KYSELÝ DÉŠŤ: JAK SE TVOŘÍ, SLOŽENÍ, REAKCE A ÚČINKY - ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 2025

Kyselý déšť je mokrá nebo suchá srážení látek, které vytvářejí pH pod 5,6. Toto srážení může být mokré (zředěné v dešťové vodě) nebo suché (usazeniny částic nebo aerosolů).

Termín „kyselý déšť“ byl poprvé navržen anglickým badatelem Robertem Angusem Smithem v roce 1850, uprostřed průmyslové revoluce. Nejhojnějšími kyselinami, které se vytvářejí v atmosféře, jsou dusičná a sírová oxidací přírodních nebo umělých znečišťujících látek.

Kyselá dešťová mapa. Zdroj: Alfredsito94

Nejvýznamnějšími znečišťujícími látkami jsou oxidy: NO2, NO3, SO2, jejichž přírodními zdroji jsou sopečné erupce, lesní požáry a bakteriální degradace. Umělé zdroje jsou emise plynů vznikajících spalováním fosilních paliv (průmyslová činnost a automobilový provoz).

Kyselý déšť způsobuje nepříznivé dopady na životní prostředí, jako je okyselení půdy a vody, které ovlivňuje živé bytosti, včetně lidí. Půdy a voda jsou také kontaminovány těžkými kovy a ve vodních útvarech dochází k eutrofizaci.

Na vegetační úrovni dochází k přímému poškození listů a ovlivňuje růst rostlin. Kromě toho okyselení půdy imobilizuje živiny a ovlivňuje mykorhizy (půdní houby). Podobně budovy, strojní zařízení, památky a umělecká díla vystavená těmto prvkům jsou silně oxidovány nebo erodovány účinkem vysrážených kyselin.

K nápravě účinku kyselého deště mohou být přijata některá zásadní opatření, jako je ochrana památek a úprava acidifikace půd a vod. Základním řešením pro kyselý déšť je však snížení emisí chemických sloučenin, které jsou předchůdci tvorby kyseliny, do atmosféry.

Jak se tvoří kyselý déšť?

Kyselá mlha kvůli emisím SO2 z rafinérie PDVSA v Curaçao. Zdroj: HdeK

Chemické prekurzory

Fenomén kyselého deště začíná emisemi chemických sloučenin, které jsou prekurzory tvorby kyselin, do atmosféry. Tyto sloučeniny mohou být emitovány přírodními nebo umělými zdroji.

Přírodní zdroje zahrnují sopečné erupce, požáry vegetace a emise oceánu. Jako umělé zdroje působí průmyslové emise, emise ze spalovacích motorových vozidel nebo spalování odpadu.

Tyto zdroje emitují různé sloučeniny, které mohou v atmosféře vytvářet kyseliny. Nejdůležitější jsou však oxidy dusíku a oxidy síry.

Oxidy dusíku jsou známé jako NOx a zahrnují oxid dusičitý (NO2) a oxid dusný (NO). Oxid siřičitý je SO2 nebo oxid siřičitý.

Troposférický proces a produkované kyseliny

Fenomén kyselého deště se vyskytuje v troposféře (atmosférická zóna, která sahá od zemského povrchu do výšky 16 km).

V troposféře mohou vzdušné proudy tyto sloučeniny přenášet přes jakoukoli část planety, což z ní činí globální problém. V tomto procesu oxidy dusíku a oxidy síry interagují s jinými sloučeninami za vzniku kyseliny dusičné a kyseliny sírové.

Reakční podpora

Chemické reakce mohou být prováděny buď na pevných částicích v suspenzi nebo v kapkách vody v suspenzi.

Kyselina dusičná se tvoří hlavně v plynné fázi, díky její nízké rozpustnosti ve vodě. Kyselina sírová je rozpustnější ve vodě, která je hlavní složkou kyselého deště.

Kyselina dusičná

Při tvorbě kyseliny dusičné (HNO3) oxidy dusíku reagují s vodou, se zbytky, jako je OH (v menší míře s HO2 a CH3O2) nebo s troposférickým ozonem (O3).

