- Com es forma la pluja àcida?
- Agents químics precursors
- Procés troposfèric i àcids produïts
- Suport de les reaccions
- àcid nítric
- àcid sulfúric
- àcid carbònic
- àcid clorhídric
- precipitació
- composició
- Reaccions químiques de la pluja àcida
- Formació d'àcid sulfúric (H2SO4)
- fase gasosa
- fase líquida
- Formació d'àcid nítric (HNO3)
- Efectes en el medi ambient
- Acidificació dels sòls i els seus efectes en la vegetació
- Efecte en els aqüífers i la salut humana
- Deteriorament de construccions, monuments i materials
- Pedres de tipus calcari
- Altres materials no corrosius
- metalls
- Flora i fauna
- Les plantes i animals en cossos d'aigua lénticos
- Vegetació i la disponibilitat de nutrients
- Danys directes en plantes i animals
- solucions
- Reduir les emissions
- Aplicar mesures de correcció d'acidesa
- Protecció de superfícies
- pedra
- metall
- referències
La pluja àcida és la precipitació humida o seca de substàncies que generen un pH inferior a 5,6. Aquesta precipitació pot ser humida (diluïts en l'aigua de pluja) o seca (deposicions de partícules o aerosols).
El terme «pluja àcida» va ser proposat per primera vegada per l'investigador anglès Robert Angus Smith en 1850, en plena Revolució Industrial. Els àcids més abundants que es formen a l'atmosfera són el nítric i el sulfúric per oxidació de contaminants naturals o artificials.
Mapa de la pluja àcida. Font: Alfredsito94
Els contaminants més rellevants són els òxids: NO2, NO3, SO2, les fonts naturals són erupcions volcàniques, incendis forestals i degradació bacteriana. Les fonts artificials són les emissions de gasos producte de la crema de combustibles fòssils (activitat industrial i trànsit automotor).
La pluja àcida causa impactes negatius en l'ambient com l'acidificació dels sòls i aigües, afectant els éssers vius, inclòs a l'ésser humà. Així mateix, els sòls i aigua es contaminen amb metalls pesants, i en els cossos d'aigua passa eutrofització.
A nivell de la vegetació, ocorren danys directes en les fulles i es afecta el creixement de les plantes. A més, l'acidificació de terra immobilitza els nutrients i afecta les micorizes (fongs de terra). De la mateixa manera, les edificacions, maquinàries, monuments i obres d'art exposades a la intempèrie són greument rovellades o erosionades per l'efecte dels àcids precipitats.
Per remeiar l'efecte de la pluja àcida, es poden prendre algunes mesures puntals com protegir els monuments i corregir l'acidificació de sòls i aigües. No obstant això, la solució de fons per a la pluja àcida és reduir l'emissió a l'atmosfera de compostos químics precursors de la formació d'àcids.
Com es forma la pluja àcida?
Boira àcida per emissions de SO2 de la refineria de PDVSA a Curaçao. Font: HdeK
Agents químics precursors
El fenomen de la pluja àcida s'inicia amb l'emissió a l'atmosfera de compostos químics precursors de la formació d'àcids. Aquests compostos poden ser emesos per fonts o naturals o artificials.
Entre les fonts naturals estan les erupcions volcàniques, els incendis de vegetació i emissions oceàniques. Com a fonts artificials actuen les emissions industrials, emissions de vehicles de motor de combustió o la crema de residus.
Aquestes fonts emeten diversos compostos que poden generar àcids en l'atmosfera. No obstant això, els més importants són els òxids de nitrogen i els òxids de sofre.
Els òxids de nitrogen són coneguts com NOx, i inclouen a el diòxid de nitrogen (NO2) i a l'òxid nitrós (NO). Per la seva banda l'òxid de sofre és el SO2 o diòxid de sofre.
Procés troposfèric i àcids produïts
El fenomen de la pluja àcida passa a la troposfera (zona atmosfèrica que va des de la superfície terrestre fins a una alçada de 16 km).
A la troposfera els corrents d'aire poden portar aquests compostos sobre qualsevol part de la planeta, fent-la un problema global. En aquest procés, els òxids de nitrogen i sofre interactuen amb altres compostos per formar àcid nítric i àcid sulfúric respectivament.
Suport de les reaccions
Les reaccions químiques es poden dur a terme bé sigui sobre partícules sòlides en suspensió o en gotes d'aigua en suspensió.
