Efectele ploilor acide asupra ecosistemelor
1
Cuprins
Argument ..........................................................................................................pag.3 Capitolul 1- Poluarea aerului 1.1. Compoziţia normală a aerului .............................................................pag.5 1.2. Efectele poluării aerului........................................................................pag.5 1.2.1. Efectul de seră..........................................................................pag.5 1.2.2. Găuri în stratul de ozon............................................................pag.6 1.2.3. Ploi acide..................................................................................pag.6 Capitolul 2- Formarea ploii acide 2.1. Aciditatea...............................................................................................pag.7 2.2. Mecanismul formării ploilor acide.........................................................pag.7 2.3.Poluanţii care contribuie la formarea ploilor acide.................................pag.8 2.3.1. Dioxidul de sulf........................................................................pag.8 2.3.2.Oxizii de azot...........................................................................pag.9 2.4.Depunerile acide......................................................................................pag.10 Capitolul 3- Cauzele ploii acide 3.1. Emisiile de dioxid de sulf ........................................................................pag.11 3.2. Emisiile de oxizi de azot...........................................................................pag.11 3.3. Transformarea NOx şi SO2 în acizi.........................................................pag.11 3.3.1. SO2 ............................................................................................pag.11 3.3.2. NOx............................................................................................pag.12 Capitolul 4- Efecte ale ploii acide 4.1. Efecte ale ploii acide asupra atmosferei .....................................................pag.13 4.2. Efectele ploii acide asupra oamenilor..........................................................pag.13 4.3. Efecte ale ploii acide asupra copacilor şi solurilor......................................pag.14 4.4. Efecte ale ploii acide asupra structurilor construite de om.........................pag.15 4.5. Efecte asupra materialelor ...........................................................................pag.16 4.6. Efecte asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice .......................................pag.16 Capitolul 5 - Emisii de gaze cu efect de seră acidifiant în anul 2008 la nivelul judeţului Argeş 5.1. Dioxid de sulf (SO2) ..................................................................................pag.17 5.2. Oxizi de azot (NOx) ...................................................................................pag.17 Capitolul 6- Măsuri de protecţie împotriva ploilor acide 6.1. Măsuri de ameliorare a mediului................................................................pag.18 6.2. Legile care combat ploaia acidă accelerează topirea Oceanului Arctic.....pag.18 6.3. Eforturile de a controla ploaia acidă...........................................................pag.19 Bibliografie ...........................................................................................................pag.20
2
Argument
Ploaia acidă este o formă de poluare atât a aerului cât şi a apei în care acizii din aer, produşi de uzine de producere a energiei electrice şi alte surse, cad pe Pământ în diferite regiuni. Acţiunea corosivă a ploii acide provoacă pagube incomensurabile mediului inconjurător. Problema începe cu producerea dioxidului de sulf şi a oxizilor de azot produşi prin arderea combustibilului fosil (cărbune, gaz natural şi petrol). Dioxidul de sulf şi oxizii de azot reacţionează cu apa, şi alte substanţe chimice din aer, pentru a forma acidul sulfuric, acidul azotat şi alţi poluanţi. Aceşti acizi poluanţi ajung până în atmosferă, unde călătoresc sute de kilometri, şi, în cele din urmă, se întorc pe pământ sub formă de ploaie, zăpadă sau ceaţă. Cand se ard combustibili fosili, cum sunt carbunele, benzina sau petrolul, se emit oxizi de sulf, carbon si azot in atmosfera. Acesti oxizi se combina cu vaporii din aer si formeaza acid sulfuric, acid carbonic si acid azotic. Cand ploua sau ninge, acesti acizi ajung pe pamant sub forma a ceea ce numim ploaie acida. Efectele ploii acide pot fi devastatoare pentru multe forme de viaţă, inclusiv pentru oameni. Aceste efecte sunt însă mai vizibile în lacuri, râuri şi pârâuri şi la nivelul vegetaţiei. Aciditatea apei omoară practic orice formă de viaţă. La începutul anilor '90, zeci de mii de lacuri erau deja distruse de ploaia acidă. În secolul XX, aciditatea aerului şi ploaia acidă au ajuns să fie recunoscute ca o ameninţare capitală la adresa calităţiii mediului. Cea mai mare parte a acestei acidităţi este produsă în ţările industrializate din emisfera nordică: SUA, Canada, Japonia şi majoritatea ţărilor din Europa de Est şi de Vest. Ameninţarea reprezentată de ploaia acidă nu e limitata de granitele geografice, căci vânturile transportă subsţantele poluante pe tot globul. De exemplu, cercetările confirmau faptul că poluarea provenită de la centarlele electrice care funcţionează cu cărbuni în centrul şi vestul SUA erau cauza principală a marilor probleme legate de ploaia acidă în estul Canadei şi nordestul SUA. Structuri de piatră , metal sau ciment au fost şi ele afectate sau chiar distruse. Urmări ale ploii acide pot fi observate mai ales în estul Americii de Nord, în Europa, în Japonia, China şi Sud-Estul Asiei. Ploaia acidă îndepărtează substanţele nutritive din pământ, încetineşte dezvoltarea copacilor şi transformă lacurile într-un mediu care nu poate întreţine viaţa. În oraşe, acizii poluanţii corodează aproape tot ce intră în contact cu ei, accelerând acest proces asupra structurilor cum ar fi blocuri şi statui. Acizii în combinaţie cu alte substanţe chimice formează praful de fum urban care atacă plămânii, cauzând boli şi decedări premature. Dereglarea echilibrului natural al atmosferei nu poate decât să dăuneze Pământului. Din cauza încălzirii globale va creşte nivelul mărilor, regiunile situate mai jos fiind înghiţite de apă. Este de aşteptat ca apa să acopere oraşe ca Londra New York. Poluarea resurselor de apa poate atrage după sine izbucnire unor epidemii, apariţia unor boli grave şi moartea. Sunt modificate şi raporturile repartizării precipitaţiilor: regiuni imense pot fi secate complet, ducând la foamete şi pierderea multor vieţi omeneşti.
3
Zi de zi ajung în aer cantităţi enorme de gaze de eşapament. Cândva fenomenul s-a limitat doar la zonele puternic industrializate şi oraşe. Metodele de agricultură intensivă care s-au extins în întreaga lume au contribuit la creşterea cantităţii gazelor poluante , precum şi la reducerea unor substanţe poluante cum ar fi ierbicidele , insecticidele, etc. Unele componente ale gazelor de eşapament, în cazul în care sunt inhalate, provoacă tulburări pulmonare: bronşite, astm pulmonar. Gazele freonice deteriorează stratul de ozon, deschizând calea spre Pământ a componentelor dăunătoare din radiaţiile solare În zilele noastre atenţia este orientată din ce în ce mai mult spre problemele de mediu; multe dintre guverne iau în considerare subiectele ‘verzi’. În întreaga lume păstrarea resurselor energetice este o problemă acută. Dacă consumăm mai puţin curent şi călătorim mai puţin cu maşina, putem reduce cantitatea materialelor organice utilizate pentru producerea curentului electric şi a combustibilului. În numeroase ţări vântul şi energia solară sunt utilizate ca sursă de energie alternativă. Va trece însă mult timp, până când ce acestea vor înlocui în totalitate materiile prime organice. Arborii la fel ca şi celelalte plante, transformă dioxidul de carbon în oxigen, jucând un rol important în menţinerea proporţiei ‘gazelor de seră’. Distrugerea milioanelor de km2 de păduri ecuatoriale are drept consecinţă reducerea cantităţii de oxigen care ajunge în atmosferă, în schimb se acumulează dioxid de carbon, care reţine căldura. În întreaga lume sunt pornite campanii care încearcă să convingă guvernele să renunţe distrugerea pădurilor ecuatoriale. Populaţia contribuie la aceste campanii, prin faptul că nu mai cumpără produse din lemn tropical, reducând oarecum cererea pentru acestea. Un singur lucru este cert: în zilele noastre nu mai putem spera să respiram aer curat. Este nevoie de un control riguros şi de masuri radicale pentru ca viitorul atmosferei să fie sigur. În lucrarea de faţă “Efectele ploilor acide asupra ecosistemelor “, am evidenţiat pe lângă mecanismul şi cauzele formării ploilor acide şi o serie de efecte ale acestora asupra oamenilor, asupra materialelor şi a obiectelor construite de om, efectele asupra copacilor şi solurilor, precum şi efectele asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice. Unele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf şi dioxid de azot dau naştere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritaţii ale ochilor, nasului şi gâtului. Un efect indirect al ploii acide este că metalele toxice dizolvate în apă sunt absorbite de fructe, legume şi în ţesuturile animalelor. Deşi aceste metale toxice nu afectează direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor, atunci când sunt consumate. Pentru a preveni efectele nedorite ale ploilor acide este important să luăm o serie de măsuri pentru a reduce emisiile cu efect acidifiant din mediul înconjurător. Fiecare dintre noi este afectat într-o măsură mai mare sau mai mică de mediul în care ne consumăm existenţa . În acelaşi timp, noi toţi afectăm prin acţiunile noastre mediul.Protejarea mediului este fundamentală în zilele noastre. Trebuie să ne gândim atât la noi, cât şi la nevoile generaţiilor viitoare.
4
Capitolul 1 Poluarea aerului
1.1. Compoziţia normală a aerului Învelişul gazos reprezentat de atmosfera terestră constitue unul dintre factorii esenţiali ai existenţei vieţii pe pământ. Dintre componenţii aerului, oxigenul este indispensabil respiraţiei vegetale şi animale, fenomenul de oxidare reprezintă principala sursă de energie în procesele vitale. Bioxidul de carbon din aer intervine în asimilaţia clorofiliană, iar azotul atmosferic reprezintă una din verigile circuitului azotului în natură.
Compoziţia normală a aerului cuprinde (în vol. % atmosferă uscată): azot 78,09%, oxigen 20,95%, argon 0,92%, bioxid de carbon 0,03%. Acest amestec de gaze reprezintă peste 99,99% din compoziţia aerului. Restul de circa 0,01% este alcătuit din alte gaze ca neon, heliu, metan, kripton, xenon, ozon, hidrogen
1.2. Efectele poluării aerului 1.2.1. Efectul de seră Gazele deja existente în atmosferă trebuie să reţină căldura produsă de razele Soarelui reflectate pe suprafaţa Pământului. Fără aceasta Pământul ar fi atât de rece încât ar ingheţa oceanele iar oamenii ,animalele şi plantele ar muri. Însă atunci când din cauza poluării creşte proporţia gazelor numite gaze de seră ,atunci este reţinuta prea multă căldură şi întregul pământ devine mai cald. Din acest motiv în secolul nostru temperatura medie globală a crescut cu o jumătate de grad.
