ASIT YAĞMURU: NASIL OLUŞUR, BILEŞIMI, REAKSIYONLARI VE ETKILERI - ÇEVRE - 2024

Asit yağmuru 5.6 altında bir pH elde maddelerin, ıslak ya da kuru çöktürülmesidir. Bu çökelti ıslak (yağmur suyunda seyreltilmiş) veya kuru (partikül veya aerosol birikintileri) olabilir.

"Asit yağmuru" terimi ilk olarak İngiliz araştırmacı Robert Angus Smith tarafından 1850'de Sanayi Devrimi'nin ortasında önerildi. Atmosferde oluşan en bol asitler, doğal veya yapay kirleticilerin oksidasyonu ile nitrik ve sülfiriktir.

Asit yağmur haritası. Kaynak: Alfredsito94

En ilgili kirleticiler oksitlerdir: doğal kaynakları volkanik patlamalar, orman yangınları ve bakteri bozunması olan NO2, NO3, SO2. Yapay kaynaklar, fosil yakıtların (endüstriyel faaliyet ve otomobil trafiği) yakılmasından kaynaklanan gaz emisyonlarıdır.

Asit yağmurları, toprak ve suların asitlenmesi gibi çevre üzerinde olumsuz etkilere neden olmakta, insanlar da dahil olmak üzere canlıları etkilemektedir. Ayrıca, toprak ve su ağır metallerle kirlenir ve su kütlelerinde ötrofikasyon meydana gelir.

Vejetasyon seviyesinde yapraklara doğrudan zarar verir ve bitki büyümesi etkilenir. Ayrıca toprağın asitlenmesi besin maddelerini hareketsizleştirir ve mikorizaları (toprak mantarları) etkiler. Benzer şekilde, elementlere maruz kalan binalar, makineler, anıtlar ve sanat eserleri, çökelmiş asitlerin etkisiyle ciddi şekilde oksitlenir veya aşınır.

Asit yağmurunun etkisini gidermek için, anıtların korunması ve toprakların ve suların asitlenmesinin düzeltilmesi gibi bazı temel önlemler alınabilir. Bununla birlikte, asit yağmuru için temel çözüm, asit oluşumunun habercisi olan kimyasal bileşiklerin atmosfere emisyonunu azaltmaktır.

Asit yağmuru nasıl oluşur?

PDVSA'nın Curaçao'daki rafinerisinden kaynaklanan SO2 emisyonlarından kaynaklanan asit sisi. Kaynak: HdeK

Kimyasal öncüler

Asit yağmuru fenomeni, asit oluşumunun habercisi olan kimyasal bileşiklerin atmosfere salınmasıyla başlar. Bu bileşikler, doğal veya yapay kaynaklardan yayılabilir.

Doğal kaynaklar arasında volkanik patlamalar, bitki örtüsü yangınları ve okyanus emisyonları bulunur. Yapay kaynaklar endüstriyel emisyonlar, yanmalı motorlu araçlardan kaynaklanan emisyonlar veya atıkların yanması gibi işlev görür.

Bu kaynaklar, atmosferde asit oluşturabilen çeşitli bileşikler yayar. Ancak en önemlileri nitrojen oksitler ve sülfür oksitlerdir.

Nitrojen oksitler NOx olarak bilinir ve nitrojen dioksit (NO2) ve nitröz oksit (NO) içerir. Kükürt oksit, SO2 veya kükürt dioksittir.

Troposferik süreç ve üretilen asitler

Asit yağmuru olgusu troposferde (dünya yüzeyinden 16 km yüksekliğe kadar giden atmosferik bölge) meydana gelir.

Troposferde, hava akımları bu bileşikleri gezegenin herhangi bir yerinde taşıyabilir ve bu da onu küresel bir sorun haline getirir. Bu işlemde, nitrojen ve sülfür oksitler, sırasıyla nitrik asit ve sülfürik asit oluşturmak için diğer bileşiklerle etkileşime girer.

Reaksiyon desteği

Kimyasal reaksiyonlar, süspansiyon halinde katı partiküller üzerinde veya süspansiyon içerisinde su damlaları halinde gerçekleştirilebilir.

Nitrik asit, suda çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle esas olarak gaz fazında oluşur. Sülfürik asit ise asit yağmurlarının ana bileşeni olan suda daha fazla çözünür.

Nitrik asit

Nitrik asit (HNO3) oluşumu için nitrojen oksitler, suyla, OH gibi radikallerle (daha az ölçüde HO2 ve CH3O2 ile) veya troposferik ozonla (O3) reaksiyona girer.

