باران اسیدی، باران یا هر شکل دیگری از بارش است که عموماً اسیدی است، به این معنی که سطح بالایی از یون‌های هیدروژن دارد. در ادامه با میلی‌لب همراه باشید.
برای اولین بار در قرن هفدهم اثر خورنده‌ی هوای اسیدی یا آلوده بر روی سنگ آهک و مرمر توسط جان اِولین (John Evelyn) مورد توجه قرار گرفت. رابرت انگوس اسمیت (Robert Angus Smith) نخستین کسی بود که در سال 1852 در منچستر رابطه بین باران اسیدی و آلودگی در جو را به نمایش گذاشت. ریشه‌شناسی باران اسیدی توسط همین شخص در سال 1872 آغاز شد. برخی از فرآیندهای طبیعت ایجاد باران اسیدی می‌کنند. اما در دهه‌های اخیر و با افزایش فعالیت‌های صنعتی، میزان وقوع باران‌های اسیدی به شدت افزایش پیدا کرده است.
پدیده‌های طبیعی
دلیل اصلی ایجاد باران اسیدی دی‌اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن هستند. فرآیند طبیعی غالبی که گازهای اسیدی را به اتمسفر تزریق می‌کند، فعالیت‌های آتشفشانی است. به عنوان مثال، فومارول‌های دهانه Laguna Caliente آتشفشان Poas، مقدار بسیار زیادی باران اسیدی با اسیدیته بالا در حدود pH 2 ایجاد می‌کنند. گازهای مولد اسیدها توسط برخی فرآیندهای بیولوژیکی در خشکی، تالاب‌ها و اقیانوس‌ها هم تشکیل می‌شوند. دی‌متیل سولفید (Dimethyl sulfide) منبع بیولوژیکی اصلی ترکیبات شیمایی گوگردی است.
منبع مهم نیتروژن ثابت نیتریک اسید (Nitric acid) است که هم در آب باران وجود دارد و هم در اتمسفر به دلیل فعالیت‌های الکتریکی مانند رعد و برق تشکیل می‌شود.
فعالیت‌های انسانی
فعالیت‌های انسانی مانند تولید برق، کارخانه‌ها و وسایل نقلیه از منابع دیگر تولید مواد شیمیایی بارش اسیدی هستند. تولید برق با زغال‌سنگ بیشترین سهم را در تولید گاز اسیدی مسئول باران اسیدی دارد. دود پراکنده‌شده از کارخانه‌ها هم به افزایش میزان اسید در باران کمک می‌کند.
فرآیندهای شیمیایی در باران اسیدی
دی‌اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن از طریق احتراق سوخت تولید و سپس به سولفوریک اسید و نیتریک اسید تبدیل می‌شوند. در فاز گازی، دی‌اکسید گوگرد از طریق یک واکنش بین‌مولکولی با رادیکال هیدروکسیل اکسید می‌شود.
SO2 + OH· → HOSO2
که پس از آن:
HOSO2· + O2 → HO2· + SO3
سپس دی‌اکسید گوگرد با حضور آب به سرعت به سولفوریک اسید تولید می‌کند.
SO3 (g) + H2O (l) → H2SO4 (aq)
عامل دیگر یعنی دی‌اکسید نیتروژن هم با OH واکنش داده و نیتریک اسید را تشکیل می‌دهد:
NO2 + OH· → HNO3
شیمی قطرات باران
در حضور ابرها سرعت کاهش SO2 سریعتر است و دلیل آن واکنش در قطرات آب است. دی‌اکسید گوگرد در آب حل شده و سپس مجموعه‌ای از واکنش‌های تعادلی هیدرولیز اتفاق می‌افتد:
اکسیداسیون
تعداد زیادی واکنش آبی وجود دارد که گوگرد را اکسید می‌کند و منجر به تولید سولفوریک اسید می‌شود. مهمترین واکنش‌های اکسیداسیون با اُزون، پروکسید هیدروژن و اکسیژن هستند.
رسوب اسید
ته‌نشینی مرطوب
رسوب مرطوب زمانی اتفاق می افتد که هر شکلی از بارندگی مانند باران، برف و غیره اسید موجود را از جو خارج کرده و به سطح زمین منتقل کند. حذف مرطوب گازها و آئروسل‌های موجود در جو برای رسوب مرطوب مهم است.
ته‌نشینی خشک
در غیاب بارش، اسید به صورت خشک هم ته‌نشین می‌شود. رسوب خشک مسئول حدود 20 تا 60 درصد از کل اسید ته‌نشین‌شده است. این پدیده زمانی رخ می‌دهد که گازها و سایر ذرات به سطح زمین یا گیاهان گیر کنند.
این شکل سطح pH را نشان می‌دهد که در آن موجودات کلیدی ممکن است با اسیدی‌تر شدن محیط‌شان از بین بروند. همه ماهی‌ها، صدف‌ها یا حشراتی که از آنها تغذیه می‌کنند نمی‌توانند مقدار یکسانی اسید را تحمل کنند.
اثرات باران اسیدی بر ماهی‌ها و حیات وحش
اثرات اکولوژیکی باران اسیدی بیشتر از همه در محیط‌های آبی مانند نهرها، دریاچه‌ها و مرداب‌ها که می تواند برای ماهی‌ها و سایر حیات وحش مضر باشد، دیده می‌شود. آب باران اسیدی همانطور که در خاک جریان می‌یابد فلز آلومینیوم را از ذرات رسی خاک شسته و سپس به نهرها و دریاچه‌ها سرازیر می‌شود. هرچه اسید بیشتری به اکوسیستم وارد شود، آلومینیوم بیشتری هم در منابع آبی آزاد می‌شود.