L'àcid nítric es forma principalment en la fase gasosa, per la seva baixa solubilitat en aigua. Per la seva banda, l'àcid sulfúric és més soluble en aigua, sent el principal constituent de la pluja àcida.
àcid nítric
Per a la formació d'àcid nítric (HNO3) els òxids de nitrogen reaccionen amb l'aigua, amb radicals com l'OH (en menor mesura amb HO2 i CH3O2), o amb ozó troposfèric (O3).
àcid sulfúric
En el cas de la producció d'àcid sulfúric (H2SO4) participen igualment els radicals OH, HO2, CH3O2, l'aigua i l'ozó. Addicionalment es pot formar reaccionant amb l'aigua oxigenada (H2O2) i diversos òxids metàl·lics.
àcid carbònic
El H2CO3 es forma gràcies a la reacció fotoquímica de l'diòxid de carboni amb l'aigua atmosfèrica.
àcid clorhídric
El HCl representa només un 2% de la pluja àcida, i el seu precursor és el clorur de metil (ClCH3). Aquest compost prové dels oceans i és oxidat per radicals OH per formar l'àcid clorhídric.
precipitació
Una vegada que s'han format els compostos àcids (àcid nítric o àcid sulfúric, i en menor mesura àcid clorhídric), aquests van a precipitar.
La precipitació pot ser per deposició de les partícules en suspensió en què ha tingut lloc la reacció d'acidificació en fase gasosa. Una altra manera, és que en la pluja precipiti l'aigua condensada on es van formar els àcids.
composició
L'acidesa natural de la pluja és propera a un pH de 5,6, tot i que en algunes àrees no contaminades s'han assenyalat valors de 5. Aquests baixos valors de l'pH s'han associat a la presència d'àcids d'origen natural.
Es considera que depenent de el nivell de pH, la pluja es pot classificar en:
a) Lleugerament àcida (pH entre 4,7 i 5,6)
b) Mitjanament àcida (pH entre 4,3 i 4,7)
c) Fortament àcida (pH menor o igual a 4,3).
Si la pluja té una concentració> 1,3 mg / L de nitrats i> 3 mg / L en el cas de sulfats, es considera que la contaminació és alta.
La pluja àcida està composta en més de dos terços dels casos per la presència d'àcid sulfúric, seguit en abundància per l'àcid nítric. Altres components que poden contribuir a l'acidesa de la pluja, són l'àcid clorhídric i l'àcid carbònic.
Reaccions químiques de la pluja àcida
Formació d'àcid sulfúric (H2SO4)
La producció d'àcid sulfúric pot ocórrer en fase gasosa o en fase líquida.
fase gasosa
Només el 3 a el 4% de l'SO2 s'oxida en fase gasosa per produir àcid sulfúric. Existeixen moltes rutes per a la formació de l'àcid sulfúric a partir de precursors gasosos, aquí es mostra la reacció de l'SO2 amb l'ozó troposfèric.
La reacció ocorre en dues etapes:
1.- El diòxid de sofre reacciona amb l'ozó troposfèric generant triòxid de sofre i alliberant oxigen.
SO2 + O3 = SO3 + O2
2.- Després el triòxid de sofre s'oxida amb el vapor d'aigua i produeix àcid sulfúric.
SO3 + H2O = H2SO4
fase líquida
En les gotes d'aigua que formaran la pluja pot produir àcid sulfúric per diverses vies:
1.- El SO2 es dissol en aigua generant àcid sulfurós, i aquest és oxidat per l'aigua oxigenada:
SO2 + H2O = H2SO2
H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O
2.- Mecanisme fotocatalític: En aquest cas partícules d'òxids metàl·lics (ferro, zinc, titani) s'activen gràcies a l'acció de la llum solar (activació fotoquímica) i oxiden l'SO2 generant àcid sulfúric.
Formació d'àcid nítric (HNO3)
L'ozó troposfèric O3 produeix la transformació de NO2 a HNO3 en un procés de tres etapes:
1.- NO2 + O3 = NO 3 + O2
2.- NO 3 + NO 2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3
Efectes en el medi ambient
Efecte de la pluja àcida en un bosc de les muntanyes Jizera a la República Txeca. Font: Lovecz
Acidificació dels sòls i els seus efectes en la vegetació
L'efecte de la pluja àcida a terra varia depenent de la composició de la mateixa. Per exemple, els sòls d'origen calcari, basàltic i igni, tenen més capacitat per neutralitzar l'acidesa.