Sülfürik asit

Sülfürik asit (H2SO4) üretimi durumunda OH, HO2, CH3O2, su ve ozon radikalleri de katılır. Ayrıca hidrojen peroksit (H2O2) ve çeşitli metal oksitlerle reaksiyona girerek de oluşturulabilir.

Karbonik asit

H2CO3, karbondioksitin atmosferik su ile fotokimyasal reaksiyonu sonucu oluşur.

Hidroklorik asit

HCl, asit yağmurunun yalnızca% 2'sini temsil eder ve onun öncüsü metil klorürdür (ClCH3). Bu bileşik okyanuslardan gelir ve OH radikalleri tarafından oksitlenerek hidroklorik asit oluşturur.

Yağış

Asidik bileşikler (nitrik asit veya sülfürik asit ve daha az ölçüde hidroklorik asit) oluştuktan sonra, çökelirler.

Çökelme, asidifikasyon reaksiyonunun gaz fazında gerçekleştiği süspanse edilmiş partiküllerin birikmesi yoluyla olabilir. Başka bir yol da yoğunlaştırılmış suyun asitlerin oluştuğu yağmurda çökelmesidir.

Kompozisyon

Yağmurun doğal asitliği 5,6 pH değerine yakındır, ancak bazı kirlenmemiş alanlarda 5 değerindedir. Bu düşük pH değerleri, doğal kaynaklı asitlerin varlığıyla ilişkilendirilmiştir.

PH seviyesine bağlı olarak yağmurun şu şekilde sınıflandırılabileceği düşünülmektedir:

a) Hafif asidik (pH 4,7 ile 5,6 arasında)
b) Orta asit (4,3 ile 4,7 arasında pH)
c) Kuvvetli asidik (pH 4,3'e eşit veya daha az).

Yağmurun nitratlar için> 1.3 mg / L ve sülfatlar için> 3 mg / L bir konsantrasyonu varsa, kirlenmenin yüksek olduğu kabul edilir.

Asit yağmuru, vakaların üçte ikisinden fazlasında sülfürik asit varlığından ve ardından bol miktarda nitrik asitten oluşur. Yağmurun asitliğine katkıda bulunabilecek diğer bileşenler hidroklorik asit ve karbonik asittir.

Asit yağmurunun kimyasal reaksiyonları

Sülfürik asit oluşumu (H2SO4)

Sülfürik asit üretimi, gaz fazında veya sıvı fazda gerçekleşebilir.

Gaz fazı

Gaz fazında sülfürik asit üretmek için SO2'nin yalnızca% 3 ila 4'ü oksitlenir. Gaz halindeki öncülerden sülfürik asit oluşumunun birçok yolu vardır, burada SO2'nin troposferik ozon ile reaksiyonu gösterilmektedir.

Reaksiyon iki aşamada gerçekleşir:

1.- Sülfür dioksit troposferik ozonla reaksiyona girerek sülfür trioksit oluşturur ve oksijen açığa çıkarır.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Daha sonra kükürt trioksit su buharı ile oksitlenir ve sülfürik asit üretir.

SO3 + H2O = H2SO4

Sıvı faz

Yağmuru oluşturacak su damlalarında sülfürik asit birkaç şekilde üretilebilir:

1.- SO2, sülfürik asit üreten suda çözünür ve bu, hidrojen peroksit ile oksitlenir:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Fotokatalitik Mekanizma: Bu durumda metal oksit partikülleri (demir, çinko, titanyum) güneş ışığının etkisi (fotokimyasal aktivasyon) sayesinde aktive olur ve SO2 üreten sülfürik asidi okside eder.

Nitrik asit (HNO3) oluşumu

Troposferik ozon O3, üç aşamalı bir işlemde NO2'nin HNO3'e dönüşümünü üretir:

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

Çevre üzerindeki etkiler

Çek Cumhuriyeti'ndeki Jizera Dağları'ndaki bir ormandaki asit yağmurunun etkisi. Kaynak: Lovecz

Toprak asitlenmesi ve bitki örtüsü üzerindeki etkileri

Asit yağmurunun toprak üzerindeki etkisi, bileşimine göre değişir. Örneğin, kalkerli, bazaltik ve magmatik kökenli toprakların asitliği nötralize etme kapasitesi daha yüksektir.

Eylemsiz bir malzeme olarak kuvars bakımından zengin topraklar, asit içeriğini düzenleyemez. Böylece asit yağmurlarının asitliği artırdığı topraklarda bitkiler ve hayvanlar için toksik olan metal iyonları salınır ve taşınır.

İlgili bir durum, bitki örtüsüne çok zararlı olan alüminyum iyonlarını açığa çıkaran alüminosilikatların çözünmesidir.