برخی از انواع گیاهان و جانوران توانایی تحمل آبهای اسیدی و مقادیر متوسط آلومینیوم را دارند. با این حال، برخی دیگر به اسید کاملا حساس هستند و با کاهش pH از بین می‌روند. به طور کلی، موجودات جوانتر نسبت به بالغ‌ها به شرایط محیطی حساس‌تر هستند. در pH 5، بیشتر تخم‌های ماهی‌ها نمی‌توانند از تخم خارج شوند. در سطوح پایین pH، برخی از ماهی های بالغ هم می‌میرند. برخی از دریاچه‌های اسیدی ماهی ندارند. حتی اگر گونه‌ای از ماهی‌ها یا جانوران بتوانند آب نسبتاً اسیدی را تحمل کنند، حیوانات یا گیاهانی که می‌خورند ممکن است نتوانند. به عنوان مثال، قورباغه‌ها دارای pH بحرانی در حدود 4 هستند، اما مگس‌هایی که می‌خورند حساس‌تر هستند و در pH کمتر از 5.5 زنده نمی‌مانند.
اثرات باران اسیدی بر گیاهان و درختان
درختان مرده یا در حال مرگ یک منظره رایج در مناطقی هستند که تحت تأثیر باران اسیدی قرار دارند. اسید موجود در باران آلومینیوم را از خاک می‌شورد. این آلومینیوم ممکن است برای گیاهان و همچنین حیوانات مضر باشد. باران اسیدی همچنین مواد معدنی و مواد مغذی را که درختان برای رشد به آنها نیاز دارند را از خاک حذف می‌کند.
در ارتفاعات بالا، مه و ابر اسیدی مواد مغذی را از شاخ و برگ درختان گرفته و برگ‌ها و سوزن‌هایی قهوه‌ای یا مرده در درختان ایجاد می‌کنند. در نتیجه، درختان کمتر قادر به جذب نور خورشید هستند، که باعث ضعیف شدن آنها و مقاومت در برابر دمای انجماد می‌شود.
مقالات مرتبط
- فسفر لازم برای حیات اولیه‌ی زمین ممکن است به وسیله‌ی رعد و برق ایجاد شده باشد
- منبع جدید برای فلزات زمینی نادر
- روشی انقلابی برای بازیافت ساده‌تر و سودآورتر پلاستیک
ظرفیت بافری
بسیاری از جنگل‌ها، نهرها و دریاچه‌هایی که باران اسیدی را تجربه می‌کنند، تحت تاثیر آن قرار نمی‌گیرند. در واقع، خاک موجود در آن منقطه‌ها می‌تواند با خنثی کردن اسیدیته آب باران را خنثی کند. این ظرفیت به ضخامت، ترکیب شیمیایی خاک و نوع سنگ بستر زیر آن بستگی دارد. در محیط‌هایی مانند مناطق کوهستانی شمال شرقی ایالات متحده، خاک نازک است و توانایی خنثی کردن اسید موجود در آب باران را ندارد. در نتیجه، این مناطق کاملا آسیب‌پذیر هستند و اسید و آلومینیوم می‌توانند در خاک، نهرها یا دریاچه‌ها جمع شوند.
اسیدی‌شدن اپیزودیک
ذوب برف و بارندگی‌های شدید باران می‌تواند منجر به چیزی شود که اسیدی‌شدن اپیزودیک خوانده می‌شود. دریاچه‌هایی که به طور طبیعی سطح اسیدی بالایی ندارند، زمانی که ذوب برف یا بارش باران مقادیر بیشتری رسوب اسیدی را به همراه دارد و خاک نمی‌تواند آن را مهار کند ممکن است به طور موقت اثرات باران اسیدی را تجربه کنند. این اسیدیته بالاتر کوتاه‌مدت منجر به استرس کوتاه‌مدت بر اکوسیستم خواهد شد. در این حالت، ارگانیسم‌ها یا گونه‌های مختلفی آسیب دیده و یا کشته می‌شوند.
آلودگی نیتروژن
فقط اسیدیته باران نیست که می‌تواند مشکلاتی ایجاد کند. باران اسیدی همچنین دارای مقداری نیتروژن است که می‌تواند بر برخی از اکوسیستم‌ها را تحت تاثیر قرار دهد. به عنوان مثال، آلودگی نیتروژن تا حدی مسئول کاهش جمعیت ماهی‌ها و صدف‌ها در در آبهای ساحلی برخی مناطق است. علاوه بر فعالیت‌های کشاورزی و آب فاضلاب، بیشتر نیتروژن تولید‌شده توسط فعالیت‌های انسانی که به آبهای ساحلی می‌رسد از آسمان می‌آید.
اثرات باران اسیدی بر مواد
همه رسوبات اسیدی مرطوب نیستند. گاهی اوقات ذرات گرد و غبار می‌توانند اسیدی شوند و به این حالت رسوب خشک گفته می‌شود. هنگامی که باران اسیدی و ذرات اسیدی خشک به زمین می‌رسند، نیتریک اسید و سولفوریک اسید روی مجسمه‌ها، ساختمان‌ها و دیگر سازه‌ها فرود می‌آیند و به سطوح آنها آسیب می‌زنند. ذرات اسیدی در فلزات خوردگی ایجاد می‌کنند و رنگ و سنگ را سریعتر از بین می‌برند. آنها همچنین سطوح ساختمان‌ها و بناهای تاریخی را کثیف می‌کنند.
در وبلاگ mililab می‌توانید مطالب و مقالات جذاب و به‌روز در زمینه‌ی علم شیمی، مواد شیمیایی و تجهیزات آزمایشگاهی پیدا کنید.
مرجع:
