RŪGŠTUS LIETUS: JO SUSIDARYMAS, SUDĖTIS, REAKCIJOS IR POVEIKIS - APLINKA - 2025

Rūgšties lietaus yra drėgna ar sausa kritulių medžiagų, kurios didina žemiau 5,6 pH. Šie krituliai gali būti šlapi (praskiesti lietaus vandenyje) arba sausi (kietų dalelių ar aerozolių nuosėdos).

Terminą „rūgštus lietus“ pirmą kartą pasiūlė anglų tyrinėtojas Robertas Angusas Smithas 1850 m., Pramoninės revoliucijos viduryje. Gausiausios rūgštys, susidarančios atmosferoje, yra azoto ir sieros rūgštys, oksiduojant natūralius ar dirbtinius teršalus.

Rūgštaus lietaus žemėlapis. Šaltinis: Alfredsito94

Svarbiausi teršalai yra oksidai: NO2, NO3, SO2, kurių natūralūs šaltiniai yra ugnikalnių išsiveržimai, miškų gaisrai ir bakterijų skilimas. Dirbtiniai šaltiniai yra dujų išmetimas, atsirandantis deginant iškastinį kurą (pramoninė veikla ir automobilių eismas).

Rūgštus lietus daro neigiamą poveikį aplinkai, pavyzdžiui, dirvožemio ir vandens rūgštėjimą, paveikdamas gyvas būtybes, įskaitant žmones. Taip pat dirvožemis ir vanduo yra užteršti sunkiaisiais metalais, o vandens telkiniuose vyksta eutrofikacija.

Augalijos lygyje tiesiogiai pažeidžiami lapai ir pažeidžiamas augalų augimas. Be to, dirvožemio rūgštėjimas imobilizuoja maistines medžiagas ir daro įtaką mikorizėms (dirvožemio grybeliams). Panašiai elementai veikiami pastatai, mašinos, paminklai ir meno kūriniai yra stipriai oksiduojami arba ardomi dėl nusodintų rūgščių.

Norint pašalinti rūgštaus lietaus poveikį, gali būti imtasi kai kurių būtinų priemonių, tokių kaip paminklų apsauga ir dirvožemio bei vandenų rūgštėjimo taisymas. Tačiau pagrindinis rūgščių lietaus sprendimas yra sumažinti cheminių junginių, kurie yra rūgšties susidarymo pirmtakai, išmetimą į atmosferą.

Kaip susidaro rūgštus lietus?

Rūgštus rūkas dėl SO2 išmetimo iš PDVSA perdirbimo gamyklos Kiurasao. Šaltinis: HdeK

Cheminiai pirmtakai

Rūgštaus lietaus reiškinys prasideda išmetant į atmosferą cheminius junginius, kurie yra rūgščių susidarymo pirmtakai. Šie junginiai gali būti išmetami iš natūralių ar dirbtinių šaltinių.

Natūralūs šaltiniai yra ugnikalnių išsiveržimai, augalijos gaisrai ir vandenynų išmetimai. Kadangi dirbtiniai šaltiniai išskiria pramoninius išmetamuosius teršalus, išmetamus iš degimo variklinių transporto priemonių ar deginant atliekas.

Šie šaltiniai išskiria įvairius junginius, kurie atmosferoje gali gaminti rūgštis. Tačiau svarbiausi yra azoto oksidai ir sieros oksidai.

Azoto oksidai yra žinomi kaip NOx ir apima azoto dioksidą (NO2) ir azoto oksidą (NO). Sieros oksidas savo ruožtu yra SO2 arba sieros dioksidas.

Troposferos procesas ir susidariusios rūgštys

Rūgštaus lietaus reiškinys atsiranda troposferoje (atmosferos zonoje, einančioje nuo žemės paviršiaus iki 16 km aukščio).

Troposferoje oro srovės gali pernešti šiuos junginius į bet kurią planetos dalį, todėl tai tampa visuotine problema. Šiame procese azoto ir sieros oksidai sąveikauja su kitais junginiais, sudarydami atitinkamai azoto ir sieros rūgštis.

Reakcijos palaikymas

Chemines reakcijas galima atlikti su kietosiomis dalelėmis suspensijoje arba su vandens lašais suspensijoje.

Azoto rūgštis daugiausia susidaro dujų fazėje dėl mažo tirpumo vandenyje. Sieros rūgštis savo ruožtu geriau tirpsta vandenyje, nes tai yra pagrindinė rūgščių lietaus sudedamoji dalis.

Azoto rūgštis

Susidarius azoto rūgščiai (HNO3), azoto oksidai reaguoja su vandeniu, tokiais radikalais kaip OH (mažesniu mastu su HO2 ir CH3O2) arba su troposferos ozonu (O3).

Sieros rūgšties

Gaminant sieros rūgštį (H2SO4) taip pat dalyvauja radikalai OH, HO2, CH3O2, vanduo ir ozonas. Be to, jis gali būti suformuotas reaguojant su vandenilio peroksidu (H2O2) ir įvairiais metalų oksidais.

Anglies rūgštis

H2CO3 susidaro fotocheminei anglies dioksido reakcijai su atmosferos vandeniu.

Vandenilio chlorido rūgštis

HCl sudaro tik 2% rūgštaus lietaus, o jo pirmtakas yra metilchloridas (ClCH3). Šis junginys gaunamas iš vandenynų ir yra oksiduotas OH radikalų, kad susidarytų druskos rūgštis.

Krituliai

Susidarę rūgštiniai junginiai (azoto arba sieros rūgštis ir, mažesniu mastu, druskos rūgštis), jie nusės.

Krituliai gali būti nusodinami suspenduotų dalelių, kurių rūgštinimo reakcija įvyko dujų fazėje, nusėdimo metu. Kitas būdas yra tai, kad kondensuotas vanduo iškrinta per lietų, kur susidarė rūgštys.

Sudėtis

Natūralus lietaus rūgštingumas yra artimas 5,6 pH, nors kai kuriose neužterštose vietose 5 yra šios vertės. Šios žemos pH vertės buvo siejamos su natūralios kilmės rūgštimis.

Manoma, kad atsižvelgiant į pH lygį, lietus gali būti skirstomas į:

a) Šiek tiek rūgštus (pH tarp 4,7 ir 5,6)
b) Vidutinė rūgštis (pH tarp 4,3 ir 4,7)
c) Labai rūgštus (pH lygus 4,3 arba mažesnis).

Jei lietaus nitratų koncentracija yra> 1,3 mg / L, o sulfatų -> 3 mg / L, tarša laikoma didele.

Rūgštus lietus daugiau kaip dviem trečdaliais atvejų yra sieros rūgštis, o paskui azoto rūgštis. Kiti komponentai, galintys prisidėti prie lietaus rūgštingumo, yra druskos rūgštis ir angliarūgštė.

Rūgštinio lietaus cheminės reakcijos

Sieros rūgšties (H2SO4) susidarymas

Sieros rūgštis gali susidaryti dujų arba skystoje fazėje.

Dujų fazė

Dujų fazėje oksiduojasi tik 3–4% SO2, kad susidarytų sieros rūgštis. Yra daug būdų, kaip sieros rūgštis gali susidaryti iš dujinių pirmtakų, čia parodyta SO2 reakcija su troposferos ozonu.

Reakcija vyksta dviem etapais:

1. Sieros dioksidas reaguoja su troposferos ozonu, sukurdamas sieros trioksidą ir išskirdamas deguonį.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Tada sieros trioksidas oksiduojasi vandens garais ir susidaro sieros rūgštis.

SO3 + H2O = H2SO4

Skystosios fazės

Vandens lašeliuose, iš kurių susidarys lietus, sieros rūgštis gali būti gaminama keliais būdais:

1.- SO2 ištirpsta vandenyje ir sukuria sieros rūgštį, o tai oksiduoja vandenilio peroksidas:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalitinis mechanizmas: Tokiu atveju metalo oksido dalelės (geležis, cinkas, titanas) suaktyvėja dėl saulės spindulių poveikio (fotocheminis aktyvavimas) ir oksiduoja SO2, sukurdamos sieros rūgštį.

Azoto rūgšties (HNO3) susidarymas

Troposferos ozonas O3 sukelia NO2 pavertimą HNO3 trimis etapais:

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

Poveikis aplinkai

Rūgštaus lietaus poveikis miškui Jizera kalnuose, Čekijoje. Šaltinis: Lovecz

Dirvožemio rūgštėjimas ir jo poveikis augalijai

Rūgštaus lietaus poveikis dirvožemiui skiriasi priklausomai nuo jo sudėties. Pvz., Kalkingo, bazalto ir dumblo kilmės dirvožemiai turi daugiau galimybių neutralizuoti rūgštingumą.

Savo ruožtu dirvožemis, kuriame gausu kvarco kaip inertiškos medžiagos, nesugeba sureguliuoti rūgščių kiekio. Taigi dirvožemiuose, kur rūgštus lietus padidina rūgštingumą, metalų jonai, kurie yra toksiški augalams ir gyvūnams, išsiskiria ir išnešami.

Svarbus atvejis yra aliumosilikatų tirpinimas, kurie išskiria aliuminio jonus, kurie yra labai kenksmingi augmenijai.

Apskritai dėl dirvožemio rūgštingumo augalams trūksta maisto medžiagų. Be to, tai skatina kalcio išsiskyrimą ir išplovimą, kuris sukelia augalų trūkumą.

Poveikis vandeningiesiems sluoksniams ir žmonių sveikatai

Daugeliu atvejų rūgštus lietus atrodo nei pagal skonį, nei skiriasi nuo įprasto lietaus, taip pat nesukelia jutimų ant odos. Jos poveikis žmonių sveikatai yra netiesioginis, be to, dėl ypatingo rūgštingumo jis retai pažeidžia odą.

Viena iš rūgštaus lietaus problemų yra ta, kad, sumažinus pH vertę žemiau 5, sunkieji metalai išsiskiria ir išnešami. Šie teršalai, tokie kaip aliuminis ir kadmis, gali patekti į požeminius vandeningus sluoksnius.

Jei vanduo iš šių užterštų vandeningųjų sluoksnių patenka į žmonėms vartoti skirtus šulinius, jis gali padaryti didelę žalą sveikatai.

Pastatų, paminklų ir medžiagų nusidėvėjimas

Rūgštaus lietaus pažeisti gargždai. Šaltinis: Nino Barbieri

Kalkingo tipo akmenys

Rūgštus lietus stipriai paveikia konstrukcijas, paminklus ir skulptūras, pagamintas iš kalkakmenio ar marmuro. Tai gana rimta, nes daugelis istorinių pastatų ir meno kūrinių yra pastatyti iš šių medžiagų.

Kalkakmenio atveju rūgštus lietus ištirpina kalkakmenį ir sukelia kalcito rekristalizaciją. Šis perkristalinimas suteikia balkšvus tonus ant paviršiaus.

Konkrečiu lietaus su sieros rūgštimi atveju įvyksta sulfacijos reiškinys. Šio proceso metu uolienų paviršius virsta gipsu ir išsiskiria CO2.

Marmurą, nors ir atsparesnį, taip pat veikia rūgštus lietus. Tokiu atveju akmuo nusausėja, todėl paviršiniai jo sluoksniai plinta.

Kitos ne ėsdinančios medžiagos

Kai kurių pastatų konstrukcijų blogėjimas yra nežymus, tačiau taip pat turi neigiamų padarinių. Pavyzdžiui, sausos rūgšties nuosėdos daro sienas nešvarias, taigi padidėja priežiūros išlaidos.

Metalai

Rūgštus lietus sukelia metalų koroziją dėl oksidacijos reiškinio. Tai sukelia didžiulius ekonominius nuostolius, nes rimtai nukentėjo konstrukcijos, įranga, mašinos ir transporto priemonės su metalinėmis dalimis.

augalija ir gyvūnija

Rūgštaus lietaus užmuštos žuvys. Šaltinis: Jungtinių Valstijų žuvų ir laukinės gamtos tarnyba.

Rūgštus lietus keičia natūralią vandens ir sausumos ekosistemų pusiausvyrą.

Augalai ir gyvūnai, esantys lentiniuose vandens telkiniuose

Lentiniai vandens telkiniai yra labiau jautrūs rūgštėjimui, nes jie yra uždaros ekosistemos. Be to, rūgščių kaupimasis vandenyje turi neigiamų padarinių jos gyvenimui.

Kita rūgštėjimo pasekmė yra nitratų nusodinimas per lietų, kuris sukelia eutrofikaciją vandens telkiniuose. Maistinių medžiagų perteklius sumažina turimą deguonį ir daro neigiamą poveikį vandens gyvūnų išgyvenimui.

Kitas netiesioginis neigiamas poveikis yra sunkiųjų metalų jonų patekimas iš sausumos aplinkos į vandens telkinius. Šie jonai išleidžiami į dirvožemį veikiant hidronio jonams, kai padidėja rūgštingumas.

Augalija ir maistinės medžiagos

Rimčiausios dirvožemio rūgštėjimo keliamos problemos yra pagrindinių maistinių medžiagų nejudrumas ir toksiškų metalų padidėjimas.

Pavyzdžiui, aliuminis ir magnis iš dirvožemio dalelių išsiskiria vandeniliu. Aliuminis daro įtaką šaknų struktūrai ir funkcijai bei sumažina augalams būtino kalcio įsisavinimą.

Kita vertus, dirvožemio rūgštėjimas daro žalą mikorizėms (su šaknimis susijusiems grybeliams), kurios yra būtinos miško dinamikoje.

Tiesioginė žala augalams ir gyvūnams

Sieros rūgštis tiesiogiai pažeidžia lapus, skaidydama chlorofilą ir sukeldama chlorozę (pagelsta lapas). Kai kuriose rūšyse augimas ir gyvybingų sėklų derlius sumažėja.

Varliagyviai (varlės ir rupūžės) yra ypač jautrūs vandens rūgštingumui. Kai kurie pažeidimai yra tiesioginiai sužalojimai ir sumažėjusi apsauga nuo patogenų (ypač odos grybelių).

Sprendimai

Sumažinkite išmetamųjų teršalų kiekį

Rūgštaus lietaus esmė yra sumažinti rūgščių pirmtakų cheminių medžiagų išmetimą į aplinką. Svarbiausi iš jų yra sieros ir azoto oksidai.

Tačiau tai turi tam tikrų sunkumų, nes reiškia, kad daromas poveikis įmonių ir šalių ekonominiams ir plėtros interesams. Pavyzdžiui, vienas pagrindinių sieros dioksido šaltinių yra deginimas akmens anglių, kurios Kinijoje sunaudojama daugiau kaip 70% energijos.

Yra keletas technologinių alternatyvų, kurios gali padėti sumažinti išmetamų teršalų kiekį. Pavyzdžiui, pramonėje vadinamosiose „suskystintose lovose“ yra absorbentų (kalkakmenio ar dolomito), kurie sulaiko SO2. Motorinių transporto priemonių ir vidaus degimo variklių atveju kataliziniai konverteriai taip pat padeda sumažinti išmetamą SO2 kiekį.

Kita vertus, kai kurios šalys įgyvendina specialias rūgštaus lietaus mažinimo programas. Pavyzdžiui, JAV sukūrė Nacionalinę rūgščių nusodinimo vertinimo programą (NAPAP). Tarp kai kurių NAPAP numatytų priemonių yra mažai sieros turinčio kuro naudojimo įgyvendinimas.

Kita galima priemonė yra transporto priemonių parko pakeitimas elektriniais automobiliais, kad būtų sumažintas rūgštus lietus ir visuotinis atšilimas. Nepaisant to, kad egzistuoja technologijos šiam tikslui pasiekti, automobilių ir naftos pramonės atstovų spaudimas atitolino sprendimų šiuo klausimu priėmimą. Kiti veiksniai, darantys įtaką kultūros elementams, susijusiems su greičiu, kurį tikimasi pasiekti transporto priemone.

Taikykite rūgštingumo korekcijos priemones

Kai kuriais atvejais dirvožemio ir vandens pH gali būti padidintas pridedant šarmų, pavyzdžiui, įpilant daug kalkių. Tačiau tokia praktika nėra įmanoma labai dideliuose žemės plotuose.

Paviršiaus apsauga

Akmuo

Yra įvairių būdų apsaugoti ar bent sumažinti akmens nusidėvėjimą po rūgštaus lietaus. Vienas iš šių būdų yra plauti jį garais arba karštu vandeniu.

Taip pat gali būti naudojami cheminiai agentai, tokie kaip vandenilio fluorido rūgštis arba amonio bifluoridas. Nuplautas akmuo gali būti uždaromas naudojant specialius produktus, kurie užkemša poras, pavyzdžiui, bario hidroksidą.

Metalas

Koroziją sukeliantys metaliniai paviršiai gali būti apsaugoti padengiant juos nekoroziniu metalu, pavyzdžiui, cinku.

Tam galima pritaikyti nusodinimą elektra arba apsaugoti metalinę konstrukciją, kad ji būtų skysta.

Nuorodos

1. Espada L ir A. Sánchez (1995). Rūgštaus lietaus įtaka metalų korozijai. psl. 145–171. In: Sastre de Vicente M. (koordinatorius) Elektrochemija ir aplinka ant XXI amžiaus slenksčio. La Coruña universitetas. Leidinių tarnyba. La Coruña, Ispanija.
2. „García-Ruiz G“ (2018). Statybinių konstrukcijų apsauga korozinėje aplinkoje. Pramonės technologijų inžinerijos mokslo laipsnio projekto pabaiga. Kartachenos politechnikos universitetas. Aukštoji pramonės inžinerijos technikos mokykla. Kartachena, Ispanija. 75 psl.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos ir MA Hernández-García (2010). Rūgštus lietus ir miško ekosistemos. Revista Chapingo miškininkystės ir aplinkos mokslų serija 16: 187–206.
4. Likens GE, CT Driscoll ir DC Buso (1996). Ilgalaikis rūgštaus lietaus poveikis: miško ekosistemos reagavimas ir atkūrimas. Mokslas, 272; 244–246.
   Likens GE ir FH Bormann (1974). Rūgštus lietus: rimta regioninė aplinkos problema. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindleris DW (1988). Rūgštaus lietaus poveikis gėlo vandens ekosistemoms. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Oro užterštumas ir rūgštus lietus. Manizaleso miesto reiškinio diagnozė. Inžinerijos ir architektūros fakultetas. Kolumbijos nacionalinis universitetas. Manizaleso būstinė. Redakcija „Blanecolor Ltda“, pirmasis leidimas. Manizales, Kolumbija. 150 psl.