Genel olarak, toprağın asitliği bitkiler için besin maddelerinin mevcudiyetini azaltır. Ayrıca bitkilerde eksikliklere neden olan kalsiyumun salınmasını ve yıkanmasını teşvik eder.

Akiferler ve insan sağlığı üzerindeki etkisi

Çoğu durumda, asit yağmuru normal yağmurdan farklı görünmez veya tadı yoktur ve ciltte hisler yaratmaz. İnsan sağlığı üzerindeki etkileri dolaylıdır ve aşırı asidite nedeniyle nadiren cilt hasarına neden olur.

Asit yağmuru ile ilgili sorunlardan biri, pH değerlerinin 5'in altına düşürülmesiyle ağır metallerin açığa çıkması ve taşınmasıdır. Alüminyum ve kadmiyum gibi bu kirleticiler yer altı akiferlerine girebilir.

Bu kirli akiferlerden çıkan suyun insan tüketimi için kullanılan kuyulara geçmesi sağlığa ciddi zararlar verebilir.

Binaların, anıtların ve malzemelerin bozulması

Gargoyle asit yağmuru nedeniyle hasar gördü. Kaynak: Nino Barbieri

Kalkerli tip taşlar

Kireçtaşı veya mermerden yapılan yapılar, anıtlar ve heykeller asit yağmurlarından ciddi şekilde etkilenir. Bu oldukça ciddidir, çünkü birçok tarihi bina ve sanat eseri bu malzemelerle inşa edilmiştir.

Kireçtaşı söz konusu olduğunda, asit yağmuru kireçtaşının çözünmesine ve kalsitin yeniden kristalleşmesine neden olur. Bu yeniden kristalleşme yüzeyde beyazımsı tonlar oluşturur.

Sülfürik asitli özel yağmur durumunda, sülfatlaşma olgusu meydana gelir. Bu işlemle kaya yüzeyi alçıya dönüşür ve CO2 açığa çıkar.

Mermer daha dayanıklı olmasına rağmen asit yağmurlarından da etkilenir. Bu durumda taşın pul pul dökülmesi meydana gelir, bu yüzden yüzeysel katmanları kopar.

Diğer aşındırıcı olmayan malzemeler

Bazı binalarda yapısal bozulma küçük olmakla birlikte olumsuz etkileri de vardır. Örneğin, kuru asit birikintileri duvarları kirleterek bakım maliyetlerini artırır.

madenler

Asit yağmuru, oksidasyon fenomeni nedeniyle metallerde korozyona neden olur. Bu, metal parçalara sahip yapılar, ekipmanlar, makineler ve araçlar ciddi şekilde etkilendiği için büyük ekonomik kayıplara neden olur.

Flora ve fauna

Asit yağmuruyla öldürülen balık. Kaynak: Birleşik Devletler Balık ve Vahşi Yaşam Servisi.

Asit yağmuru, su ve karasal ekosistemlerin doğal dengesini değiştirir.

Merceksi su kütlelerindeki bitkiler ve hayvanlar

Mercek su kütleleri, kapalı ekosistemler oldukları için asitleşmeye daha duyarlıdır. Ayrıca sudaki asit birikiminin de barındırdığı yaşam üzerinde olumsuz etkileri vardır.

Asitleşmenin bir başka sonucu, nitratların yağmur yoluyla çökelmesi ve su kütlelerinde ötrofikasyona neden olmasıdır. Fazla besinler mevcut oksijeni azaltır ve suda yaşayan hayvanların hayatta kalmasını olumsuz etkiler.

Diğer bir dolaylı olumsuz etki, ağır metal iyonlarının karasal ortamdan su kütlelerine girmesidir. Bu iyonlar, asitlik arttığında hidronyum iyonlarının etkisiyle toprağa salınır.

Bitki örtüsü ve besin varlığı

Toprağın asitlenmesinin neden olduğu en ciddi sorunlar, temel besin maddelerinin hareketsizliği ve toksik metallerin artmasıdır.

Örneğin alüminyum ve magnezyum, hidrojen ile yer değiştirerek toprak parçacıklarından salınır. Alüminyum, köklerin yapısını ve işlevini etkiler ve bitkiler için gerekli olan kalsiyumun emilimini azaltır.

Öte yandan toprak asitlenmesi, ormanın dinamikleri için gerekli olan mikorizalara (kök ile ilişkili mantarlar) zarar verir.

Bitkilere ve hayvanlara doğrudan zarar

Sülfürik asit, klorofili parçalayarak ve kloroz (yaprağın sararması) üreterek yapraklara doğrudan zarar verir. Bazı türlerde canlı tohumların büyümesi ve üretimi azalır.