Per la seva banda, els sòls rics en quars com a material inert, no són capaços de regular el contingut d'àcids. Així, en els sòls en què la pluja àcida incrementa l'acidesa, s'alliberen i arrosseguen ions metàl·lics que són tòxics per a plantes i animals.
Un cas rellevant és la dissolució de aluminosilicats, que alliberen ions d'alumini molt nocius per a la vegetació.
En general l'acidesa de terra disminueix la disponibilitat de nutrients per a les plantes. A més, promou l'alliberament i rentat de el calci, el que provoca deficiències en plantes.
Efecte en els aqüífers i la salut humana
En la majoria dels casos la pluja àcida no té aparença o sabor diferent a la pluja normal, ni genera sensacions a la pell. Els seus efectes en la salut de l'ésser humà són indirectes, i poques vegades causa danys a la pell per acidesa extrema.
Un dels problemes de la pluja àcida és que a l'disminuir els valors de pH per sota de 5, s'alliberen i arrosseguen metalls pesats. Aquests contaminants com l'alumini i el cadmi poden passar als aqüífers subterranis.
Si l'aigua d'aquests aqüífers contaminats passa a pous utilitzats per al consum humà, pot causar greus danys a la salut.
Deteriorament de construccions, monuments i materials
Gàrgola danyada per pluja àcida. Font: Nino Barbieri
Pedres de tipus calcari
Les construccions, monuments i escultures fetes amb pedra calcària o marbre es veuen molt afectades per la pluja àcida. Això és bastant greu, ja que molts edificis històrics i obres d'art estan construïts amb aquests materials.
En el cas de la pedra calcària, la pluja àcida causa la dissolució de la calcària i genera la recristal·lització de la calcita. Aquesta recristal·lització produeix tons blanquinosos a la superfície.
En el cas específic de la pluja amb àcid sulfúric, es produeix el fenomen de sulfatació. Mitjançant aquest procés, la superfície de la roca es transforma en guix i s'allibera CO2.
El marbre, encara que és més resistent, també es veu afectat per la pluja àcida. En aquest cas es produeix l'exfoliació de la pedra, de manera que es desprenen capes superficials de la mateixa.
Altres materials no corrosius
En algunes edificacions la deterioració estructural és menor, però igualment amb efectes negatius. Per exemple, els dipòsits d'àcids secs embruten les parets, de manera que augmenten els costos de manteniment.
metalls
La pluja àcida causa la corrosió dels metalls a causa de el fenomen de l'oxidació. Això causa enormes pèrdues econòmiques, ja que les estructures, equips, maquinàries i vehicles amb peces metàl·liques es veuen seriosament afectats.
Flora i fauna
Peixos morts per pluja àcida. Font: United States Fish and Wildlife Service.
La pluja àcida modifica l'equilibri natural dels ecosistemes aquàtics i terrestres.
Les plantes i animals en cossos d'aigua lénticos
Els cossos d'aigua lénticos són més susceptibles a l'acidificació, pel fet que són ecosistemes tancats. A més, l'acumulació d'àcids en l'aigua porta conseqüències negatives sobre la vida que alberga.
Una altra conseqüència de l'acidificació, és la precipitació de nitrats a través de la pluja, el que provoca eutrofització en els cossos d'aigua. L'excés de nutrients redueix l'oxigen disponible i afecta negativament la supervivència dels animals aquàtics.
Un altre efecte negatiu indirecte és l'arrossegament als cossos d'aigua de ions de metalls pesants provinents de l'medi terrestre. Aquests ions són alliberats a terra per acció dels ions hidroni quan s'incrementa l'acidesa.
Vegetació i la disponibilitat de nutrients
Els problemes més greus que provoca l'acidificació de terra, són la immobilitat de nutrients essencials i l'increment de metalls tòxics.
Per exemple, l'alumini i el magnesi s'alliberen de les partícules de terra a l'ésser substituïts per l'hidrogen. L'alumini afecta l'estructura i funció de les arrels i disminueix l'absorció de l'calci essencial per a les plantes.
D'altra banda, l'acidificació de terra causa danys a les micorrizes (fongs associats a arrels), que són essencials en la dinàmica de bosc.
Danys directes en plantes i animals
L'àcid sulfúric causa danys directes sobre els fulls a l'degradar la clorofil·la i produir clorosi (groc del full). En algunes espècies disminueix el creixement i la producció de llavors viables.
