Sur nedbør

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket
Gå til: navigering, søk
Effekten sur nedbør har hatt på skogen i Jizerafjella i Tsjekkia

Sur nedbør er regn eller andre former for nedbør som vanlegvis er sur. Det har ein skadeleg effekt på planter, sjødyr og infrastruktur. Sur nedbør kjem hovudsakleg av menneskelege utslepp av svovel- og nitrogen-sambindingar som reagerer i atmosfæren og dannar syrer. I nyare år har mange styresmakter innført lover for å redusere desse utsleppa.

Definisjon[endre | endre wikiteksten]

Sur nedbør er eit populært uttrykk som refererer til nedfall av våte (regn, snø, sludd, tåke og skyvatn, dogg) og tørre (surgjerande partiklar og gassar) sure element. Eit meir nøyaktig uttrykk er «surt nedfall». Destillert vatn, som ikkje inneheld karbondioksid, har ein nøytral pH på 7. Væsker med pH mindre enn 7 er sure, medan dei med pH større enn 7 er basiske. «Reint», eller ikkje-forureina regn har ein noko sur pH på om lag 5,2 sidan karbondioksid og vatn reagerer i lag og dannar kolsyre.[1]

H2O (l) + CO2 (g) → H2CO3 (aq)

Kolsyre kan så ionisere vatn og danne låge konsentrasjonar av hydronoiumion:

2H2O (l) + H2CO3 (aq) ⇌ CO32- (aq) + 2H3O+(aq)

Den ekstra syra i regnet kjem frå reaksjon med av dei viktigaste luftforureinande stoffa, som svoveloksidar og nitrogenoksidar, med vatn i lufta til å danne sterke syrer (som svovel- og salpetersyre). Hovudkjelda til desse stoffa er industrielle kraftverk og køyretøy.

Historie[endre | endre wikiteksten]

Etter den industrielle revolusjonen har utsleppa av svoveldioksid og nitrogenoksid i atmosfæren auka.[2] [3] I 1852 var Robert Angus Smith den første som viste samanhengen mellom sur nedbør og luftforureining i Manchester i England.[4] Sjølv om sur nedbør vart oppdaga i 1852 var det først seint i 1960-åra at forskarane byrja å studere fenomenet meir omfattande. Uttrykket «sur nedbør» stammar frå 1972.[5] Kanadiske Harold Harvey var av dei første til å undersøke ein «død» innsjø. Ålmenta byrja først mot slutten av 1970-åra å få augo opp for problemet etter at det vart gjeve ut fleire rapportar og media byrja å fatte interesse.

Det har vorte registrert pH i regn og tåke på godt under 2,4 (surheita til eddik) i industrielle område.[2] Industriell sur nedbør er eit stort problem i Europa, Kina,[6][7] Russland og område som ligg i medvinds frå desse. Desse områda brenn alle svovelhaldig kol for å produsere varme og elektrisitet.[8] Problemet med sur nedbør har ikkje berre auka med veksten av innbyggjartalet og industrien, men er òg spreidd over større område. Bruken av høge skorsteinar for å redusere lokal forureining har medført at gassane er slept ut i den atmosfæriske sirkulasjonen og den sure nedbøren har slik vorte spreidd over større område.[9][10] Nedfallet skjer ofte ganske langt unna utsleppsområda og mange fjellområde får ofte det største nedfallet, fordi dei får større nedbørmengder. Eit døme på denne effekten er den låge pHen som er målt i regn (samanlikna med det låge lokale utsleppet) over Skandinavia.[11]

Utslepp av kjemikal som fører til forsuring[endre | endre wikiteksten]

Den viktigaste gassen som fører til forsuring er svoveldioksid. Utslepp av nitrogenoksid som har oksidert og danna salpetersyre vert derimot meir viktig på grunn av strengare kontroll av utslepp av svovelhaldige stoff. 70 Tg(S) per år i form av SO2 kjem frå brenning av fossilt brensel og industri, 2,8 Tg(S) frå skogbrannar og 7-8 Tg(S) per år frå vulkanar.[12]

Naturleg fenomen[endre | endre wikiteksten]

Det viktigaste naturlege fenomenet som medverkar til forsuring av atmosfæren er utslepp frå vulkanar og biologiske prosessar på land, som i vårmarksområde og i havet. Den største biologiske kjelda til svovelhaldeigs stoff er The principal natural phenomena that contribute acid-producing gases to the atmosphere are emissions from volcanoes and those from biological processes that occur on the land, in wetlands, and in the oceans. The major biological source of sulfur containing compounds is dimethylsulfid.

