science >> Wetenschap >  >> Geologie

Hoe zure regen werkt

Emissies van zwaveldioxide en stikstofoxiden reageren met waterdamp in de atmosfeer om zwavelzuur en salpeterzuur te creëren.

Als je door de Appalachen wandelt, je zult stands van dode en verzwakte bomen zien. Als je in een stad woont, je ziet misschien versleten stenen gebouwen, strepen op uw autodak of gecorrodeerde metalen balustrades en standbeelden. U kunt de effecten zien van zure regen bijna overal waar je gaat, maar met media en publieke aandacht gericht op het meer onheilspellende vooruitzicht van de opwarming van de aarde, zure regen is langs de kant van de weg gevallen. De plaag uit de lucht lijkt bijna een 20e-eeuws probleem - een kwestie die in de jaren tachtig en negentig door wetgeving werd aangepakt.

Zure regen komt vooral voor op het noordelijk halfrond -- de meer geïndustrialiseerde, vuilere helft van de wereld. Winden kunnen de uitstoot van hoge schoorstenen opvegen en verontreinigende stoffen ver van hun oorspronkelijke bronnen vervoeren, daarbij staatsgrenzen en landsgrenzen overschrijden. Zure regen heeft misschien niet het volledige wereldwijde bereik van broeikasgassen, maar het is een grensoverschrijdend , en dus internationaal, probleem.

Zure regen, ook wel zuurafzetting genoemd, wordt veroorzaakt door uitstoot van zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx) van elektriciteitscentrales, auto's en fabrieken. Natuurlijke bronnen zoals vulkanen, bosbranden en blikseminslagen dragen ook bij aan de door de mens veroorzaakte vervuiling. SO2 en NOx worden zuren wanneer ze de atmosfeer binnenkomen en reageren met waterdamp. De resulterende zwavel- en salpeterzuren kunnen als natte of droge afzettingen vallen. Natte depositie is neerslag:zure regen, sneeuw, ijzel of mist. Droge depositie valt als zure deeltjes of gassen.

Inhoud
  1. De pH van zure regen
  2. De effecten van zure regen
  3. Zure regen verminderen

De pH van zure regen

De pH-schaal is een maat voor zuurgraad en alkaliteit. Zure regen heeft een pH van 5,0 of minder.

Wetenschappers drukken de zuurgraad van zure regen uit met behulp van de pH schaal . De schaal definieert de zuurgraad van een oplossing, neutraliteit of alkaliteit op basis van de concentratie van waterstofionen. Zuren hebben een hoge concentratie waterstofionen en een lage pH. De schaal loopt van nul tot 14, met zuiver water op een neutrale 7,0. meeste water, echter, is niet bepaald zuiver. zelfs schoon, normale regen heeft een pH van ongeveer 5,6. Dit komt omdat het reageert met koolstofdioxide in de atmosfeer en licht zuur koolzuur vormt voordat het regent.

Zure regen heeft een pH van 5,0 of minder. De meeste zuurafzetting varieert van pH 4,3 tot 5,0 - ergens tussen de zuurgraad van sinaasappelsap en zwarte koffie. Maar zure regen vergelijken met veilig, natuurlijke zuren kunnen misleidend zijn. Zelfs op zijn zwakst, zure regen verwoest ecosystemen door gevoelige planten te belemmeren en kwetsbare watereieren te doden.

Programma's die zure regen controleren, analyseren het waterstofgehalte om de pH te bepalen. Ze meten ook atmosferische concentraties van salpeterzuur, nitraat, zwaveldioxide, sulfaat en ammonium. In de Verenigde Staten, het National Atmospheric Deposition Program (NADP) houdt toezicht op natte depositie, terwijl het Clean Air Status and Trends Network (CASTNET) droge depositie waarneemt. Het monitoren van zuurafzetting helpt bij het bepalen van: kritische belastingen , of de hoeveelheid verontreinigende stoffen die een ecosysteem kan ondersteunen vóór schade. Nauwkeurige kritische belastingen helpen bij het vaststellen van effectieve doelen voor SO2- en NOx-reducties.

Nu zullen we leren over de schadelijke effecten van zure regen op aquatische milieus, bossen, afwerkingen, bouwmaterialen en de menselijke gezondheid.

Oppervlaktewateren

Oppervlaktewateren en hun kwetsbare ecosystemen zijn misschien wel de bekendste slachtoffers van zure regen. De meeste neerslag die in een meer terechtkomt, rivier, stroom of moeras moet eerst overgaan en door de grond sijpelen. Alle grond heeft een buffer capaciteit , of het vermogen om veranderingen in zuurgraad en alkaliteit te weerstaan. Het bufferend vermogen van de bodem bepaalt de zuurgraad van een waterlichaam. Als de capaciteit laag is, of zijn limiet heeft bereikt, zure regen kan ongeneutraliseerd passeren.

Zure depositie verzwakt bomen en vervuilt het oppervlaktewater. Fotograaf:Detlev Voss | Agentschap:Dreamstime.com

Het meeste leven is comfortabel bij een bijna neutrale pH -- dwaal te ver af van pH 7,0, en delicate organismen beginnen te sterven. Plankton en ongewervelde dieren zijn gevoelig voor veranderingen in zuurgraad en sterven het eerst af. Bij pH 5,0, viseieren worden afgebroken en jongen kunnen zich niet ontwikkelen. Volwassen vissen en kikkers kunnen soms zuren tot pH 4,0 verdragen, maar ze verhongeren als hun zwakkere voedselbronnen uitsterven. Wanneer zure regen de voedselketen verstoort, biodiversiteit neemt af.

Stikstofafzetting door zure regen beschadigt ook kustwateren en estuaria. Stikstofrijk water ondersteunt enorme algengroei en algenbloei. Bacteriën breken de dode algen af, floreren en nemen de beschikbare zuurstof van het water op. Vis, schaaldieren, zeegrasbedden en koraalriffen sterven af ​​in de door algen verstikte, zuurstofarme wateren. Wetenschappers schatten dat 10 tot 45 procent van de door de mens geproduceerde stikstof die in kustwateren terechtkomt, afkomstig is van atmosferische depositie [Bron:Environmental Protection Agency].

De meeste zure wateren zien er niet vervuild uit. Terwijl rottend organisch materiaal bezinkt, aangezuurd water kan helder en blauw lijken. sommige soorten, als biezen en mos, zelfs gedijen in zure omstandigheden. Maar het groen en het heldere water verloochenen een ongezonde omgeving. diversiteit daalt, en soorten die zonder roofdieren worden achtergelaten, worden vaak verontrustend groot.

Zure regen beschadigt ook bossen, zoals we in het volgende gedeelte zullen zien.

De effecten van zure regen

Zure regen kan door steen en metaal heen vreten. Het is versneld het natuurlijke verweringsproces van dit gehavende stenen engelengezicht. Fotograaf:Michael Drager | Agentschap:Dreamstime.com

Bossen vertrouwen op de buffercapaciteit van hun bodem om ze te beschermen tegen zure regen. Zure wateren halen bodemgifstoffen zoals aluminium naar buiten. Bomen nemen de giftige stoffen op, en afvoer dumpt het in meren, rivieren en beken. Zure regen lost ook nuttige mineralen en voedingsstoffen zoals calcium, magnesium en kalium voordat bomen ze kunnen opnemen. Zure regen doodt zelden een bos volledig, maar belemmert in plaats daarvan de groei ervan door jarenlange bodemdegradatie. Door een tekort aan voedingsstoffen en blootstelling aan gifstoffen is de kans groter dat bomen bij storm omvallen of sterven bij koud weer.

Zelfs bomen in goed gebufferde grond kunnen verzwakken in harde zure mist. Hooggelegen bossen weken in zure wolken, die bladeren van voedingsstoffen ontdoen en het vermogen van bomen om kou te weerstaan, afbreken. De kale toppen van de Appalachen getuigen van het giftige effect van zure regen op hooggelegen bossen.

Materialen en afwerkingen

Zure regen heeft het verontrustende vermogen om steen en metaal uit te wissen en uit te wissen, de meest duurzame materialen. Oude gebouwen, monumenten en grafstenen dragen de gladde tekenen van zure corrosie en bederf. Zure depositie versnelt natuurlijke verwering veroorzaakt door regen, zon, sneeuw en wind.

Zure regen tast ook autolak aan. De auto-industrie beschouwt zuurafzetting als een type corrosief gevolgen voor het milieu , samen met boomsap, pollen en vogelpoep. Zure markeringen laten onregelmatig, geëtste vormen op horizontale oppervlakken. Overschilderen is de enige manier om een ​​door zure regen vervormde autolak te herstellen.

Fotograaf:Socrates | Agentschap:Dreamstime.com

Gezondheid

Omdat zure regen waterdieren kan doden, bomen verzwakken en steen oplossen, het lijkt erop dat het ook mensen kan verbranden of verbranden. Maar het beïnvloedt mensen niet op dezelfde manier als vissen of planten. Zure regen voelt hetzelfde als gewone regen -- het is zelfs veilig om in een zuur meer te zwemmen. Maar de sulfaat- en nitraatdeeltjes van droge depositie kunnen astma veroorzaken, bronchitis en hartproblemen. De NOx in zure depositie reageert ook met vluchtige organische stoffen (VOS) om ozon op leefniveau te vormen. Ozon, of smog , verergert en verzwakt het ademhalingssysteem.

Zure regen verminderen

Energiecentrales moeten emissies beperken van SO en NOx om doelstellingen te halen ingesteld door het Acid Rain-programma. Fotograaf:Czbrat | Agentschap:Dreamstime.com 2

Zure regen bestaat al sinds de eerste fabrieken van de industriële revolutie giftige uitstoot begonnen uit te spuwen. Een Engelse wetenschapper, Robert Angus Smit, bedacht de term "zure regen" in 1872 toen hij schreef over de corroderende aanraking van gebouwen en het dodelijke effect op planten. Maar zure regen werd pas meer dan een eeuw later een door de overheid gecontroleerd milieuprobleem. Wetenschappers hadden toen vastgesteld dat zure regen eerder een grensoverschrijdend dan een lokaal probleem was. 1980, de Acid Deposition Act lanceerde een 10-jarige studie over zure regen onder leiding van de Nationaal Acidic Precipitation Assessment Program (NAPAP) om locaties in het hele land te controleren.

In 1990, gewapend met de NAPAP-studie, Het congres veranderde de bestaande Clean Air Act om zure regen op te nemen. De nieuwe Titel IV-wijziging van de Clean Air Act riep op tot SO2- en NOx-reducties. De Zure regen programma (ARP) werd in 1995 opgericht om titel IV in werking te laten treden.

De ARP legt beperkingen op aan de energiesector om de jaarlijkse uitstoot van SO2 en NOx te verminderen. De ARP gebruikt een cap en handelsprogramma om de SO2-uitstoot te verminderen. Het stelt een limiet voor de totale hoeveelheid SO2 die elektriciteitscentrales in de aangrenzende Verenigde Staten kunnen produceren. Na het instellen van een dop, de ARP verdeelt emissierechten aan elektriciteitscentrales. Eenheden mogen slechts zoveel SO2 produceren als waarvoor ze krediet hebben. Als ze de uitstoot sneller verminderen dan de ARP vereist, ze kunnen rechten innen voor toekomstig gebruik of ze aan andere fabrieken verkopen. De definitieve limiet voor 2010 zal 8,95 miljoen ton per jaar zijn, een opmerkelijke 50 procent minder dan de uitstoot van elektriciteitscentrales uit 1980 [Bron:EPA].

De ARP regelt NOx-reducties met een meer conventionele op tarief gebaseerd regelgevend systeem . Het programma stelt een limiet aan de toegestane kilo's NOx per miljoen Britse thermische eenheden (lb/mmBtu) voor de ketel van elke energiecentrale. Eigenaren halen ofwel de reductiedoelstelling voor individuele ketels of nemen het gemiddelde van de emissies van alle eenheden in eigendom en voldoen aan een gecombineerde doelstelling. De ARP streeft ernaar NOx te verminderen tot 2 miljoen ton onder het verwachte niveau van 2000 als Titel IV niet had bestaan ​​[Bron:EPA].