5
Oamenii de ştiinţă sunt de părere că această creştere de temperatură va continua ,şi după toate aşteptările ,până la mijlocul secolului următor va ajunge la valoarea de 1,5-4,5 grade C. După unele estimări ,în zilele noastre peste un miliard de oameni inspiră aer foarte poluat ,în special cu monoxid de carbon şi dioxid de sulf ,rezultate din procesele industriale. Din această cauză ,numărul celor care suferă de afecţiuni toracice-pulmonare ,în special în rândul copiilor şi al bătrânilor ,este în continuă creştere. La fel şi frecvenţa cazurilor de cancer de piele este în creştere.Motivul este stratul de ozon deteriorat ,care nu mai reţine radiaţiile ultraviolete nocive. 1.2.2. Găuri în stratul de ozon Stratul de ozon din stratosferă ne protejează reţinând razele ultraviolete ale soarelui. Deoarece în zilele noastre a crescut foarte mult folosirea hidrocarburilor clorinate ,fluorinate în flacoane cu aerosoli ,frigidere ,detergenţi şi polistiroli ,aceste gaze au ajuns în aer în cantităţi mai mari decât cele care ar putea fi suportate de atmosferă. Pe măsură ce se ridică ,se descompun ,formându-se cloridioni ,care atacă şi distrug stratul de ozon. Efectul respectiv a fost semnalat pentru prima oară în anul 1985 de către oamenii de ştiinţă care lucrau în Antarctica ,în momentul în care au observat formarea unei găuri în stratul de ozon. Cercetătorii au fost îngrijoraţi de faptul că stratul de ozon s-ar putea rarefia şi în alte părţi ale Globului ,crescând nivelul radiaţiilor nocive. Din nefericire în anul 1995 s-a observat că şi în zona Arcticii si a Europei de N s-au format găuri în stratul de ozon. 1.2.3. Ploi acide Ploaia acidă se formează atunci când dioxidul de sulf sau oxizii de azot ,ambele rezultate ale poluarii industriale ,se amestecă în atmosfera cu aburii de apa. Ploaia acidă distruge plantele şi animalele. Păduri întregi au dispărut din cauza ploilor acide. Mai rău este dacă aceste ploi acide ajung în lacuri sau rauri care le duc la distanţă ,omorând şi cele mai mici organisme. După estimarea oamenilor de ştiinţă până în anul 2001 vor fi doar în Statele Unite şi în Canda 50.000 lacuri moarte biologic. Dereglarea echilibrului natural al atmosferei nu poate decât să dăuneze Pământului. Din cauza încălzirii globale ,va creşte nivelul mărilor ,regiunile situate mai jos fiind înghiţite de apă. Este de aşteptat ca apa să înghită oraşele Londra sau New York. Poluarea resurselor de apă poate atrage dupa sine izbucnirea unor epidemii ,apariţia unor boli grave şi moartea. Sunt modificate şi raporturile repartizării precipitaţiilor:regiuni întregi pot fi secate complet ,ducând la foamete şi la pierderea multor vieţi omeneşti. În 1995 în Marea Britanie dintre copii sub 18 ani ,fiecare al şaptelea a suferit de astm. Inflamaţia alveolelor pulmonare produce dificultăţi respiratorii şi senzaţii de sufocare. Încă nu este dovedit faptul că această afecţiune ar fi produsă de poluarea aerului ,dar un lucru este sigur:poluarea agravează simptomele. Principalii vinovaţi sunt gazele de eşapament şi gazele formate sub efectul radiaţiilor solare din produsele arderii combustibililor. În zilele noastre atenţia este orientată din ce în ce mai mult spre problemele de mediu; multe dintre guverne iau în considerare subiectele “verzi”.În întreaga lume păstrarea resurselor energetice este o problemă acută. În întreaga lume sunt pornite campanii care încearca să convingă guvernele să renunţe la distrugerea pădurilor ecuatoriale. Populaţia contribuie la aceste campanii ,prin faptul că nu mai cumpără produse fabricate din lemn tropical ,reducând oarecum cererea pentru acesta. Sunt ţări care ajută la restabilirea echilibrului prin plantarea de arbori tineri. Un lucru e sigur:în zilele noastre nu mai putem să respirăm aer curat.
6
Freonii au fost scoşi din procesele industriale şi au fost înlocuiti cu alte substanţe. Atmosfera este însă în pericol ,ca urmare este în pericol întregul mediu de viaţă. Este nevoie de un control riguros şi de măsuri radicale pentru ca viitorul atmosferei să fie sigur.
Capitolul 2 Formarea ploii acide
2.1. Aciditatea Aciditatea este măsurată folosind scara pH-ului, cu numărul 7 fiind neutru. În consecinţă, o substanţă cu valoarea pH-ului mai mică decât 7 este acidă, în timp ce una cu o valoare mai mare decât 7 este o bază. Trebuie menţionat că scara pH-ului este logaritmică, adică o substanţă cu pH-ul 6 este de zece ori mai acidă decât alta cu pH-ul 7. În general, pH-ul de 5,6 a fost folosit ca punct de plecare în identificarea ploii acide, deşi au fost multe dezbateri asupra acestei valori. Destul de interesant este că pH-ul de 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon în echilibru cu apa distilată. Din acest motiv, ploaia acidă este definită ca orice ploaie care are nivelul acidităţii peste cel al ploii nepoluate. În esenţă, orice precipitaţie care are valoarea pH-ului mai mică decât 5,6 este considerată ca fiind precipitaţie acidă. Aceasta este o ilustraţie a scării pH-ului:
2.2.
