SKĀBS LIETUS: KĀ TAS VEIDOJAS, SASTĀVS, REAKCIJAS UN SEKAS - VIDE - 2025

Skābes lietus ir mitrā vai sausā nogulsnēšanos uz vielām, kuras rada zem pH 5,6. Šie nokrišņi var būt mitri (atšķaidīti lietus ūdenī) vai sausi (daļiņu vai aerosola nogulsnes).

Terminu "skābais lietus" pirmo reizi ierosināja angļu pētnieks Roberts Angus Smits 1850. gadā, rūpnieciskās revolūcijas vidū. Visizplatītākās skābes, kas veidojas atmosfērā, ir slāpekļa un sērskābe, oksidējot dabiskos vai mākslīgos piesārņotājus.

Skābā lietus karte. Avots: Alfredsito94

Visatbilstošākie piesārņotāji ir oksīdi: NO2, NO3, SO2, kuru dabiskie avoti ir vulkānu izvirdumi, mežu ugunsgrēki un baktēriju sadalīšanās. Mākslīgie avoti ir gāzes izmeši, kas rodas, sadedzinot fosilo degvielu (rūpnieciskā darbība un automašīnu satiksme).

Skābs lietus negatīvi ietekmē vidi, piemēram, augsnes un ūdeņu paskābināšanos, ietekmējot dzīvās būtnes, ieskaitot cilvēkus. Arī augsne un ūdens ir piesārņoti ar smagajiem metāliem, un ūdenstilpēs notiek eitrofikācija.

Veģetācijas līmenī notiek tiešs lapu bojājums un tiek ietekmēta augu augšana. Turklāt augsnes paskābināšana imobilizē barības vielas un ietekmē mikorizas (augsnes sēnes). Tāpat ēkas, mašīnas, pieminekļi un mākslas darbi, kas pakļauti elementiem, ir stipri oksidēti vai izpostīti izgulsnējušos skābju ietekmē.

Lai labotu skābā lietus iedarbību, var veikt dažus būtiskus pasākumus, piemēram, pieminekļu aizsardzību un augsnes un ūdeņu paskābināšanas novēršanu. Tomēr pamata risinājums skābam lietum ir samazināt ķīmisko savienojumu, kas ir skābes veidošanās priekšteči, emisiju atmosfērā.

Kā veidojas skābs lietus?

Skāba migla, kas rodas SO2 emisijas dēļ no PDVSA pārstrādes rūpnīcas Kirasao. Avots: HdeK

Ķīmiskie prekursori

Skābā lietus parādība sākas ar ķīmisku savienojumu izmešanu atmosfērā, kas ir skābju veidošanās priekšnoteikumi. Šos savienojumus var izstarot dabiski vai mākslīgi avoti.

Dabiskos avotos ietilpst vulkānu izvirdumi, veģetācijas ugunsgrēki un okeāna izmeši. Tā kā mākslīgie avoti rada rūpnieciskas emisijas, sadedzināšanas mehānisko transportlīdzekļu radītās emisijas vai atkritumu dedzināšanu.

Šie avoti izdala dažādus savienojumus, kas atmosfērā var radīt skābes. Tomēr vissvarīgākie ir slāpekļa oksīdi un sēra oksīdi.

Slāpekļa oksīdi ir zināmi kā NOx, un tie ietver slāpekļa dioksīdu (NO2) un slāpekļa oksīdu (NO). Savukārt sēra oksīds ir SO2 vai sēra dioksīds.

Troposfēras process un iegūtās skābes

Skābo lietus parādība notiek troposfērā (atmosfēras zonā, kas iet no zemes virsmas līdz 16 km augstumam).

Troposfērā gaisa straumes var pārvadāt šos savienojumus virs jebkuras planētas daļas, padarot to par globālu problēmu. Šajā procesā slāpekļa un sēra oksīdi mijiedarbojas ar citiem savienojumiem, attiecīgi veidojot slāpekļskābi un sērskābi.

Reakcijas atbalsts

Ķīmiskās reakcijas var veikt vai nu ar cietām daļiņām suspensijā, vai ar pilieniem ūdens suspensijā.

Slāpekļskābe galvenokārt veidojas gāzes fāzē, pateicoties tās mazajai šķīdībai ūdenī. No otras puses, sērskābe vairāk šķīst ūdenī, jo tā ir galvenā skābā lietus sastāvdaļa.

Slāpekļskābe

Slāpekļskābes (HNO3) veidošanai slāpekļa oksīdi reaģē ar ūdeni, ar radikāļiem, piemēram, OH (mazākā mērā ar HO2 un CH3O2), vai ar troposfēras ozonu (O3).

Sērskābe

Sērskābes (H2SO4) ražošanas gadījumā piedalās arī radikāļi OH, HO2, CH3O2, ūdens un ozons. Turklāt to var veidot, reaģējot ar ūdeņraža peroksīdu (H2O2) un dažādiem metālu oksīdiem.

Ogļskābe

H2CO3 veidojas oglekļa dioksīda fotoķīmiskajā reakcijā ar atmosfēras ūdeni.

Sālsskābe

HCl veido tikai 2% skābā lietus, un tā priekštecis ir metilhlorīds (ClCH3). Šis savienojums nāk no okeāniem, un to oksidē OH radikāļi, veidojot sālsskābi.

Nokrišņi

Kad būs izveidoti skābie savienojumi (slāpekļskābe vai sērskābe un mazākā mērā sālsskābe), tie izgulsnējas.

Nokrišņus var nogulsnēt suspendētās daļiņas, kurās skābšanas reakcija ir notikusi gāzes fāzē. Vēl viens veids ir kondensēta ūdens nokrišņi lietū, kur izveidojās skābes.

Sastāvs

Lietus dabiskais skābums ir tuvu pH 5,6, kaut arī dažos nepiesārņotajos apgabalos vērtības ir 5. Šīs zemās pH vērtības ir saistītas ar dabiskas izcelsmes skābju klātbūtni.

Tiek uzskatīts, ka atkarībā no pH līmeņa lietus var iedalīt:

a) Nedaudz skābi (pH no 4,7 līdz 5,6)
b) Vidēji skābi (pH no 4,3 līdz 4,7)
c) Ļoti skābi (pH mazāks vai vienāds ar 4,3).

Ja lietus koncentrācija ir> 1,3 mg / L nitrātiem un> 3 mg / L sulfātiem, piesārņojumu uzskata par augstu.

Skābo lietu vairāk nekā divās trešdaļās veido sērskābe, kam seko slāpekļskābe. Citas sastāvdaļas, kas var veicināt lietus skābumu, ir sālsskābe un ogļskābe.

Skāba lietus ķīmiskās reakcijas

Sērskābes (H2SO4) veidošanās

Sērskābes ražošana var notikt gāzes vai šķidrā fāzē.

Gāzes fāze

Gāzes fāzē oksidējas tikai 3–4% SO2, iegūstot sērskābi. Ir daudz ceļu sērskābes veidošanai no gāzveida prekursoriem, šeit parādīta SO2 reakcija ar troposfēras ozonu.

Reakcija notiek divos posmos:

1.- Sēra dioksīds reaģē ar troposfēras ozonu, veidojot sēra trioksīdu un izdalot skābekli.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Tad sēra trioksīds oksidējas ar ūdens tvaikiem un iegūst sērskābi.

SO3 + H2O = H2SO4

Šķidrā fāze

Ūdens pilienos, kas veidos lietus, sērskābi var ražot vairākos veidos:

1.- SO2 izšķīst ūdenī, veidojot sērskābi, un to oksidē ar ūdeņraža peroksīdu:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalītiskais mehānisms: Šajā gadījumā metāla saules oksīda daļiņas (dzelzs, cinks, titāns) tiek aktivizētas, pateicoties saules gaismas iedarbībai (fotoķīmiskai aktivizēšanai), un oksidē SO2, veidojot sērskābi.

Slāpekļskābes (HNO3) veidošanās

Troposfēras ozons O3 rada NO2 pārveidošanu par HNO3 trīspakāpju procesā:

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

Ietekme uz vidi

Skāba lietus ietekme mežā Jizera kalnos Čehijā. Avots: Lovecz

Augsnes paskābināšanās un tās ietekme uz veģetāciju

Skābo lietus ietekme uz augsni mainās atkarībā no augsnes sastāva. Piemēram, kaļķainas, bazaltiskas un neorganiskas izcelsmes augsnēm ir lielāka spēja neitralizēt skābumu.

Savukārt augsnes, kas bagātas ar kvarcu kā inertu materiālu, nespēj regulēt skābes saturu. Tādējādi augsnēs, kur skābs lietus palielina skābumu, tiek atbrīvoti un aizvesti metāla augi un dzīvnieki, kas ir toksiski.

Nozīmīgs gadījums ir aluminosilikātu izšķīšana, kas izdala alumīnija jonus, kas ir ļoti kaitīgi veģetācijai.

Kopumā augsnes skābums samazina barības vielu pieejamību augiem. Turklāt tas veicina kalcija izdalīšanos un mazgāšanu, kas rada trūkumus augos.

Ietekme uz ūdens nesējslāņiem un cilvēku veselību

Vairumā gadījumu skābs lietus neizskatās vai garšo atšķirīgi no parastā lietus, kā arī nerada sajūtas uz ādas. Tā ietekme uz cilvēku veselību ir netieša, un ārkārtīgi skābuma dēļ tas reti rada ādas bojājumus.

Viena no skābās lietus problēmām ir tā, ka, pazeminot pH vērtības zem 5, smagie metāli tiek atbrīvoti un aizvesti. Šie piesārņotāji, piemēram, alumīnijs un kadmijs, var iekļūt pazemes ūdens nesējslāņos.

Ja ūdens no šiem piesārņotajiem ūdens nesējslāņiem nokļūst akās, kuras izmanto cilvēku patēriņam, tas var radīt nopietnu kaitējumu veselībai.

Ēku, pieminekļu un materiālu pasliktināšanās

Gargoyle, ko sabojājis skābs lietus. Avots: Nino Barbieri

Kaļķainā veida akmeņi

Ar kaļķakmeni vai marmoru izgatavotas konstrukcijas, pieminekļus un skulptūras smagi ietekmē skābs lietus. Tas ir diezgan nopietni, jo daudzas vēsturiskas ēkas un mākslas darbi ir būvēti no šiem materiāliem.

Kaļķakmens gadījumā skābs lietus izraisa kaļķakmens šķīšanu un izraisa kalcīta pārkristalizāciju. Šī pārkristalizācija rada bālganus toņus uz virsmas.

Īpašajā lietus gadījumā ar sērskābi rodas sulfācijas parādība. Šī procesa laikā iežu virsma tiek pārveidota par ģipsi un izdalās CO2.

Marmoru, kaut arī izturīgāku, ietekmē arī skābais lietus. Šajā gadījumā akmens lobīšanās notiek, tāpēc virsējie tā slāņi tiek atdalīti.

Citi nekorozīvi materiāli

Dažās ēkās struktūras pasliktināšanās ir neliela, taču tai ir arī negatīva ietekme. Piemēram, sausas skābes nogulsnes sienas padara netīras, tādējādi palielinot uzturēšanas izmaksas.

Metāli

Skābs lietus izraisa metālu koroziju oksidācijas fenomena dēļ. Tas rada milzīgus ekonomiskus zaudējumus, jo tiek nopietni ietekmētas konstrukcijas, aprīkojums, mašīnas un transportlīdzekļi ar metāla detaļām.

Flora un fauna

Skābā lietū nokautas zivis. Avots: Amerikas Savienoto Valstu Zivju un savvaļas dzīvnieku dienests.

Skābs lietus maina ūdens un sauszemes ekosistēmu dabisko līdzsvaru.

Augi un dzīvnieki leniskajās ūdenstilpēs

Lentiskās ūdenstilpes ir vairāk pakļautas paskābināšanai, jo tās ir slēgtas ekosistēmas. Turklāt skābju uzkrāšanās ūdenī negatīvi ietekmē dzīvību, ko tas satur.

Citas paskābināšanās sekas ir nitrātu nogulsnēšanās lietū, kas izraisa eitrofikāciju ūdenstilpēs. Pārmērīgas barības vielas samazina pieejamo skābekli un nelabvēlīgi ietekmē ūdensdzīvnieku izdzīvošanu.

Vēl viena netieša negatīva ietekme ir smago metālu jonu nonākšana sauszemes vidē ūdenstilpēs. Šie joni izdalās augsnē, pateicoties hidronija jonu iedarbībai, kad palielinās skābums.

Veģetācijas un barības vielu pieejamība

Nopietnākās augsnes paskābināšanās problēmas ir būtisku barības vielu nekustīgums un toksisko metālu palielināšanās.

Piemēram, alumīnijs un magnijs tiek atbrīvoti no augsnes daļiņām, aizstājot tos ar ūdeņradi. Alumīnijs ietekmē sakņu struktūru un darbību un samazina augiem nepieciešamā kalcija absorbciju.

No otras puses, augsnes paskābināšanās nodara kaitējumu mikorizām (ar saknēm saistītām sēnītēm), kas ir būtiskas meža dinamikā.

Tiešs kaitējums augiem un dzīvniekiem

Sērskābe nodara tiešus bojājumus lapām, sadalot hlorofilu un izraisot hlorozi (lapas dzeltenumu). Dažās sugās izaugsme un dzīvotspējīgo sēklu rašanās samazinās.

Abinieki (vardes un krupji) ir īpaši jutīgi pret ūdens skābuma iedarbību. Daži bojājumi ir tiešie ievainojumi un samazināta aizsardzība pret patogēniem (īpaši ādas sēnītēm).