Amfibiler (kurbağalar ve kurbağalar) sudaki asitliğin etkilerine özellikle duyarlıdır. Bazı hasarlar, doğrudan yaralanmalar ve patojenlere (özellikle cilt mantarlarına) karşı azalan savunmadır.

Çözümler

Emisyonları azaltın

Asit yağmuru için önemli olan, çevreye asit ön kimyasalların emisyonlarını azaltmaktır. Bunlardan en önemlileri kükürt ve azot oksitlerdir.

Ancak, şirketlerin ve ülkelerin ekonomik ve kalkınma çıkarlarını etkilemesi anlamına geldiğinden, bunun bazı zorlukları vardır. Örneğin, kükürt dioksitin ana kaynaklarından biri, Çin'deki enerjinin% 70'inden fazlasını oluşturan kömürün yanmasıdır.

Emisyonları azaltmaya yardımcı olabilecek bazı teknolojik alternatifler var. Örneğin, endüstride "akışkan yatak" olarak adlandırılanlar, SO2'yi tutan emiciler (kireçtaşı veya dolomit) içerir. Genel olarak motorlu taşıtlar ve içten yanmalı motorlar söz konusu olduğunda, katalitik konvertörler aynı zamanda SO2 emisyonlarının azaltılmasına da yardımcı olur.

Öte yandan, bazı ülkeler asit yağmurunu azaltmak için özel programlar uygulamaktadır. Örneğin, Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Asit Yağış Değerlendirme Programını (NAPAP) geliştirdi. NAPAP tarafından tasarlanan bazı önlemler arasında düşük kükürtlü yakıtların kullanılması yer almaktadır.

Olası bir diğer önlem ise hem asit yağmurunu hem de küresel ısınmayı azaltmak için araç filosunun elektrikli arabalarla değiştirilmesidir. Bununla birlikte, bunu başarmak için teknoloji mevcut olsa da, otomotiv ve petrol endüstrilerinden gelen baskı bu konudaki kararları geciktirdi. Etkileyen diğer faktörler, bir aracın ulaşması beklenen hıza ilişkin kültürel unsurlardır.

Asitlik düzeltme önlemlerini uygulayın

Bazı durumlarda, toprakların ve suların pH'ı, örneğin büyük miktarlarda kireç ekleyerek, alkaliler eklenerek yükseltilebilir. Ancak bu uygulama çok geniş arazi alanlarında mümkün değildir.

Yüzey koruyucu

Taş

Asit yağmurunun etkisi altında taşın bozulmasını korumak veya en azından azaltmak için çeşitli yöntemler vardır. Bu yöntemlerden biri de buhar veya sıcak suyla yıkamaktır.

Hidroflorik asit veya amonyum biflorür gibi kimyasal maddeler de kullanılabilir. Yıkandıktan sonra taş, baryum hidroksit gibi gözenekleri tıkayan özel ürünler uygulanarak kapatılabilir.

Metal

Korozyona meyilli metal yüzeyler, çinko gibi aşındırıcı olmayan bir metal ile kaplanarak korunabilir.

Bunun için elektrodepozisyon uygulanabilir veya korunacak metal yapı sıvı halde koruyucu metalin içine daldırılabilir.

Referanslar

1. Espada L ve A. Sánchez (1995). Asit yağmurunun metallerin korozyonuna etkisi. s. 145-171. İçinde: Sastre de Vicente M. (Koordinatör) XXI yüzyılın eşiğinde elektrokimya ve çevre. La Coruña Üniversitesi. Yayın Servisi. La Coruña, İspanya.
2. García-Ruiz G (2018). Bina yapılarının korozif atmosferlerde korunması. Endüstriyel Teknolojilerde Mühendislikte Derece Sonu Projesi. Polytechnic University of Cartagena. Endüstri Mühendisliği Yüksek Teknik Okulu. Cartagena, İspanya. 75 s.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos ve MA Hernández-García (2010). Asit yağmuru ve orman ekosistemleri .. Revista Chapingo Ormancılık ve Çevre Bilimleri Serisi 16: 187-206.
4. GE, CT Driscoll ve DC Buso (1996) gibi. Asit Yağmurunun Uzun Vadeli Etkileri: Bir Orman Ekosisteminin Tepkisi ve Geri Kazanımı. Science, 272; 244-246.
   GE ve FH Bormann'ı (1974) sever. Asit Yağmuru: Ciddi Bir Bölgesel Çevre Sorunu. Science, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Asit Yağmurunun Tatlı Su Ekosistemlerine Etkileri. Science, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, Bir Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Hava kirliliği ve asit yağmuru. Manizales şehrinde fenomenin teşhisi. Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi. Kolombiya Ulusal Üniversitesi. Manizales karargahı. Editör Blanecolor Ltda. İlk baskı. Manizales, Kolombiya. 150 s.