Mecanismul formării ploilor acide
Ploile acide se formează în troposferă, stratul inferior al atmosferei, reacţiile fiind declanşate de radiaţiile solare şi determinate de oxigenul şi apa din atmosferă. Un mecanism posibil al formării ploilor acide constă în faptul că ciclul de reacţie începe cu absorbirea unui foton din radiaţia solară de către o moleculă de ozon stratosferic, sau care se formează în troposferă prin acţiunea poluanţilor pe bază de carbon sau azot. Molecula de ozon se scindează punând în libertate o moleculă de oxigen şi un atom de oxigen chimic reactiv, care
7
se asociază cu o moleculă de apă pentru a forma doi radicali hidroxil. Concentraţia radicalilor hidroxil în atmosferă este redusă, dar ei sunt deosebit de activi şi se regenerează permanent din reacţiile de oxidare pe care le declanşează. Procesul care duce la formarea ploii acide începe cu arderea combustibililor fosili. Arderea este o reacţie chimică în care oxigenul din aer se combină cu carbon, azot, sulf şi alte
elemente chimice din substanţa care este arsă. Noii compuşi formaţi sunt gaze numite oxizi. Când sulful şi azotul sunt prezenţi în combustibil, din reacţia lor cu oxigenul rezultă dioxid de sulf şi diferiţi compuşi de oxid de azot. Oxizii de azot ajung în atmosferă de la mai multe surse, primul loc fiind deţinut de motoarele vehiculelor.
2.3. Poluanţii care contribuie la formarea ploilor acide Poluanţii care contribuie la formarea ploilor acide sunt: • doxidul de sulf, provenit din industria metalurgică, de la centralele termoelectrice, emanaţiile de la autovehicule etc; • oxizii de azot proveniţi din arderea carburanţilor, oxidarea lemnului, a păcurii, din emanaţiile îngrăşămintelor pe bază de azot etc. Formarea ploilor acide începe prin antrenarea celor doi poluanţi în atmosferă, care în contact cu lumina solară şi vaporii de apă formează compuşi acizi. 2.3.1. Dioxidul de sulf Dioxidul de sulf este un gaz incolor, amărui, neinflamabil, cu un miros pătrunzător care irită ochii şi căile respiratorii. Surse naturale: erupţiile vulcanice, fitoplanctonul marin, fermentaţia bacteriană în zonele mlăştinoase, oxidarea gazului cu conţinut de sulf rezultat din descompunerea biomasei. Surse antropice (datorate activităţilor umane): sistemele de încălzire a populaţiei care nu utilizează gaz metan, centralele termoelectrice, procesele industriale (siderurgie, 8
rafinărie, producerea acidului sulfuric), industria celulozei şi hârtiei şi, în măsura mai mică, emisiile provenite de la motoarele diesel. Dioxidul de sulf emis în atmosferă este transformat în prezenţa radiaţiilor ultraviolete în trioxid de sulf, care împreună cu vaporii de apă din atmosferă formează acidul sulfuric. De asemenea, dioxidul de sulf formează cu vaporii de apă acidul sulfuros (H2SO3 ) , care trece apoi în acid sulfuric. Oxidarea dioxidului de sulf la trioxid de de sulf în atmosferă se poate realize prin mai multe mecanisme. Oxidarea fotochimică a dioxidului de sulf în prezenţa hidrocarburilor şi a dioxidului de azot duce la formarea acidului sulfuric sub formă de aerosoli, producând o ceaţă fină, care difuzează lumina şi a cărei densitate depinde de umiditatea relativă a atmosferei. Sărurile de mangan şi de fier sau oxizii prezenţi în atmosferă reprezintă catalizatori ai oxidării dioxidului de sulf la trioxid de sulf, accelerând acest process. Oxidarea catalitică a dioxidului de sulf în atmosferă se mai poate realiza şi prin absorbţia gazului pe suprafaţa particulelor solide existente în suspensie, în aer. Absorbţia se realizează de cele mai multe ori sub formă de sulfat. Sulfaţii produc pronunţate reduceri de vizibilitate în atmosferă, reduceri care sunt dependente de concentraţia dioxidului de sulf, de umiditatea relativă a atmosferei şi de particulele aflate în suspensie. 2.3.2.Oxizii de azot Oxizii de azot sunt un grup de gaze foarte reactive, care conţin azot şi oxigen în cantităţi variabile. Majoritatea oxizilor de azot sunt gaze fără culoare sau miros. Principalii oxizi de azot sunt: - monoxidul de azot (NO) care este un gaz este incolor şi inodor; - dioxidul de azot (NO2) care este un gaz de culoare brun-roşcat cu un miros puternic, înecăcios. Dioxidul de azot în combinaţie cu particule din aer poate forma un strat brun-roşcat. În prezenţa luminii solare, oxizii de azot pot reacţiona şi cu hidrocarburile formând oxidanţi fotochimici. Oxizii de azot sunt responsabili pentru ploile acide care afectează atât suprafaţa terestră cât şi ecosistemul acvatic. Surse antropice: oxizii de azot se formează în procesul de combustie atunci când combustibilii sunt arşi la temperaturi înalte, dar cel mai adesea ei sunt rezultatul traficului rutier, activităţilor industriale, producerii energiei electrice. Oxizii de azot sunt responsabili pentru formarea smogului, a ploilor acide, deteriorarea calităţii apei, efectului de seră, reducerea vizibilităţii în zonele urbane .
9
Dioxidul de azot este transformat în atmosferă în prezenţa radiaţiilor solare şi a vaporilor de apă în acid azotic. De asemenea, monoxidul de azot poate fi oxidat la dioxid de azot sau poate forma cu vaporii de apă acidul azotos. Uneori acizii poluanţi apar ca particule uscate şi ca gase care pot atinge solul fără ajutorul apei. Când aceşti acizi „uscaţi” sunt spălaţi de ploaie, combinându-se cu aceasta, formează o soluţie cu acţiune mult mai corozivă. Combinaţia dintre ploaie acidă şi acizi uscaţi este cunoscută sub numele de depunere de acid. 2.4.Depunerile acide Depunerea acidă reprezintă fenomenul prin care acizii din atmosferă ajung pe suprafaţa Pământului. Depunerea poate fi umedă sau uscată. Depunerile uscate se referă la procesele prin care gazele acide, precursorii acestora sau particulele acide vin în contact cu suprafaţa solului şi sunt reţinute de acesta. Principalele specii asociate cu depunerile acide uscate sunt: SO2, particulele de sulfaţi acizi (H2SO4 şi NH4HSO4) şi HNO3. Depunerile acide umede sau „ploile acide” reprezintă un proces prin care acizii din atmosferă se depun prin intermediul ploii sau zăpezii. Acizii principali dizolvaţi sunt acidul sulfuric şi acidul azotic. Cea mai mare parte din acidul sulfuric se formează în interiorul picăturilor mici de apă din nori. Dioxidul de sulf difuzează în picăturile mici de apă şi este oxidat la acid sulfuric printr-un număr mare de mecanisme. La pH mai mare de 5,5 predomină reacţia de oxidare a dioxidului de sulf de către ozonul dizolvat. La pH mic oxidarea dioxidului de sulf are loc prin intermediul peroxidului de hidrogen. Cea mai mare cantitate de acid azotic din ploile acide se datorează difuziei acidului azotic în picăturile mici.
10
Capitolul 3 Cauzele ploii acide 3.1. Emisiile de dioxid de sulf Una dintre principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf. Sursele naturale care emit acest gaz sunt vulcanii, picăturile fine din apa mărilor şi a oceanelor, descompunerea resturilor vegetale. În orice caz, arderea combustibililor fosili, precum cărbunele şi petrolul este cauza a aproximativ jumătate dintre emisiile acestui gaz în lume. Când dioxidul de sulf ajunge în atmosferă, oxidează la prima formă a ionului sulfură. Apoi devine acid sulfuric, în timp ce reacţionează cu atomii de hidrogen din aer şi cade înapoi pe pământ. Oxidarea se produce în mare parte în nori şi în special în aerul foarte poluat , unde alţi componenţi, precum amoniacul şi ozonul ajută la catalizarea reacţiei, transformând mai mult dioxid de sulf în acid sulfuric. Oricum, nu tot dioxidul de sulf este transformat în acid sulfuric. De fapt, o cantitate substanţială poate pluti în atmosferă, mutându-se pe altă suprafaţă şi întorcându-se pe pământ netransformat. Acestea sunt ecuaţiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric: S(în cărbuni)+ O2 = SO2 2SO2 +O2 =2SO3 SO3 + H2O =H2SO4 3.2. Emisiile de oxizi de azot Monoxidul de azot şi dioxidul de azot sunt deasemenea componenţi ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice şi fumul scos de ţevile de eşapament. La fel ca dioxidul de sulf, aceşti oxizi ai azotului se ridică în atmosferă şi sunt oxidaţi în nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reacţii sunt deasemenea catalizate în norii foarte poluaţi, unde fierul, manganul, amoniacul şi peroxidul de oxigen sunt prezenţi.
11
Graficul următor indică nivelul pH-ului precipitaţiilor depuse în timp în nişte provincii din Canada. Împreună cu acesta, sunt grafice ale emisiilor, în timp, în Canada, în comparaţie cu Statele Unite ale Americii. Ca observaţie, chiar dacă nivelul emisiilor din Canada şi Statele Unite ale Americii au fost reduse de-a lungul anilor, nivelul pH-ului măsurat ( pentru Canada – în Nova Scoţia şi în Newfoundland ) nu reflectă rezultate similare. 3.3. Transformarea NOx şi SO2 în acizi Aciditatea precipitaţiilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor, ci şi de amestecurile de chimicale cu care interacţionează SO2 şi NOx în atmosferă. Formarea acidului sulfuric şi azotic este un proces complex, constând în câteva reacţii chimice. Este important să considerăm ambele faze: soluţie şi gaz în procesul de conversiune. 