Surt nedfall er oppdaga i fleire tusen år gamle isbrear på fjerne stader på jorda.[13]

Menneskelet aktivitet[endre | endre wikiteksten]

Den viktigaste årsaka til sur nedbør er svovel- og nitrogenhaldige stoff frå menneskeskapte kjelder, som kraftproduserande fabrikkar og motorkøyretøy. Kolkraftverk er av dei mest forureinande og gassane frå desse kan førast mange hundre kilometer bort før dei vert omforma til syrer og fell ned til bakken igjen. Tidlegare hadde fabrikkar korte skorsteinar, men dette førte til lokale forureiningsproblem, og fabrikkane bygde derfor høgare skorsteinar. Dette førte derimot til at dei forureinande partiklane og gassane kunne førast lenger av stad og skapte omfattande økologisk skade.

Kjemiske prosessar[endre | endre wikiteksten]

Gassfase[endre | endre wikiteksten]

I gassfasen vert svolvedioksid oksidert via ein reaksjon med hydroksyl i ein intermolekylær reaksjon:

SO2 + OH· → HOSO2·

etterfølgd av:

HOSO2· + O2 → HO2· + SO3

Når vatn er til stades vert svoveltrioksid (SO3) raskt omforma til svovelsyre:

SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(l)

Salpetersyre vert danna i ein rekasjon mellom OH og nitrogendioksid:

NO2 + OH· → HNO3

Kjemi i skydropar[endre | endre wikiteksten]

Når det finst skyer er forsvinn SO2 raskare enn det som berre kan forklarast av gassfase-kjemi. Dette kjem av reaksjonar i sjølve dropane.

Hydrolyse

Svoveldioksid løyser seg opp i vatn og som karbondioksid hydrolyserer det i ein serie av likevektsreaksjonar:

SO2 (g)+ H2O ⇌ SO2·H2O
SO2·H2O ⇌ H++HSO3-
HSO3- ⇌ H++SO32-
Oksidering

Det er mange akvatiske reaksjonar som oksiderer svovel frå S(IV) til S(VI) og som fører til at svovelsyre vert danna. Den viktigaste oksydasjonsreaksjonane er med ozon, vasstoffperoksyd og oksygen (reaksjonen med oksygen vert katalysert av jern og mangan i skydropane).

Syrenedfall[endre | endre wikiteksten]

Prosessar som er med på å skape syrenedfall (merk at ikkje berre SO2 og NOx spelar ei rolle i danninga av sur nedbør.

Vått nedfall[endre | endre wikiteksten]

Vått nedfall av syrer skjer når alle typar nedbør (regn, snø osv) fjernar syrer frå atmosfæren og fører det ned til jordoverflata. Dette kan skje ved avsetting av syrer produsert i regndropar eller ved at nedbør anten fjernar syrer i skyer eller under skyer. Våt fjerning av både gassar og aerosolar er viktige for vått nedfall.

Tørt nedfall[endre | endre wikiteksten]

Surt nedfall kan òg gå føre ved tørt nedfall om det ikkje finst nedbør. Dette kan utgjere så mykje som 20 til 60 % av det totale sure nedfallet.[14] Dette skjer når partiklar og gassar festar seg til bakken, planter eller andre overflater.

Skadar[endre | endre wikiteksten]

Dette diagrammet viser at ikkje alle fisk, skaldyr eller insekta som dei et, toler same syremengd. Til dømes kan froskar takle surare vatn enn aure.

Sur nedbør har vist seg å ha skadelege effektar på skogar, ferskvatn og jordsmonn, tar livet av insekt og sjødyr, fører til skadar på byggverk og påverkar helsa til menneske.

Overflatevatn og sjødyr[endre | endre wikiteksten]

Både den lågare pH-verdien og høgare konsentrasjonar av aluminium i overflatevatnet som følgjer av sur nedbør, kan skade fisk og andre dyr i vatnet. Ved pH mindre enn 5 vert ikkje dei fleste fiskeegga klekte og lågare pH-verdiar kan ta livet av vaksen fisk. Når innsjøar og elvar vert surare, minkar det biologiske mangfaldet i dei. Sur nedbør har tatt livet av insekt og enkelte fiskeartar, som bekkaure i enkelte område.[15] Kor mykje den sure nedbøren påverkar innsjøar og elvar anten direkte eller indirekte via avrenning i nedslagsfeltet varierer.

Jordsmonn[endre | endre wikiteksten]

Biologiske og kjemiske prosessar i jordsmonnet kan verte hardt råka av sur nedbør. Enkelte mikrobar taklar ikkje overgangen til lågare pH-verdiar og døyr.[16] Ensyma til desse mikrobane vert denautert (forma vert endra slik at dei ikkje lenger fungerer) av syra. Hydroniumiona i sur nedbør mobiliserer òg toksin, som aluminium og vaskar ut viktige næringsstoff og mineral.[17]

2H+ (aq)+ Mg2+ (leire)⇌ 2H+ (leire)+ Mg2+(aq)

Dei kjemiske prosessane i jordsmonnet kan endrast dramatisk når grunnkation som kalsium og magnesium vert vaska ut av den sure nedbøren og på den måten råke sensitive artar.[18][19]

Skogar og anna vegetasjon[endre | endre wikiteksten]

Skadar på vegetasjon kan skje indirekte gjennom at jordsmonnet vert påverka (sjå over) eller ved høge konsentrasjonar av gassar som skapar sur nedbør. Skogar i fjellområde er særleg utsett sidan dei ofte er omgjeve at skyer eller tåke som er surare enn regn.

Andre planter kan òg verte skadde av sur nedbør, men effekten på levnetsmiddelavlingar er minimert på grunn av kalking og gjødsling som erstattar dei tapte næringsstoffa. I oppdyrka område kan ein kalke jordsmonnet for å halde pH-nivået stabilt, men denne løysinga er ganske så ustabil i villmarka. Når kalsiumet er vaska bort frå nålene til raudgran toler dei ikkje lenger kulde like godt som før og dei kan få kuldeskadar om vinteren og til og med døy.[20][21].

Helse[endre | endre wikiteksten]

Forskarar har indikert at sur nedbør kan ha ein direkte effekt på helsa til menneske.[22]. Fine partiklar, som ofte vert danna av dei same gassane som sur nedbør (svoveldioksid og nitrogendioksid) har vist seg å føre til sjukdom og tidleg død som følgje av kreft og andre sjukdommar.[23]

Andre effektar[endre | endre wikiteksten]

Sur nedbør øydelegg statuar.

Sur nedbør kan òg skade visse byggmaterialar og historiske monument. Dette skjer når svovelsyra i regnet reagerer kjemisk med kalsiumsamansettingar i stein (kalkstein, sandstein, marmor og granitt) og dannar gips som så skallar av.

CaCO3 (s) + H2SO4 (aq) ⇌ CaSO4 (aq) + CO2 (g) + H2O (l)

Dette ser ein ofte på gamle gravsteinar der sur nedbør har ført til at inskripsjonane ikkje er leselege lenger. Sur nedbør fører og til at jern lettare rustar.[24] Sikta i atmosfæren vert dårlegare når det er sulfat- og nitrat-aerosolar i lufta.[25]

Råka område[endre | endre wikiteksten]

Område på jorda som er sørleg råka av sur nedbør er Europa (og særleg Skandinavia der mange innsjøar med surt vatn er tomme for liv og mange tre er døde), fleire område i USA (statar som New York er særleg hardt råka), sørvest i Canada, søraustkysten av Kina og Taiwan.

Potensielle framtidige problemområde[endre | endre wikiteksten]

Stader som det meste av Sør-Asia (Indonesia, Malaysia og Thailand), vestleg delar av Sør-Afrika, Sør-India og Sri Lanka og Vest-Afrika (Ghana, Togo og Nigeria) har alle ein tendens om få auka problem med sur nedbør i framtida.

Førebyggande tiltak[endre | endre wikiteksten]

Fleire kolkraftverk har fått installert avsvovlingsanlegg (FGD) for å fjerne svovelhaldige gassar før dei slepp ut i atmosfæren. Effektane av sur nedbør kan likevel vare i generasjonar, sidan endringar i pH-nivået kan føre til at uønskte kjemikal kan verte vaska ut i urørte vasskjelder og ta livet av sårbare insekt og fiskeartar.

Motoriserte køyretøy har i dag installasjonar som reduserer utsleppa av nitrogenoksid i atmosfæren.

Det finst fleire internasjonale avtalar som omhandlar forureinande stoff i atmosfæren som vert ført langt av stad, som avtalar for reduksjon av utslepp av svovel.

Kjelder[endre | endre wikiteksten]

  1. Likens, G. E., W. C. Keene, J. M. Miller and J. N. Galloway. 1987. Chemistry of precipitation from a remote, terrestrial site in Australia. J. Geophys. Res. 92(D11):13,299-13,314.
  2. 2,0 2,1 New Science Directorate Bio Mass Burning Redirect
  3. Weathers, K. C. and G. E. Likens. 2006. Acid rain. s. 1549-1561. In: W. N. Rom (ed.). Environmental and Occupational Medicine. Lippincott-Raven Publ., Philadelphia. Fourth Edition.
  4. Seinfeld, John H.; Pandis, Spyros N (1998). Atmospheric Chemistry and Physics - From Air Pollution to Climate Change. John Wiley and Sons, Inc. ISBN 0-471-17816-0
  5. Likens, G. E., F. H. Bormann and N. M. Johnson. 1972. Acid rain. Environment 14(2):33-40.
  6. Galloway, J. N., Zhao Dianwu, Xiong Jiling and G. E. Likens. 1987. Acid rain: a comparison of China, United States and a remote area. Science 236:1559-1562.
  7. CHINA: Industrialization pollutes its country side with Acid Rain
  8. [1]
  9. Likens, G. E., R. F. Wright, J. N. Galloway and T. J. Butler. 1979. Acid rain. Sci. Amer. 241(4):43-51.
  10. Likens, G. E. 1984. Acid rain: the smokestack is the “smoking gun.” Garden 8(4):12-18.
  11. http://www.emep.int/publ/common_publications.html
  12. Berresheim, H.; Wine, P.H. and Davies D.D., (1995). Sulfur in the Atmosphere. In Composition, Chemistry and Climate of the Atmophere, ed. H.B. Singh. Van Nostran Rheingold ISBN
  13. Likens, G. E., R. F. Wright, J. N. Galloway and T. J. Butler. 1979. Acid rain. Sci. Amer. 241(4):43-51.
  14. UK National Air Quality Archive: Air Pollution Glossary
  15. US EPA: Effects of Acid Rain - Surface Waters and own Aquatic Animals
  16. Rodhe, H., et al. The global distribution of acidifying wet deposition. Environmental Science and TEchnology. vlo. 36, no. 20 (Oktober) s. 4382-8
  17. US EPA: Effects of Acid Rain - Forests
  18. Likens, G. E., C. T. Driscoll, D. C. Buso, M. J. Mitchell, G. M. Lovett, S. W. Bailey, T. G. Siccama, W. A. Reiners and C. Alewell. 2002. The biogeochemistry of sulfur at Hubbard Brook. Biogeochemistry 60(3):235-316.
  19. Likens, G. E., C. T. Driscoll and D. C. Buso. 1996. Long-term effects of acid rain: response and recovery of a forest ecosystem. Science 272:244-246.
  20. DeHayes, D.H., Schaberg, P.G., and G.R. Strimbeck. 2001. Red Spruce Hardiness and Freezing Injury Susceptibility. In: F. Bigras, ed. Conifer Cold Hardiness. Kluwer Academic Publishers, the Netherlands.
  21. Lazarus, B. E., P. G. Schaberg, G. Hawley and D. H. DeHayes. 2006. Landscape-scale spatial patterns of winter injury to red spruce foliage in a year of heavy region-wide injury. Can. J. For. Res. 36:142-152.
  22. Introduction - Acid Rain - New England - US EPA
  23. US EPA: Effects of acid rain - human health.
  24. US EPA: Effects of Acid Rain - Materials
  25. US EPA: Effects of Acid Rain - Visibility