Els amfibis (granotes i gripaus) són particularment susceptibles a l'efecte de l'acidesa a l'aigua. Alguns danys són lesions directes i disminució de defensa contra patògens (especialment fongs de la pell).
solucions
Reduir les emissions
La solució de fons per a la pluja àcida és reduir les emissions a l'ambient de substàncies químiques precursores d'àcids. Les més importants d'aquestes són els òxids de sofre i de nitrogen.
Això, però, té algunes dificultats, ja que implica afectar els interessos econòmics i de desenvolupament d'empreses i països. Per exemple, una de les principals fonts de diòxid de sofre és la crema de el carbó que representa més de l'70% de l'energia a la Xina.
Hi ha algunes alternatives tecnològiques que poden ajudar a reduir les emissions. Per exemple, en la indústria dels anomenats «llits fluïditzats» incorporen absorbents (calcària o dolomita) que retenen l'SO2. En el cas dels vehicles de motor i en general els motors de combustió, els convertidors catalítics compleixen ajuden igualment a reduir les emissions de SO2.
D'altra banda, alguns països han implementat programes específics de reducció de la pluja àcida. Per exemple, els Estats Units va desenvolupar el Programa Nacional d'Avaluació de Precipitació Àcida (NAPAP per les sigles en anglès). Entre alguna de les mesures que contempla el NAPAP, es troba el implementar l'ús de combustibles baixos en sofre.
Una altra possible mesura, és la substitució de parc automotor per cotxes elèctrics per reduir tant la pluja àcida com l'escalfament global. No obstant això, encara que existeix la tecnologia per aconseguir això, la pressió de la indústria automotriu i la petroliera han retardat decisions a l'respecte. Altres factors que incideixen són elements culturals relacionats amb la velocitat que s'aspira abast un vehicle.
Aplicar mesures de correcció d'acidesa
En alguns casos es pot augmentar el pH de sòls i aigües agregant àlcalis, per exemple incorporant grans quantitats de calç. No obstant això, aquesta pràctica no és factible en extensions de terreny molt grans.
Protecció de superfícies
pedra
Hi ha diversos mètodes per protegir o al menys disminuir el deteriorament de la pedra sota l'efecte de la pluja àcida. Un d'aquests mètodes és rentar-la amb vapor o aigua calenta.
També es poden fer servir agents químics com l'àcid fluorhídric o el bifluorur d'amoni. Un cop rentada, la pedra es pot segellar aplicant productes especials que taponen els porus, com l'hidròxid de bari.
metall
Les superfícies metàl·liques susceptibles de corroir poden protegir recobrint-les amb un metall no corrosiu com el zinc.
Per això, es pot aplicar electrodeposició, o submergir l'estructura metàl·lica a protegir en el metall protector en estat líquid.
referències
- Espasa L i A. Sánchez (1995). Influència de la pluja àcida en la corrosió dels metalls. pp. 145-171. In: Sastre de Vicente M. (Coord.) Electroquímica i medi ambient en el llindar de segle XXI. Universitat de la Corunya. Servizo de Publicacións. La Corunya, Espanya.
- García-Ruiz G (2018). Protecció d'estructures de construcció en atmosferes corrosives. Treball de Fi de Grau en Enginyeria en Tecnologies Industrials. Universitat Politècnica de Cartagena. Escola Tècnica superior d'Enginyeria Industrial. Cartagena, Espanya. 75 pàg.
- Granados-Sánchez D, GF López-Rius i MA Hernández-García (2010). La pluja àcida i els ecosistemes forestals.. Revista Chapingo Sèrie Ciències Forestals i de l'Ambient 16: 187-206.
- Likens GE, CT Driscoll and DC Buso (1996). Long-Term Effects of Acid Rain: Response and Recovery of a Forest Ecosystem. Science, 272; 244-246.
Likens GE and FH Bormann (1974). Acid Rain: A Serious Regional Environmental Problem. Science, 184: 1176-1179.
- Schindler DW (1988). Effects of Acid Rain on Freshwater Ecosystems. Science, 239: 149-157.
- Vélez-Upegui JJ, MC València-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duc, JP Mariscal-Moreno (2010). Contaminació de l'aire i pluja àcida. Diagnòstic de l'fenomen a la ciutat de Manizales. facultat d'Enginyeria i Arquitectura. Universitat Nacional de Colòmbia. Seu Manizales. Editorial Blanecolor Ltda. Primera edició. Manizales, Colòmbia. 150 pàg.