3.3.1. SO2 : Faza de gaz Sunt câteva posibile reacţii care pot contribui la oxidarea dioxidului de sulf din atmosferă, fiecare cu un succes variat. O posibilitate este fotooxidarea dioxidului de sulf cu lumină ultravioletă. Lumina din această regiune a spectrului electromagnetic are potenţialul de a excita moleculele şi de a conduce la oxidarea ulterioară cu O2. Această reacţie are o contribuţie nesemnificativă la formarea acidului sulfuric. O a doua posibilitate este reacţia dioxidului de sulf cu oxigenul din atmosferă, prin reacţiile următoare: 1) 2SO2+ O2=2SO3 2) SO3+H2O=H2SO4 A doua reacţie se produce rapid, de aceea formarea trioxidului de sulf în atmosfera umedă conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum, prima reacţie este foarte înceată în absenţa unui catalizator, deşi acesta nu are o contribuţie semnificativă. Mai sunt şi alte câteva potenţiale reacţii, dar care se dovedesc nesemnificative din diferite motive. Deşi fiecare dintre aceste reacţii pot aduce o contribuţie minoră la oxidarea dioxidului de sulf, există o singură reacţie considerată semnificativă. Reacţia se produce astfel: HO+SO2(+M)=HOSO2(+M) Această reacţie se produce la o rată apreciabilă şi se crede că este singura care contribuie la oxidarea O2 din atmosferă. Radicalul hidroxil este produs de fotodescompunerea ozonului şi este considerat ca fiind foarte reactiv cu multe specii. Faza de soluţie În faza de soluţie, dioxidul de sulf există ca trei specii: [S(IV)]=[SO2(sol)]+[HSO3 ]+[SO3 ] Această disociere apare prin două procese: 1) SO2(sol)=H +HSO3 2) HSO3 (sol)=H +SO3 Stabilirea echilibrului depinde de factori precum pH-ul, mărimea picăturii, etc. Oxidarea soluţiei de dioxid de sulf cu oxigen molecular se bazează pe un metal catalizator precum Fe sau Mn sau o combinaţie a acestora. Oxidarea prin ozon este un proces mai apreciabil, deoarece nu necesită un catalizator şi este cu 10 – 10 mai abundent în atmosferă decât oxigenul molecular. Procesul de oxidare dominant este cel cu peroxid de hidrogen (format în faza de gaz din radicali liberi). Reacţia implică formarea unui intermediar (A ), posibil un ion acid peroximonosulfuros şi se petrece astfel: 1) HSO3 +H2O2=A +H2O 2) A +H =H2SO4 3.3.2. NOx: Faza de gaz
12
Ca şi la dioxidul de sulf, cel mai mult contribuie la formarea acidului azotic reacţia cu radicalii hidroxil. Aceşti radicali sunt foarte reactivi şi abundenţi în atmosferă. Reacţia se produce în felul următor: HO+NO2(+M)=HONO2(+M) Mai există alte câteva posibilităţi, precum oxidarea cu oxigen atmosferic, oricum nici una nu se produce într-o rată substanţială în atmosferă, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic. Faza de soluţie Există trei ecuaţii considerate în oxidarea soluţiei de NOx: 1)2NO2(g)+H2O(l)=2H +NO3 +NO2 2)NO(g)+NO(g)+H2O(l)=2H +2NO2 3)3NO2(g)+H2O(l)=2H +2NO3 +NO(g) Aceste reacţii sunt limitate de dependenţa lor de presiunea parţială a NOx, prezent în atmosferă şi de legea solubilităţii NOx.
Capitolul 4 Efecte ale ploii acide
Acizii din ploaia acidă reacţionează chimic cu orice obiect cu care intră în contact. Acizii sunt substanţe chimice corozive ce reacţionează prin punere în comun de atomi de hidrogen. Aciditatea unei substanţe provine din abundenţa de atomi de hidrogen liberi în momentul în care substanţa este dizolvată în apă. Aciditatea este măsurată pe scara pH cu valori de la 0 la 14. Substanţele acidice au numere pH de la 1 la 6 – cu cât este mai mic numărul cu atât substanţa este mai puternică şi mai corozivă. Ploaia acidă a devenit o îngrijorare ecologică majoră de câteva decenii încoace. Până de curând se cunoştea puţin despre ploaia acidă. Au fost făcute multe studii pentru a se determina partea chimică a acestei probleme ecologice. Oamenii de ştiinţă au sugerat nişte teorii pentru a explica acest fenomen. Efectele sale devastatoare au fost realizate abia recent.
13
4.1. Efecte ale ploii acide asupra atmosferei Unii dintre constituenţii poluării acide sunt sulfaţii, nitraţii, hidrocarbonii şi ozonul. Aceştia există ca particule în aer şi contribuie la formarea ceţii, afectând vizibilitatea. Aceasta face deplasarea dificilă, în special pentru piloţi. Ceaţa acidă împiedică deasemenea cursul luminii solare de la soare la pământ şi înapoi. În zona arctică, aceasta afectează creşterea lichenilor, care la rândul ei, afectează renii şi alte animale care se hrănesc cu licheni. 4.2. Efectele ploii acide asupra oamenilor Unele dintre cele mai serioase efecte ale ploii acide asupra oamenilor sunt problemele respiratorii. Emisiile de dioxid de sulf şi dioxid de azot dau naştere unor probleme medicale precum tusea, astmul, dureri de cap, iritaţii ale ochilor, nasului şi gâtului. Un efect indirect al ploii acide este că metalele toxice dizolvate în apă sunt absorbite de fructe, legume şi în ţesuturile animalelor. Deşi aceste metale toxice nu afectează direct animalele, ele au efecte serioase asupra oamenilor, atunci când sunt consumate. De exemplu, mercurul, care se acumulează în organele şi ţesuturile animalelor, este legat de disfuncţiile creierului la copii, precum bolile pe sistem nervos, leziuni ale creierului, şi poate produce chiar moartea. La fel, un alt metal, aluminiul, prezent în organele animalelor, a fost asociat cu problemele la rinichi şi recent a fost suspectat ca fiind legat de boala Alzheimer. 4.3.
