SURT REGN: HVORDAN DET DANNES, SAMMENSETNING, REAKSJONER OG EFFEKTER - MILJØ - 2026

Det sure regnet er vått eller tørt nedbør av stoffer som genererer en pH under 5,6. Denne nedbøren kan være våt (fortynnet i regnvann) eller tørr (partikkelformige eller aerosolavsetninger).

Begrepet "surt regn" ble først foreslått av den engelske forskeren Robert Angus Smith i 1850, midt i den industrielle revolusjonen. De mest tallrike syrene som dannes i atmosfæren er salpetersyre og svovelsyre ved oksidasjon av naturlige eller kunstige miljøgifter.

Syre regnkart. Kilde: Alfredsito94

De mest aktuelle miljøgiftene er oksider: NO2, NO3, SO2, hvis naturlige kilder er vulkanutbrudd, skogbranner og bakteriell nedbrytning. Kunstige kilder er gassutslippene som følge av forbrenning av fossilt brensel (industriell aktivitet og biltrafikk).

Sur nedbør forårsaker negative innvirkninger på miljøet, som forsuring av jordsmonn og vann, som påvirker levende vesener, inkludert mennesker. Også jord og vann er forurenset med tungmetaller, og overgjødsling skjer i vannmasser.

På vegetasjonsnivå oppstår direkte skade på bladene og planteveksten påvirkes. I tillegg immobiliserer jorda næringsstoffer og påvirker mycorrhizae (jord sopp). Tilsvarende oksideres eller eroderes bygninger, maskiner, monumenter og kunstverk utsatt for elementene kraftig av effekten av utfelte syrer.

For å avhjelpe effekten av sur nedbør, kan noen viktige tiltak iverksettes som å beskytte monumenter og korrigere forsuring av jordsmonn og vann. Imidlertid er den grunnleggende løsningen for sur nedbør å redusere utslippet til atmosfæren til kjemiske forbindelser som er forløpere for syredannelse.

Hvordan dannes sur nedbør?

Syre tåke på grunn av SO2-utslipp fra PDVSAs raffineri på Curaçao. Kilde: HdeK

Kjemiske forløpere

Fenomenet surt regn begynner med utslipp til atmosfæren av kjemiske forbindelser som er forløpere for dannelse av syrer. Disse forbindelsene kan sendes ut av naturlige eller kunstige kilder.

Naturlige kilder inkluderer vulkanutbrudd, vegetasjonsbranner og havutslipp. Idet kunstige kilder virker industrielle utslipp, utslipp fra forbrenningsmotorer eller forbrenning av avfall.

Disse kildene avgir forskjellige forbindelser som kan generere syrer i atmosfæren. Det viktigste er imidlertid nitrogenoksider og svoveloksider.

Nitrogenoksider er kjent som NOx, og inkluderer nitrogendioksid (NO2) og lystgass (NO). For sin del er svoveloksyd SO2 eller svoveldioksid.

Troposfærisk prosess og produserte syrer

Det sure regnfenomenet forekommer i troposfæren (atmosfæresone som går fra jordoverflaten til en høyde på 16 km).

I troposfæren kan luftstrømmer føre disse forbindelsene over en hvilken som helst del av planeten, noe som gjør det til et globalt problem. I denne prosessen samhandler nitrogen og svoveloksider med andre forbindelser for å danne henholdsvis salpetersyre og svovelsyre.

Reaksjonstøtte

Kjemiske reaksjoner kan utføres enten på faste partikler i suspensjon eller i dråper vann i suspensjon.

Salpetersyre dannes hovedsakelig i gassfasen på grunn av dens lave oppløselighet i vann. For sin del er svovelsyre mer løselig i vann, og er den viktigste bestanddelen av sur nedbør.

Salpetersyre

For dannelse av salpetersyre (HNO3) reagerer nitrogenoksider med vann, med radikaler som OH (i mindre grad med HO2 og CH3O2), eller med troposfærisk ozon (O3).

Svovelsyre

Når det gjelder produksjon av svovelsyre (H2SO4), deltar også radikalene OH, HO2, CH3O2, vann og ozon. I tillegg kan det dannes ved å reagere med hydrogenperoksyd (H2O2) og forskjellige metalloksider.

Kullsyre

H2CO3 dannes ved den fotokjemiske reaksjonen av karbondioksyd med atmosfærisk vann.

Saltsyre

HCl representerer bare 2% sur nedbør, og forløperen er metylklorid (ClCH3). Denne forbindelsen kommer fra verdenshavene og oksideres av OH-radikaler for å danne saltsyre.

nedbør

Når de sure forbindelsene (salpetersyre eller svovelsyre, og i mindre grad saltsyre) er blitt dannet, vil de presipitere.

Utfelling kan være ved avsetning av de suspenderte partikler hvor forsuringsreaksjonen har funnet sted i gassfasen. En annen måte er at det kondenserte vannet faller ut i regnet der syrene ble dannet.

sammensetning

Den naturlige surheten i regn er nær en pH på 5,6, selv om i noen uforurensede områder er verdier på 5. Disse lave pH-verdiene har blitt assosiert med tilstedeværelsen av syrer av naturlig opprinnelse.

Avhengig av pH-nivå kan regnet klassifiseres til:

a) Svakt sur (pH mellom 4,7 og 5,6)
b) Middels syre (pH mellom 4,3 og 4,7)
c) Sterkt sur (pH lik eller mindre enn 4,3).

Hvis regnet har en konsentrasjon> 1,3 mg / l for nitrater og> 3 mg / l for sulfater, anses forurensningen å være høy.

Sur nedbør er i mer enn to tredjedeler av tilfellene sammensatt av tilstedeværelsen av svovelsyre, fulgt i overflod av salpetersyre. Andre komponenter som kan bidra til surhet i regnet er saltsyre og kullsyre.

Kjemiske reaksjoner fra sur nedbør

Dannelse av svovelsyre (H2SO4)

Produksjonen av svovelsyre kan skje i gassfasen eller i væskefasen.

Gassfase

Bare 3 til 4% SO2 blir oksidert i gassfasen for å produsere svovelsyre. Det er mange veier for dannelse av svovelsyre fra gassformige forløpere, her vises reaksjonen av SO2 med troposfærisk ozon.

Reaksjonen skjer i to trinn:

1.- Svoveldioksid reagerer med troposfærisk ozon, genererer svoveltrioksyd og frigjør oksygen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Så oksiderer svoveltrioksydet med vanndamp og produserer svovelsyre.

SO3 + H2O = H2SO4

Flytende fase

I vanndråpene som danner regnet, kan svovelsyre produseres på flere måter:

1.- SO2 løses opp i vann som genererer svovelsyre, og dette oksideres av hydrogenperoksyd:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalytisk mekanisme: I dette tilfellet aktiveres metalloksydpartikler (jern, sink, titan) takket være virkningen av sollys (fotokjemisk aktivering) og oksiderer SO2-genererende svovelsyre.

Salpetersyre (HNO3) dannelse

Troposfærisk ozon O3 produserer transformasjonen av NO2 til HNO3 i en tretrinnsprosess:

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

Effekter på miljøet

Effekt av sur nedbør i en skog i Jizera-fjellene i Tsjekkia. Kilde: Lovecz

Jordforsuring og dens virkning på vegetasjonen

Effekten av sur nedbør på jorda varierer avhengig av sammensetningen. For eksempel har jord av kalkholdig, basalt og stollende opprinnelse større kapasitet til å nøytralisere surheten.

For deres del er jord som er rik på kvarts som et inert materiale, ikke i stand til å regulere syreinnholdet. I jord der sur nedbør øker surheten frigjøres metallioner som er giftige for planter og dyr.

Et relevant tilfelle er oppløsningen av aluminosilikater, som frigjør aluminiumioner som er svært skadelige for vegetasjonen.

Generelt reduserer jordens surhet tilgjengeligheten av næringsstoffer for planter. I tillegg fremmer det frigjøring og vasking av kalsium, noe som forårsaker mangler hos planter.

Effekt på akviferer og menneskers helse

I de fleste tilfeller ser eller regner ikke surt regn forskjellig fra vanlig regn, og det skaper heller ikke sensasjoner på huden. Effektene på menneskers helse er indirekte, og det forårsaker sjelden hudskader på grunn av ekstrem surhet.

Et av problemene med sur nedbør er at ved å senke pH-verdiene under 5, frigjøres tungmetaller og føres bort. Disse miljøgiftene som aluminium og kadmium kan komme inn i underjordiske akviferer.

Hvis vannet fra disse forurensede akvifrene passerer i brønner som brukes til konsum, kan det føre til alvorlig helseskade.

Forringelse av bygninger, monumenter og materialer

Gargoyle skadet av sur nedbør. Kilde: Nino Barbieri

Kalkholdige steiner

Konstruksjoner, monumenter og skulpturer laget med kalkstein eller marmor påvirkes hardt av sur nedbør. Dette er ganske alvorlig, siden mange historiske bygninger og kunstverk er bygget med disse materialene.

Når det gjelder kalkstein, forårsaker sur nedbør oppløsningen av kalksteinen og forårsaker omkrystallisering av kalsitten. Denne omkrystalliseringen gir hvitaktige toner på overflaten.

I det spesifikke tilfellet med regn med svovelsyre forekommer fenomenet sulfasjon. Gjennom denne prosessen blir bergoverflaten omdannet til gips og CO2 frigjøres.

Marmor, selv om den er mer motstandsdyktig, påvirkes også av sur nedbør. I dette tilfellet skjer peeling av steinen, og det er grunnen til at overfladiske lag av den løsnes.

Andre ikke-etsende materialer

I noen bygninger er den strukturelle forverringen liten, men også med negative effekter. For eksempel gjør tørre syreavsetninger veggene skitne, og øker dermed vedlikeholdskostnadene.

metaller

Sur nedbør forårsaker korrosjon av metaller på grunn av fenomenet oksidasjon. Dette medfører store økonomiske tap, siden konstruksjoner, utstyr, maskiner og kjøretøy med metalldeler er alvorlig berørt.

Flora og fauna

Fisk drept av sur nedbør. Kilde: United States Fish and Wildlife Service.

Sur nedbør modifiserer den naturlige balansen i akvatiske og landlige økosystemer.

Planter og dyr i lentiske vannmasser

Lentiske vannmasser er mer utsatt for forsuring, fordi de er lukkede økosystemer. I tillegg har akkumulering av syrer i vannet negative konsekvenser for levetiden den har.

En annen konsekvens av forsuring er nedbør av nitrater gjennom regn, noe som forårsaker overgjødsling i vannmasser. Overskytende næringsstoffer reduserer tilgjengelig oksygen og påvirker overlevelsen til vannlevende dyr negativt.

En annen indirekte negativ effekt er inneslutningen av tungmetallioner fra det landlige miljøet til vannmasser. Disse ionene frigjøres i jorden ved virkning av hydroniumioner når surheten øker.

Vegetasjon og næringsstofftilgjengelighet

De mest alvorlige problemene forårsaket av forsuring av jorda er immobiliteten til essensielle næringsstoffer og økningen i giftige metaller.

For eksempel frigjøres aluminium og magnesium fra jordpartikler ved å erstattes av hydrogen. Aluminium påvirker strukturen og funksjonen til røttene og reduserer absorpsjonen av kalsium som er viktig for planter.

På den annen side forårsaker jordforsuring skader på mycorrhizae (rotassosiert sopp), som er essensielle i dynamikken i skogen.

Direkte skader på planter og dyr

Svovelsyre forårsaker direkte skade på blader ved å nedbryte klorofyll og produsere klorose (gulning av bladet). Hos noen arter avtar vekst og produksjon av levedyktige frø.

Amfibier (frosker og padder) er spesielt utsatt for effekten av surhet i vann. Noen skader er direkte skader og redusert forsvar mot patogener (spesielt hudsopp).

Solutions

Redusere utslipp

Hovedpoenget for sur nedbør er å redusere utslipp av syreforløpskjemikalier til miljøet. De viktigste av disse er svovel og nitrogenoksider.

Dette har imidlertid noen vanskeligheter, siden det innebærer å påvirke de økonomiske og utviklingsmessige interessene til selskaper og land. For eksempel er en av hovedkildene til svoveldioksid forbrenning av kull, som står for mer enn 70% av energien i Kina.

Det er noen teknologiske alternativer som kan bidra til å redusere utslippene. For eksempel inkluderer industrien de såkalte "fluidiserte lagene" absorbenter (kalkstein eller dolomitt) som beholder SO2. Når det gjelder motorvogner og forbrenningsmotorer generelt, er også katalysatorer som bidrar til å redusere SO2-utslipp.

På den annen side har noen land implementert spesifikke programmer for å redusere sur nedbør. For eksempel utviklet USA NAPAP (National Acid Precipitation Assessment Program). Blant noen av tiltakene som er planlagt av NAPAP er implementeringen av bruken av lavt svovelbrensel.

Et annet mulig tiltak er å erstatte bilparken med elbiler for å redusere både sur nedbør og global oppvarming. Selv om teknologien eksisterer for å oppnå dette, har imidlertid press fra bilindustrien og oljeindustrien forsinket beslutninger i denne forbindelse. Andre faktorer som påvirker er kulturelle elementer relatert til hastigheten som et kjøretøy forventes å nå.

Bruk surhetskorreksjonstiltak

I noen tilfeller kan pH i jordsmonn og vann økes ved å tilsette alkalier, for eksempel ved å inkorporere store mengder kalk. Imidlertid er denne praksisen ikke gjennomførbar i veldig store landområder.

Overflatebeskyttelse

Stein

Det er forskjellige metoder for å beskytte eller i det minste redusere forringelsen av steinen under effekten av sur nedbør. En av disse metodene er å vaske den med damp eller varmt vann.

Kjemiske midler som fluoridsyre eller ammonium bifluorid kan også brukes. Når den er vasket, kan steinen forsegles ved å bruke spesielle produkter som tetter porene, for eksempel bariumhydroksyd.

Metall

Korroder som er utsatt for metall kan beskyttes ved å belegge dem med et ikke-etsende metall slik som sink.

For dette kan elektroavsetning påføres, eller metallkonstruksjonen som skal beskyttes kan dyppes i det beskyttende metall i flytende tilstand.

referanser

1. Espada L og A. Sánchez (1995). Påvirkning av sur nedbør på korrosjonen av metaller. s. 145-171. I: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrokjemi og miljøet på terskelen til XXI-tallet. University of La Coruña. Publikasjonstjeneste. La Coruña, Spania.
2. García-Ruiz G (2018). Beskyttelse av bygningskonstruksjoner i etsende atmosfærer. Sluttgradsprojekt i ingeniørfag i industrielle teknologier. Polytechnic University of Cartagena. Higher Technical School of Industrial Engineering. Cartagena, Spania. 75 s.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos og MA Hernández-García (2010). Syre regn og økosystemer i skogen .. Revista Chapingo Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
4. Likes GE, CT Driscoll og DC Buso (1996). Langsiktige effekter av surt regn: Reaksjon og utvinning av et skogøkosystem. Vitenskap, 272; 244-246.
   Likes GE og FH Bormann (1974). Acid Rain: Et alvorlig regionalt miljøproblem. Vitenskap, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Effekter av surt regn på ferskvannsøkosystemer. Vitenskap, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Luftforurensning og surt regn. Diagnostisering av fenomenet i byen Manizales. Fakultet for ingeniørvitenskap og arkitektur. Nasjonalt universitet i Colombia. Manizales hovedkvarter. Redaksjonell Blanecolor Ltda. Første utgave. Manizales, Colombia. 150 s.