

Verschlechterung von Konstruktionen, Denkmälern und Materialien

Gargola durch sauren Regen beschädigt. Quelle: Nino Barbieri [CC BY-SA 3.0 (http: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/3.0/]]

Kalkhaltige Steine

Die Konstruktionen, Denkmäler und Skulpturen aus Kalkstein oder Marmor sind durch sauren Regen sehr betroffen. Dies ist ziemlich ernst, da viele historische Gebäude und Kunstwerke mit diesen Materialien gebaut werden.

Bei Kalkstein verursacht saurer Regen die Auflösung von Kalkstein und erzeugt die Rekristallisation von Calcit. Diese Rekristallisation erzeugt weiße Töne auf der Oberfläche.

Im spezifischen Fall des Regens mit Schwefelsäure tritt das Sulfatationsphänomen auf. Durch diesen Prozess wird die Oberfläche des Gesteins in Gips umgewandelt und CO2 wird freigesetzt.

Marmor, obwohl er resistenter ist, ist auch von saurem Regen betroffen. In diesem Fall tritt das Peeling des Steins auf, sodass Oberflächenschichten davon abgelöst werden.

Andere nicht korrosive Materialien

In einigen Gebäuden ist die strukturelle Verschlechterung niedriger, aber auch mit negativen Auswirkungen. Zum Beispiel verschmutzen Trockensäureablagerungen die Wände, sodass die Wartungskosten steigen.

Metalle

Saurer Regen verursacht Korrosion von Metallen aufgrund des Oxidationsphänomens. Dies führt zu enormen wirtschaftlichen Verlusten, da Strukturen, Ausrüstung, Maschinen und Fahrzeuge mit Metallteilen ernsthaft betroffen sind.

Flora und Fauna

Fisch tot für sauren Regen. Quelle: US -amerikanische Fisch- und Wildtierdienst. [Public Domain]

Saurer Regen modifiziert das natürliche Gleichgewicht zwischen Wasser- und terrestrischen Ökosystemen.

Pflanzen und Tiere in linsen Gewässern

Luntic -Gewässer sind anfälliger für Ansäuern, da sie geschlossen sind, Ökosysteme. Darüber hinaus bringt die Akkumulation von Säuren im Wasser negative Folgen auf das Leben, das Häuser hat.

Eine weitere Folge der Versauerung ist die Ausfällung von Nitraten durch Regen, die die Eutrophierung in den Körpern des Wassers verursacht. Überschüssige Nährstoffe reduzieren den verfügbaren Sauerstoff und beeinflussen das Überleben von Wassertieren negativ.

Ein weiterer indirekter negativer Effekt ist der Widerstand der Gewässer von Schwermetallionen aus der terrestrischen Umgebung. Diese Ionen werden durch die Wirkung der Hydroniumionen mit erhöhtem Säure vor Ort freigesetzt.

Vegetation und Nährstoffverfügbarkeit

Die schwersten Probleme, die durch Bodenversauerung verursacht werden.

Zum Beispiel werden Aluminium und Magnesium aus Bodenpartikeln freigesetzt, wenn sie durch Wasserstoff ersetzt werden. Aluminium beeinflusst die Struktur und Funktion der Wurzeln und verringert die Absorption von essentiellem Kalzium für Pflanzen.

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Andererseits verursacht die Bodenversuche Schäden an Mykorrhizen (mit Wurzeln verbundene Pilze), die für die Dynamik des Waldes wesentlich sind.

Direkte Schäden bei Pflanzen und Tieren

Schwefelsäure verursacht direkte Schäden an den Blättern, indem es Chlorophyll abbaute und Chlorose (Blattgelb) produziert. Bei einigen Arten nimmt das Wachstum und die Produktion lebensfähiger Samen ab.

Die Amphibien (Frösche und Kröten) sind besonders anfällig für die Auswirkungen der Wassersäure. Einige Schäden sind direkte Läsionen und Verringerung der Verteidigung gegen Krankheitserreger (insbesondere Hautpilze).

Lösungen

Emissionen verringern

Die Hintergrundlösung für sauren Regen besteht darin, die Emissionen auf die Umwelt von Chemikalien von Säure zu reduzieren. Die wichtigsten davon sind Schwefel und Stickstoffoxide.

Dies hat jedoch einige Schwierigkeiten, da dies impliziert, dass wir die wirtschaftlichen und Entwicklungsinteressen von Unternehmen und Ländern beeinflussen. Zum Beispiel ist eine der Hauptquellen für Schwefeldioxid die Verbrennung von Kohle, die mehr als 70% der Energie in China ausmacht.

Es gibt einige technologische Alternativen, die dazu beitragen können, Emissionen zu verringern. Zum Beispiel in der Branche enthalten die sogenannten "flüssigen Betten" absorbierende (Kalkstein oder Dolomit), die den SO2 behalten. Bei Kraftfahrzeugen und im Allgemeinen können Katalysatoren auch die SO2 -Emissionen reduzieren.

Auf der anderen Seite haben einige Länder spezifische Programme zur Reduzierung des sauren Regens umgesetzt. Zum Beispiel entwickelten die Vereinigten Staaten das National Acid Exciditation Evaluation Program (NAPAP). Zu den von NAPAP vorgesehenen Maßnahmen gehört die Umsetzung der Verwendung von Brennstoffen mit geringem Schwefel.

Eine weitere mögliche Maßnahme ist der Austausch des Automobilparks durch Elektroautos, um sowohl sauren Regen als auch globale Heizung zu reduzieren. Obwohl es Technologie gibt, um dies zu erreichen, hat der Druck der Automobil- und Ölindustrie Entscheidungen darüber verzögert. Andere Faktoren, die sich auswirken, sind kulturelle Elemente im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit, die sich bemüht, ein Fahrzeug zu erreichen.

Säurekorrekturmaßnahmen anwenden

In einigen Fällen kann der pH -Wert von Böden und Gewässern durch Hinzufügen von Alkalien erhöht werden, beispielsweise mit großen Mengen Kalk. Diese Praxis ist jedoch in sehr großen Landverlängerungen nicht möglich.

Oberflächenschutz

Stein

Es gibt verschiedene Methoden zum Schutz oder zumindest die Verschlechterung des Steins unter der Wirkung von saurem Regen. Eine dieser Methoden besteht darin, es mit Dampf oder heißem Wasser zu waschen.

Chemische Mittel wie Fluorhorsäure oder Ammoniumbifluorid können ebenfalls verwendet werden. Nach dem Waschen kann der Stein versiegelt werden, indem spezielle Produkte aufgetragen werden, die die Poren anschließen, z. B. Bariumhydroxid.

Metall

Metalloberflächen, die für Korrodieren anfällig sind.

Zu diesem Zweck kann die Elektrodeposition aufgetragen oder die Metallstruktur eingetaucht werden, die in dem Schutzmetall in einem flüssigen Zustand geschützt werden soll.

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