Efecte ale ploii acide asupra copacilor şi solurilor
Unul dintre cele mai serioase impacte ale precipitaţiilor acide este cel asupra pădurilor şi solurilor. Pagube majore se produc atunci când acidul sulfuric cade pe pământ sub formă de ploaie. Substanţele nutritive aflate în soluri sunt îndepărtate. Aluminiul, deasemenea prezent în sol este eliberat şi acest element toxic poate fi absorbit de rădăcinile copacilor. Astfel, copacii sunt sortiţi morţii, fiind privaţi de nutritivii vitali, precum calciul şi magneziul. Aceştia sunt înlocuiţi de atomi de hidrogen inutili, care încetinesc fotosinteza. În plus, îngheţurile severe pot agrava această situaţie. Cu dioxidul de sulf, amoniacul şi ozonul prezenţi în aer, rezistenţa copacilor la îngheţ este redusă. Amoniacul oxidează cu dioxidul de sulf, pentru a forma sulfura de amoniu. Aceasta se formează la suprafaţa copacilor. Când sulfura de amomiu ajunge în sol, ea reacţionează pentru a forma acid sulfuric şi acid azotic. Asemenea condiţii stimulează deasemenea creşterea ciupercilor şi apariţia dăunătorilor. Monoxidul de azot şi dioxidul de azot, componenţi deasemenea ai ploii acide, pot forţa copacii să crească, chiar dacă nu au substanţele nutritive necesare. Copacii sunt adesea forţaţi să crească mult toamna târziu, când ar trebui să se pregătească pentru îngheţurile severe din iarnă. Efectul ploii acide asupra copacilor constituie o problemă majoră. Se pare ca cele mai afectate sunt pădurile de conifere. Acidul reacţionează cu subsţantele nutritive necesare copacilor, cum sunt calciul, magneziul, potasiul, ceea ce îngreunează hrănirea lor. Aceasta face ca arborii să fie mai susceptibili la alte fenomene: nu mai pot rezista vântului sau greutăţii zapezii. Ploaia acidă face să le cadă frunzele, iar copacii afectaţi au o culoare palidă, anormală.
14
Prin îndepărtarea substanţelor nutritive din sol, ploaia acidă încetineşte creşterea plantelor, dar mai ales a copacilor. De asemenea, atacă copacii intr-un mod mai aparte prin producerea unor găuri în depozitele de amidon ale frunzelor, rezultând pete moarte, maronii. Dacă se formează mai multe astfel de pete, un copac îşi pierde abilitatea de a produce hrană prin fotosinteză. De asemenea, organismele pot infecta copacul prin frunzele rănite. Odată slăbiţi, copacii sunt mai vulnerabili la alţi posibili factori cum sunt infestarea cu insecte, temperaturi scăzute sau secetă.
4.4. Efecte ale ploii acide asupra structurilor construite de om Ploaia acidă şi depoziţia de acid „uscat” strică clădiri, statui, automobile şi alte structuri obţinute din piatră, metal sau orice alt material expus pentru o perioadă îndelungată de timp la capriciile vremii. Paguba corozivă poate fi foarte scumpă, iar în oraşele cu clădiri istorice, tragică. Atât Parthenon-ul din Atena, Grecia, cât şi Taj Mahal-ul din Agra, India se deteriorează datorită ploii acide.
15
Particulele acide sunt depuse pe clădiri şi statui, cauzând coroziunea. De exemplu, clădirea Capitoliului din Ottawa a fost dezintegrată din cauza excesului de dioxid de sulf din atmosferă. Piatra de var şi marmura se transformă într-o substanţă fărâmicioasă, numită gips, după contactul cu acidul, lucru care explică coroziunea clădirilor şi a statuilor. Podurile se corozează mai repede, şi industria rutieră, ca şi cea aeriană, trebuie să investească mulţi bani în repararea pagubelor produse de ploaia acidă. Nu numai că este o problemă economică, cauzată de ploaia acidă, dar este şi un risc pentru siguranţa publică. De exemplu, în 1967, podul de peste Râul Ohio s-a prăbuşit, omorând 46 de persoane- motivul? Coroziunea produsă de ploile acide.
4.5. Efecte asupra materialelor Ploaia acidă defectează materialele precum ţesăturile. De exemplu, steagurile arborate sunt “mâncate” de chimicalele acide din precipitaţii. Cărţile şi obiectele de artă, vechi de sute de ani, sunt deasemenea afectate. Sistemele de ventilaţie ale librăriilor şi muzeelor, în care sunt ţinute acestea, nu previn intrarea particulelor acide în clădiri şi astfel ele intră, circulă şi deteriorează materialele. 4.6. Efecte asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice Ploaia acidă cade, de asemenea, şi în râuri, lacuri si mlaştini. Acolo unde este zăpadă iarna, apele locale cresc dintr-o dată mai acidice în momentul în care zăpada se topeşte primăvara.. Marea majoritate a apelor naturale sunt aproape de neutrul chimic, nici acidice, nici alkaline: pH-ul lor este undeva între 6 şi 8. În Munţii Adirondack din SUA, o pătrime din lacuri şi iazuri sunt acidice, şi multe dintre ele şi-au pierdut deja peştii. Toate râurile majore ale Norvegiei au fost scuturate de ploaia acidă, reducând drastic populaţia de somon şi păstrăv. Există câteva căi prin care chimicalele acide pot pătrunde în lacuri. Unele substanţe chimice există ca particule uscate în aer, în timp ce altele pătrund în lacuri ca particule ude, precum ploaia, zăpada, lapoviţa, ceaţa. În plus, lacurile pot fi considerate ca nişte “chiuvete” ale pământului, unde este condusă apa ploilor ce cad pe pământ. Ploaia acidă, care cade pe pământ, spală substanţele nutritive din sol şi poartă metalele toxice eliberate din sol spre lacuri. O altă cale prin care acizii ajung în lacuri se petrece primăvara, prin topirea zăpezilor, când acizii şi chimicalele pătrund în sol, fiind purtate spre râuri şi lacuri. Aceasta cauzează o schimbare drastică a pH-ului lacurilor. Ecosistemul acvatic nu are timp să ajusteze brusca schimbare. În plus, primăvara este un anotimp vulnerabil pentru multe specii, fiind perioada
16
de reproducere pentru amfibieni, peşti şi insecte. Multe dintre aceste specii îşi depun ouăle în apă, iar schimbarea bruscă a pH-ului este periculoasă, deoarece aceşti acizi pot provoca puilor malformaţii sau pot chiar anihila întreaga specie, din moment ce aceştia petrec o mare parte din viaţă circulând prin apă.