Energiecentrales halen hun ARP-doelstellingen door laagzwavelige steenkool te gebruiken, "natte wassers" of rookgasontzwavelingssystemen, lage NOx-branders en andere schone steenkooltechnologieën. Ze kunnen ook onderling SO2-credits verhandelen.

Zelfs met een grotere vraag naar energie, de ARP heeft met succes de uitstoot van SO2 en NOx verminderd. Maar NAPAP suggereert dat, om ecosystemen volledig te herstellen, reducties zullen nog eens 40 tot 80 procent onder de volledige limieten van 2010 moeten dalen [Bron:EPA].

Ook auto's stoten NOx uit. Nieuwere ontwerpen van katalysatoren helpen uitlaatgassen te behandelen en NOx en andere verontreinigende stoffen zoals koolmonoxide en de VOC's die bijdragen aan smog te verwijderen.

Zelfs met opmerkelijke schone steenkooltechnologieën, katalysatoren en sterke doppen en voorschriften, fossiele brandstoffen zijn nog steeds een vuile energiebron. Alternatieve vormen van energie zoals kernenergie, zonne- en waterkracht stoten niet de miljoenen tonnen SO2 en NOx uit die ecosystemen op hun kop zetten, verwoesten gebouwen en monumenten en verzwakken de gezondheid van mensen.

Voor meer informatie over zure regen, alternatieve vormen van energie en andere gerelateerde onderwerpen, bekijk de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

  • Hoe de opwarming van de aarde werkt
  • Hoe katalysatoren werken
  • Hoe kernenergie werkt
  • Hoe zonnecellen werken
  • Hoe waterkrachtcentrales werken
  • Wat is schone kolentechnologie?
  • Moeten we ons zorgen maken over de Dode Zone in de Golf van Mexico?

Meer geweldige links

  • Zure regen programma
  • Nationale watercondities

bronnen

  • "Zure regen." Encyclopedie van de atmosferische omgeving. http://www.ace.mmu.ac.uk/eae/Acid_Rain/acid_rain.html
  • "Zure regen." Raad voor Milieugeletterdheid. http://www.enviroliteracy.org/article.php/2.html
  • "Acid Rain-programma:voortgangsrapport 2005." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/airmarkets/progress/docs/2005report.pdf
  • "Een korte geschiedenis." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/region1/eco/acidrain/history.html
  • "Clean Air Status and Trends Network (CASTNET)." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/castnet/
  • "Effecten van zure regen - bossen." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/acidrain/effects/forests.html
  • "Effecten van zure regen - oppervlaktewateren en waterdieren." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/acidrain/effects/surface_water.html
  • gangbaar, Meenhakshi. “Bij de Taj Mahal, Grime te midden van grootsheid.” Tijd. 10 september 2001. http://www.time.com/time/magazine/article/0, 9171, 1000714-1, 00.html
  • "Zure regen meten." Amerikaanse Environmental Protection Agency. http://www.epa.gov/acidrain/measure/index.html
  • "NADP Geschiedenis en Overzicht." Nationaal Atmosferisch Afzettingsprogramma. http://nadp.sws.uiuc.edu/nadpoverview.asp

Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Wat zijn 3 functies van de navelstreng?
  2. Wat is Herschikking in Meiose?
  3. Wat zijn de 10 Major Body Systems?
  4. Structuur van het cardiovasculaire systeem
  5. Angiosperm versus Gymnosperm: wat zijn de overeenkomsten & verschillen?
  6. Onderzoek suggereert dat vroege antibiotica de gezondheid en het gedrag van volwassenen kunnen beïnvloeden
  7. Wat is een homoloog allel?
  8. Relaties tussen mitose in eukaryote cellen en binaire fissie in Prokaryoten
  9. Oudste Homo Sapiens-fossielen die ooit zijn gevonden, suggereren een herschrijving van menselijke evolutie

Wetenschap