Risinājumi

Samaziniet izmešus

Skābju lietus pamatmērķis ir samazināt skābju prekursoru ķīmisko vielu emisijas vidē. Vissvarīgākie no tiem ir sēra un slāpekļa oksīdi.

Tomēr tam ir zināmas grūtības, jo tas nozīmē ietekmēt uzņēmumu un valstu ekonomiskās un attīstības intereses. Piemēram, viens no galvenajiem sēra dioksīda avotiem ir ogļu sadedzināšana, kas Ķīnā saražo vairāk nekā 70% enerģijas.

Ir dažas tehnoloģiskas alternatīvas, kas var palīdzēt samazināt emisijas. Piemēram, rūpniecībā tā sauktajās "fluidizētajās gultās" ir iestrādāti absorbenti (kaļķakmens vai dolomīts), kas aiztur SO2. Mehānisko transportlīdzekļu un iekšdedzes motoru gadījumā katalītiskie neitralizatori arī palīdz samazināt SO2 izmešus.

No otras puses, dažas valstis īsteno īpašas programmas skābā lietus samazināšanai. Piemēram, Amerikas Savienotās Valstis izstrādāja Nacionālo skābju nokrišņu novērtēšanas programmu (NAPAP). Starp dažiem NAPAP paredzētajiem pasākumiem ir zema sēra satura degvielas izmantošana.

Vēl viens iespējams pasākums ir transportlīdzekļu parka aizstāšana ar elektriskajiem automobiļiem, lai samazinātu gan skābo lietu, gan globālo sasilšanu. Tomēr, kaut arī pastāv tehnoloģijas, lai to sasniegtu, autobūves un naftas rūpniecības spiediens ir kavējis lēmumu pieņemšanu šajā sakarā. Citi faktori, kas ietekmē, ir kultūras elementi, kas saistīti ar ātrumu, kuru paredzēts sasniegt ar transportlīdzekli.

Veiciet skābuma korekcijas pasākumus

Dažos gadījumos augsnes un ūdeņu pH var palielināt, pievienojot sārmus, piemēram, iestrādājot lielu daudzumu kaļķa. Tomēr šī prakse nav iespējama ļoti lielās zemes platībās.

Virsmas aizsardzība

Akmens

Ir dažādas metodes, kā pasargāt vai vismaz samazināt akmens pasliktināšanos skāba lietus ietekmē. Viena no šīm metodēm ir mazgāt to ar tvaiku vai karstu ūdeni.

Var izmantot arī ķīmiskus līdzekļus, piemēram, fluorūdeņražskābi vai amonija bifluorīdu. Pēc mazgāšanas akmeni var aizzīmogot, uzklājot īpašus produktus, kas aizsērē poras, piemēram, bārija hidroksīdu.

Metāls

Metāla virsmas, kuras var korozēt, var aizsargāt, pārklājot tās ar nekorozīvu metālu, piemēram, cinku.

Šim nolūkam var pielietot elektrolītisko pārklājumu vai aizsargājamo metāla struktūru iegremdēt aizsargājošajā metālā šķidrā stāvoklī.

Atsauces

1. Espada L un A. Sánchez (1995). Skāba lietus ietekme uz metālu koroziju. lpp. 145.-171. In: Sastre de Vicente M. (Koord.) Elektroķīmija un vide uz XXI gadsimta sliekšņa. La Coruña universitāte. Publikāciju dienests. Lakorunja, Spānija.
2. Garsija-Ruiza G (2018). Ēku konstrukciju aizsardzība korozīvā vidē. Tehnisko zinātņu grāda projekta beigām industriālajās tehnoloģijās. Kartahenas Politehniskā universitāte. Rūpniecības tehnikas augstākā tehniskā skola. Kartahenā, Spānijā. 75 lpp.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos un MA Hernández-García (2010). Skābie lietus un meža ekosistēmas. Revista Chapingo mežsaimniecības un vides zinātnes sērija 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll un DC Buso (1996). Skāba lietus ilgtermiņa ietekme: meža ekosistēmas reakcija un atjaunošanās. Zinātne, 272; 244. – 246.
   Likens GE un FH Bormans (1974). Skābs lietus: nopietna reģionālā vides problēma. Zinātne, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Skābā lietus ietekme uz saldūdens ekosistēmām. Zinātne, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Gaisa piesārņojums un skābs lietus. Manizāles pilsētas parādības diagnostika. Inženierzinātņu un arhitektūras fakultāte. Kolumbijas nacionālā universitāte. Manizales štābs. Redakcijas Blanecolor Ltda pirmais izdevums. Manizales, Kolumbija. 150 lpp.