Kyselina sírová

V případě výroby kyseliny sírové (H2SO4) se podílejí také radikály OH, HO2, CH3O2, voda a ozon. Kromě toho se může tvořit reakcí s peroxidem vodíku (H2O2) a různými oxidy kovů.

Kyselina uhličitá

H2CO3 je tvořen fotochemickou reakcí oxidu uhličitého s atmosférickou vodou.

Kyselina chlorovodíková

HCI představuje pouze 2% kyselého deště a jeho prekurzorem je methylchlorid (ClCH3). Tato sloučenina pochází z oceánů a je oxidována radikály OH za vzniku kyseliny chlorovodíkové.

Srážky

Jakmile se vytvoří kyselé sloučeniny (kyselina dusičná nebo kyselina sírová a v menší míře kyselina chlorovodíková), vysráží se.

Srážení může být nanesením suspendovaných částic, ve kterých proběhla acidifikační reakce v plynné fázi. Dalším způsobem je, že se kondenzovaná voda vysráží v dešti, kde se vytvořily kyseliny.

Složení

Přirozená kyselost deště se blíží pH 5,6, i když v některých nekontaminovaných oblastech hodnoty 5. Tyto nízké hodnoty pH byly spojeny s přítomností kyselin přírodního původu.

Má se za to, že v závislosti na hladině pH může být déšť klasifikován do:

a) Mírně kyselý (pH mezi 4,7 a 5,6)

b) Mírně kyselý (pH mezi 4,3 a 4,7)

c) Silně kyselý (pH menší než nebo rovno 4,3).

Má-li déšť koncentraci> 1,3 mg / l pro dusičnany a> 3 mg / l pro sírany, považuje se kontaminace za vysokou.

Kyselý déšť je ve více než dvou třetinách případů tvořen přítomností kyseliny sírové a následně hojně kyselinou dusičnou. Další složky, které mohou přispívat k kyselosti deště, jsou kyselina chlorovodíková a kyselina uhličitá.

Chemické reakce kyselého deště

Tvorba kyseliny sírové (H2SO4)

K výrobě kyseliny sírové může dojít v plynné fázi nebo v kapalné fázi.

Plynná fáze

Pouze 3 až 4% S02 je oxidováno v plynné fázi za vzniku kyseliny sírové. Existuje mnoho cest pro tvorbu kyseliny sírové z plynných prekurzorů, zde je uvedena reakce SO2 s troposférickým ozonem.

Reakce probíhá ve dvou fázích:

1.- Oxid siřičitý reaguje s troposférickým ozonem, vytváří oxid sírový a uvolňuje kyslík.

S02 + O3 = S03 + O2

2.- Potom oxid sírový oxiduje vodní párou a vytváří kyselinu sírovou.

S03 + H2O = H2SO4

Kapalná fáze

V kapkách vody, která bude tvořit déšť, může být kyselina sírová vyráběna několika způsoby:

1.- S02 se rozpouští ve vodě za vzniku kyseliny sírové, která se oxiduje peroxidem vodíku:

S02 + H20 = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2. - Fotokatalytický mechanismus: V tomto případě se částice oxidu kovu (železo, zinek, titan) aktivují působením slunečního světla (fotochemická aktivace) a oxidují SO2, čímž se vytváří kyselina sírová.

Tvorba kyseliny dusičné (HNO3)

Troposférický ozon O3 produkuje transformaci NO2 na HNO3 ve třífázovém procesu:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2

2.- NO3 + NO2 = N2O5

3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Účinky na životní prostředí

Vliv kyselého deště v lese na Jizerských horách v České republice. Zdroj: Lovecz

Okyselení půdy a její účinky na vegetaci

Účinek kyselého deště na půdu se liší v závislosti na jejím složení. Například půdy vápnitého, čedičového a vyvřelého původu mají větší schopnost neutralizovat kyselost.

Půdy bohaté na křemen jako inertní materiál nejsou schopny regulovat obsah kyseliny. V půdách, kde kyselý déšť zvyšuje kyselost, jsou kovové ionty, které jsou toxické pro rostliny a zvířata, uvolňovány a odváděny.

Relevantní případ je rozpuštění aluminosilikátů, které uvolňují ionty hliníku, které jsou velmi škodlivé pro vegetaci.

Obecně kyselost půdy snižuje dostupnost živin pro rostliny. Kromě toho podporuje uvolňování a promývání vápníku, což způsobuje nedostatky rostlin.

Účinek na zvodnělé vrstvy a lidské zdraví

Ve většině případů kyselý déšť nevypadá nebo nemá jinou chuť než normální déšť, ani nevytváří na kůži pocity. Jeho účinky na lidské zdraví jsou nepřímé a zřídka způsobují poškození kůže v důsledku extrémní kyselosti.

Jedním z problémů kyselého deště je to, že snížením hodnot pH pod 5 se těžké kovy uvolňují a odvádějí. Tyto znečišťující látky, jako je hliník a kadmium, se mohou dostat do podzemních vodonosných vrstev.

Pokud voda z těchto znečištěných kolektorů přejde do studní používaných pro lidskou spotřebu, může to způsobit vážné poškození zdraví.

Zhoršení budov, památek a materiálů

Chrlič poškozený kyselým deštěm. Zdroj: Nino Barbieri

Kameny vápenatého typu

Stavby, pomníky a sochy vytvořené z vápence nebo mramoru jsou silně ovlivněny kyselým deštěm. To je docela vážné, protože z těchto materiálů je postaveno mnoho historických budov a uměleckých děl.

V případě vápence způsobuje kyselý déšť rozpuštění vápence a způsobuje rekrystalizaci vápence. Tato rekrystalizace vytváří na povrchu bělavé tóny.

Ve specifickém případě deště s kyselinou sírovou dochází k fenoménu sulfatace. Tímto procesem se povrch horniny přemění na sádru a uvolní se CO2.

Mramor, i když odolnější, je také ovlivněn kyselým deštěm. V tomto případě dochází k odlupování kamene, a proto se oddělí jeho povrchové vrstvy.

Ostatní nekorozivní materiály

V některých budovách je strukturální poškození menší, ale má také negativní účinky. Například suché usazeniny kyselin způsobují znečištění stěn, čímž se zvyšují náklady na údržbu.

Kovy

Kyselý déšť způsobuje korozi kovů v důsledku jevu oxidace. To způsobuje obrovské hospodářské ztráty, protože konstrukce, vybavení, stroje a vozidla s kovovými částmi jsou vážně ovlivněny.

Flóra a fauna

Ryby zabité kyselým deštěm. Zdroj: United States Fish and Wildlife Service.

Kyselý déšť modifikuje přirozenou rovnováhu vodních a suchozemských ekosystémů.

Rostliny a zvířata v lentických vodních útvarech

Lentická tělesa vody jsou náchylnější k acidifikaci, protože jsou uzavřenými ekosystémy. Kromě toho má akumulace kyselin ve vodě negativní důsledky na život, který má.

Dalším důsledkem acidifikace je srážení dusičnanů deštěm, které způsobuje eutrofizaci ve vodních útvarech. Přebytek živin snižuje dostupný kyslík a nepříznivě ovlivňuje přežití vodních živočichů.

Dalším nepřímým negativním účinkem je strhávání iontů těžkých kovů z pozemního prostředí do vodních útvarů. Tyto ionty se uvolňují do půdy působením hydroniových iontů, když se zvyšuje kyselost.

Dostupnost vegetace a živin

Nejzávažnější problémy způsobené okyselením půdy jsou imobilita základních živin a nárůst toxických kovů.

Například hliník a hořčík jsou uvolňovány z částic půdy nahrazením vodíku. Hliník ovlivňuje strukturu a funkci kořenů a snižuje vstřebávání vápníku nezbytného pro rostliny.

Na druhé straně okyselení půdy způsobuje poškození mykorhizy (houby spojené s kořeny), které jsou nezbytné v dynamice lesa.

Přímé poškození rostlin a zvířat

Kyselina sírová způsobuje přímé poškození listů degradací chlorofylu a vyvoláním chlorózy (zežloutnutí listu). U některých druhů se růst a produkce životaschopných semen snižují.

Obojživelníci (žáby a ropuchy) jsou zvláště citliví na účinky kyselosti ve vodě. Některé škody jsou přímá zranění a snížená obrana proti patogenům (zejména plísním kůže).

Řešení

Snižte emise

Pointa pro kyselý déšť je snížit emise kyselých prekurzorů chemikálií do životního prostředí. Nejdůležitější z nich jsou oxidy síry a dusíku.

To však má určité potíže, protože to znamená ovlivnění hospodářských a rozvojových zájmů společností a zemí. Například jedním z hlavních zdrojů oxidu siřičitého je spalování uhlí, které v Číně představuje více než 70% energie.

Existují některé technologické alternativy, které mohou pomoci snížit emise. Například v průmyslu tzv. "Fluidní lože" obsahují absorbenty (vápenec nebo dolomit), které zadržují SO2. V případě motorových vozidel a spalovacích motorů obecně katalyzátory vyhovují také ke snížení emisí SO2.

Na druhé straně některé země provádějí specifické programy na snížení kyselého deště. Například Spojené státy vytvořily Národní program posuzování srážek kyseliny (NAPAP). Mezi některá z opatření uvažovaných v NAPAP je provádění používání paliv s nízkým obsahem síry.

Dalším možným opatřením je výměna vozového parku elektrickými automobily za účelem snížení kyselého deště i globálního oteplování. Ačkoli k tomu existuje technologie, tlak v automobilovém a ropném průmyslu v tomto ohledu zpozdil rozhodnutí. Dalšími faktory, které ovlivňují, jsou kulturní prvky související s rychlostí, u které se očekává, že vozidlo dosáhne.

Použijte opatření pro korekci kyselosti

V některých případech lze pH půdy a vody zvýšit přidáním alkálií, například začleněním velkého množství vápna. Tento postup však není proveditelný ve velmi rozsáhlých oblastech země.

Povrchová ochrana

Kámen

Existuje řada způsobů, jak chránit nebo alespoň snížit poškození kamene působením kyselého deště. Jednou z těchto metod je mytí parou nebo horkou vodou.

Mohou být také použita chemická činidla, jako je kyselina fluorovodíková nebo bifluorid amonný. Po omytí může být kámen utěsněn použitím speciálních produktů, které ucpávají póry, jako je hydroxid barnatý.

Kov

Kovové povrchy náchylné ke korozi mohou být chráněny jejich potažením nekorozivním kovem, jako je zinek.

K tomuto účelu může být použita elektrodepozice nebo kovová struktura, která má být chráněna, může být ponořena do ochranného kovu v kapalném stavu.

Reference

1. Espada L. a A. Sánchez (1995). Vliv kyselého deště na korozi kovů. str. 145-171. In: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrochemie a životní prostředí na prahu XXI. Století. University of La Coruña. Publikační služba. La Coruña, Španělsko.
2. García-Ruiz G (2018). Ochrana stavebních konstrukcí v korozivním prostředí. Ukončení doktorského studia v inženýrství v průmyslových technologiích. Polytechnická univerzita v Cartageně. Střední průmyslová škola průmyslového inženýrství. Cartagena, Španělsko. 75 s.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos a MA Hernández-García (2010). Kyslé dešťové a lesní ekosystémy.. Revista Chapingo Forestry and Environmental Sciences Series 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll a DC Buso (1996). Dlouhodobé účinky kyselého deště: reakce a obnova lesního ekosystému. Science, 272; 244–246.

   Likens GE a FH Bormann (1974). Kyselý déšť: závažný regionální environmentální problém. Science, 184: 1176-1179.

5. Schindler DW (1988). Účinky kyselého deště na sladkovodní ekosystémy. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Znečištění ovzduší a kyselý déšť. Diagnóza jevu ve městě Manizales. Fakulta strojní a architektury. Národní univerzita v Kolumbii. Ředitelství Manizales. Editorial Blanecolor Ltda První vydání. Manizales, Kolumbie. 150 s.