Capitolul 5 Emisii de gaze cu efect de seră acidifiant în anul 2008 la nivelul judeţului Argeş Acidifierea aerului la nivelul judeţului Argeş a fost monitorizată prin analiza lunară a apelor din precipitaţiile recoltate lunar la Sediul APM Argeş. S-au efectuat determinări pentru următorii indicatori: pH, conductivitate, amoniu, cloruri, sulfaţi, sodiu, potasiu, calciu, magneziu. Analizele efectuate relevă un caracter neutru, uneori cu tendinţă uşor acidă al precipitaţiilor, pH-ul având valori cuprinse în intervalul 5,24 – 6,45. 5.1. Dioxid de sulf (SO2) Cantitatea de dioxid de sulf SO2 emisă în atmosferă în anul 2008 la nivelul judeţului Argeş a fost de 30547,33 tone. Tabel 2.1.1.1. Argeş 1999 2000 SO2(t/an) 1045,2 4538,1
2001 3082,1
2002 2003 2004 2005 2006 4874,9 18573,5 21272,6 16623,8 153812,9
2007 38909,8
2008 30547,3
Principalele activităţi care generează emisii atmosferice de dioxid de sulf în judeţul Argeş sunt : prelucrarea produselor petroliere (Petrom SA-Sucursala Arpechim Piteşti), procesele de prelucrare în producţia de ciment şi var (Holcim Romania SA Câmpulung şi SC Carmeuse Holding SRL Câmpulung), producţia de autovehicule (SC Automobile Dacia Group Renault Piteşti), industria de prelucrare lemn (SC Alprom SA Piteşti, SC Forest Product Piteşti, SC Surven Star SRL Rucăr, SC Foresta Curtea de Arges, etc.), traficul auto la nivelul judeţului şi funcţionarea centralelor termice de încălzire zonă/cartier.
17
5.2. Oxizi de azot (NOx) Cantitatea de oxizi de azot NOx emisă în atmosferă în anul 2008 la nivelul judeţului Argeş a fost de 5915,73 tone. Tabel 2.1.1.2. Argeş 1999 2000 Nox(t/an) 3703,8 4721,4
2001 5439,5
2002 2003 2004 2005 2006 7815,6 27589,5 92458,9 50008,7 44440,8
2007 6468,4
2008 5915,7
Principalele activităţi care generează emisii atmosferice de oxizi de azot în judeţul Argeş sunt : prelucrarea produselor petroliere (SNP Petrom-Sucursala Arpechim Piteşti), procesele de prelucrare şi producţia de ciment (Holcim Romania SA Câmpulung), producţia de autovehicule (SC Automobile Dacia Group Renault Piteşti), traficul auto la nivelul judeţului şi funcţionarea centralelor termice de încălzire zonă/cartier.
Capitolul 6 Măsuri de protecţie împotriva ploilor acide
6.1. Măsuri de ameliorare a mediului Pentru reducerea efectelor ploilor acide s-au luat diferite măsuri în funcţie de impactul pe care acestea l-au avut asupra mediului ţării respective. Astfel, în ţările nordice s-a recurs la alcalinizarea apei a cărei aciditate este foarte mare, datorită ploilor acide, utilizând în acest scop varul. Varul se poate utiliza şi pentru reducerea acidităţii solului. Pentru reducerea emisiilor de dioxid de sulf se impune înlocuirea cărbunilor cu conţinut mare de sulf; reţinerea dioxidului de sulf din gaze înaintea emiterii lor în atmosferă; echiparea coşuriloruzinelor cu injectoare care să împrăştie oxid de calciu alcalin în gazele de evaporare. În privinţa oxizilor de azot, şi în special a dioxidului de azot, proveniţi de la motoarele autovehiculelor se impune echiparea autovehiculelor cu convertizoare catalitice antipoluante pentru cele care folosesc benzina cu plumb sau adoptarea combustibilului fără plumb. Emanaţiile de oxizi de azot ar putea fi reduse şi prin limitarea vitezei autovehiculelor pe autostrăzi şi şoselele secundare. Automobilele nu prezintă însă decât o mică parte a problemei. Marii consumatori industriali de cărbune şi fabricile sunt responsabile pentru 88% din dioxidul de sulf din atmosferă. Împinse de îngrijorarea faţă de mediul înconjurător, majoritatea ţărilor şi-au luat măsuri de reducere a ploilor acide. Impunerea standardelor Uniunii Europene investiţiilor şi autovehiculelor ar putea avea ca efect reducerea emisiilor de dioxid de sulf şi oxizi de azot cu cel puţin 50%.
18
6.2. Legile care combat ploaia acidă accelerează topirea Oceanului Arctic
Ultimele cercetări realizate de NASA sugerează că legile create să conserve medicul înconjurător cauzează, de fapt, foarte multe pagube, potrivit Daily Mail.
Legislaţia legată de îmbunătăţirea calităţii aerului şi reducerea ploii acide a afectat Oceanul Arctic, au declarat specialiştii NASA. Potrivit acestora, jumătate din suprafaţa Oceanului s-a topit în ultimii 30 de ani. