KWAŚNE DESZCZE – co powinieneś o nich wiedzieć

 

 

Narastające problemy klimatyczne są powodem, że właściwie zapomniano już o tym co około pół wieku temu uważane było za główny problem w ochronie środowiska - w tym czasie były to kwaśne opady atmosferyczne, częściej nazywane kwaśnymi deszczami, powodujące spustoszenie w środowisku wodnym i glebowym. Szczególnie widoczne zniszczenia objawiały się w lasach, zwłaszcza na obszarach górskich, pokrytych drzewami iglastymi. Większość gleb górskich to gleby lekkie, piaszczyste, o małej zdolności zobojętniania kwaśnych składników opadów i dlatego tam właśnie spustoszenia były najbardziej widoczne.

 

KWAŚNE DESZCZE – co to za zjawisko?

Narastające problemy klimatyczne są powodem, że właściwie zapomniano już o tym co około pół wieku temu uważane było za główny problem w ochronie środowiska - w tym czasie były to kwaśne opady atmosferyczne, częściej nazywane kwaśnymi deszczami, powodujące spustoszenie w środowisku wodnym i glebowym. Szczególnie widoczne zniszczenia objawiały się w lasach, zwłaszcza na obszarach górskich, pokrytych drzewami iglastymi. Większość gleb górskich to gleby lekkie, piaszczyste, o małej zdolności zobojętniania kwaśnych składników opadów i dlatego tam właśnie spustoszenia były najbardziej widoczne.

 

Kwaśne opady powodowały również zniszczenia infrastruktury technicznej, przyśpieszając procesy korozji elementów metalowych oraz niszcząc infrastrukturę typu budynki czy drogi. Opady te prowadziły do niszczenia konstrukcji wapiennych, w tym, zabytków kultury wykonanych z wapienia czy marmuru. Deformacje polegały na tworzeniu się skorupy gipsowej na powierzchni tych obiektów. Wypłukiwanie tej skorupy przez deszcz prowadziło do deformacji powierzchni.

 

Kwaśne deszcze, będące elementem szerszego zjawiska jakim są kwaśne opady atmosferyczne, to zjawisko opadu kwasogennych zanieczyszczeń zawartych w powietrzu atmosferycznym, które mogą być deponowane na powierzchnię wraz z deszczem, śniegiem, mgłą, szronem lub rosą. Związkami chemicznymi będącymi źródłem procesu szkodliwego zakwaszania opadów atmosferycznych są zwłaszcza: ditlenek siarki i ditlenek azotu. Te dwa zanieczyszczenia, w wyniku przemian fizykochemicznych, tworzą silne kwasy: siarkowy i azotowy. Gazami kwaśnymi obecnymi w powietrzu jest również chlorowodór i fluorowodór, choć gazy te występują w atmosferze w niskich stężeniach. Tlenkiem kwasowym, również obecnym w powietrzu, jest ditlenek węgla będący jednocześnie gazem odgrywającym dominującą rolę w obserwowanych obecnie procesach zmian klimatu. Spośród wszystkich wymienionych powyżej postaci kwaśnych opadów atmosferycznych kwaśny deszcz jest wymieniany najczęściej, bo właśnie jemu poświęcono najwięcej badań i, poza obszarami górskimi, jest zdarzeniem występującym znacznie częściej niż reszta z pozostałych wymienionych postaci kwaśnego opadu atmosferycznego.

JAKIE SĄ SKUTKI KWAŚNYCH DESZCZY

Badania przyczyn negatywnych następstw w ekosystemach leśnych wykazały, że kwaśne opady atmosferyczne są powodem pośrednim zjawiska obumierania lasów. Wykazano, że kwaśny opad prowadzi do wzrostu kwasowości gleb, co powoduje wymywanie z gleby jonów metali niezbędnych do wzrostu drzew (magnezu, wapnia, cynku), a jednocześnie uruchamiane są niektóre metale, zwłaszcza aluminium i mangan, tworzące związki toksyczne dla organizmów niezbędnych do prawidłowego wzrostu masy drzewa. Prawdę mówiąc, nie ma jednak jednoznacznej zgody wśród badaczy w wyjaśnianiu przyczyn obserwowanych zjawisk obumierania górskich lasów. W częstych dyskusjach na ten temat, jako ważną przyczynę obok procesów zakwaszania, wskazuje się również zachodzące obecnie procesy zmian klimatu.

Rezultatem negatywnego oddziaływania kwaśnych opadów na ekosystemy wodne było szybko postępujące zakwaszanie jezior i wód morskich, powodując znaczne zmniejszenie lub wręcz wyginięcie populacji ryb. Te niekorzystne zjawiska obserwowano zwłaszcza w jeziorach krajów skandynawskich oraz na obszarach Kanady i Stanów Zjednoczonych. Problemy niskiej odporności wód powierzchniowych na degradujące efekty kwaśnych opadów w krajach Półwyspu Skandynawskiego wynikają z faktu niskiej mineralizacji wód. Mała intensywność wietrzenia podłoża geologicznego i cienka warstwa gleb była i jest w tamtych rejonach przyczyną ubogiego ładunku w wodach powierzchniowych substancji mogących redukować kwasowość tego środowiska, będącą rezultatem kwaśnego opadu atmosferycznego.

JAK POWSTAJE KWAŚNA MGŁA

Deszcze to rezultat wykraplania się pary wodnej w górnych warstwach troposfery. Docierający do powierzchni Ziemi opad atmosferyczny nazywany jest deszczem wtedy, kiedy pojedyncze krople wody mają średnice większe niż pół milimetra. Bardzo efektywnym nośnikiem kwasowości są mgły, czyli zawiesina w powietrzu tak drobnych kropelek wody, że na odcinku jednego milimetra może się zmieścić nawet 20 takich pojedynczych kropelek. Oznacza to bardzo duże rozwinięcie powierzchni kropli wody, przez którą łatwo może przenikać cząsteczka kwaśnego gazu. Właśnie to łatwe przenikanie do kropli mgły kwaśnych gazów jest powodem, że kwasowość mgieł może znacznie przewyższać kwasowość deszczu. Ponieważ mgły to częste zjawisko występujące w górach, to między innymi z tego powodu właśnie lasy w górach narażone są na destrukcyjne oddziaływanie kwaśnych mgieł.

KWASOWOŚĆ A ZMIANY KLIMATU

Wracając jeszcze do ditlenku węgla jako jednego ze związków mających wpływ na zakwaszanie opadów. Z lekcji chemii pamiętamy, że CO2 jest tlenkiem kwasowym, gdyż z wodą tworzy kwas węglowy. Obecność ditlenku węgla w atmosferze jest dwojaka. Po pierwsze, źródłem jego emisji są różnego rodzaju procesy naturalne zachodzące w przyrodzie – mówimy więc, że CO2 jest wtedy naturalnym składnikiem powietrza. W tej sytuacji, ditlenek węgla będący produktem naturalnych procesów w przyrodzie stwarza tak zwaną naturalną kwasowość deszczy, na poziomie kwasowości pH równej 5,6. Pomimo, że chemicznie opad o takim poziomie pH bez wątpienia jest opadem kwaśnym, to przyroda ewolucyjnie w pełni zaadaptowała się do takiego poziomu kwasowości – mówimy więc w tym przypadku o kwasowości naturalnej. Jednak innym jeszcze źródłem emisji CO2 do powietrza, i przyczyną stałego wzrostu jego ilości w atmosferze, są niestety procesy antropogenne, zwłaszcza procesy spalania paliw kopalnych, czyli węgla, produktów przetwórstwa ropy naftowej czy gazu ziemnego. Tego rodzaju emisje CO2, będące rezultatem działalności człowieka są niepożądane, prowadząc do niekorzystnych zmian w środowisku, w tym, do wspomnianych problemów związanych z procesami zmian klimatu.

KWASOWOŚĆ GLEB TORFOWYCH

Mówiąc o zachodzących w środowisku szkodliwych procesach wynikających z zakwaszania różnych komponentów środowiska należy jednak wyjaśnić, że istnieją naturalne siedliska dla których sprawą typową jest ich znaczna kwasowość – takimi obszarami są torfowiska. 

Kwasowość gleb torfowych nie wynika z depozycji związków kwasotwórczych z atmosfery. Zakwaszanie tych siedlisk wywołują procesy humifikacji materii organicznej zawartej w glebie. Procesy te polegają na częściowym rozkładzie szczątków roślinnych i wtórnej syntezie produktów rozkładu, co prowadzi do powstania kwaśnych związków próchnicznych. Torfowiska są jednak na tyle ważnym elementem środowiska naturalnego, że ich omówienie warto przedstawić osobno, przy innej okazji, tutaj ograniczając się jedynie do stwierdzenia, że obiekty te zasługują na ścisłą ochronę.

WPŁYW ELEKTROWNI NA KWASOWOŚĆ OTOCZENIA

Kolejne zdjęcie przedstawia fragment dużej elektrowni węglowej, z dominującymi jej emitorami – kominem, odprowadzającym produkty spalania węgla i chłodniami kominowymi z których uchodzi ogrzana para wodna.

Co nasuwa się przeciętnemu chemikowi patrzącemu na to zdjęcie? Widać, że już w najbliższej odległości od punktu emisji smugi spalin z komina elektrowni węglowej może dojść do jej zmieszania ze smugami pary wyrzucanej do atmosfery z mokrej chłodni kominowej. Dlatego już w najbliższym sąsiedztwie elektrowni mamy do czynienia z zaistnieniem niezwykle korzystnych warunków sprzyjających wzajemnej reakcji gazowych związków kwasogennych (zwłaszcza tlenków siarki i azotu oraz chlorowodoru) obecnych w spalinach, z silnie zdyspergowaną wodą tworzącą smugę pary wodnej emitowanej z chłodni kominowych. Oznacza to powstanie bardzo korzystnych warunków do przebiegu reakcji tlenków kwasowych z wodą. Udało się pobrać próbki takiej smugi pary zmieszanej ze smugą spalin i stwierdzono, że kwasowość tej mieszaniny, w skrajnym przypadku, może nawet osiągać wartość pH równą 1,4 co jest równoznaczne z kwasowością stężonego kwasu siarkowego.

Zwykle jednak zagrożenia środowiska wywołane emisjami spalin z wysokich kominów elektrowni kojarzone są zwłaszcza z obszarami odległymi od tego rodzaju punktowych źródeł emisji. Sporo jest danych wskazujących na degradacyjne efekty w środowisku krajów skandynawskich (chodzi zwłaszcza o zakwaszanie skandynawskich jezior) wywołane emisjami zanieczyszczeń pochodzących z polskich czy niemieckich, a nawet brytyjskich elektrowni węglowych. Proces przemian zanieczyszczeń zachodzących w wyemitowanej smudze spalin, prowadzący do powstania kwaśnych związków może być na tyle długi, że kwaśny opad obserwowany będzie w znacznych odległościach od kominów elektrowni.

PODSUMOWANIE

Na szczęście największe nasilenie problemów powodowanych oddziaływaniem kwaśnych deszczy (zakwaszanie jezior, umieranie lasów) mamy już za sobą. Przyczyniły się do tego działania jakie podjęto na początku lat 70. ubiegłego wieku, doprowadzając w roku 1979 do przyjęcia w Genewie stosownej Konwencji (Konwencja w Sprawie Transgranicznego Zanieczyszczenia Powietrza na Dalekie Odległości), która była pierwszą dotyczącą spraw z zakresu ochrony środowiska naturalnego. Podjęte w większości krajów działania w zakresie oczyszczania gazów odlotowych w elektrowniach węglowych (odsiarczanie i odazotowanie spalin) oraz wykorzystanie w procesach produkcji energii paliw o niskiej zawartości związków siarki lub biopaliw całkowicie pozbawionych tego rodzaju zanieczyszczeń, znacząco ograniczyło problem kwaśnych deszczy. Tym pozytywnym efektom sprzyja również proces wdrażanie technologii opartych na wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii i energii jądrowej. 

 

tekst i zdjęcia: Stanisław Hławiczka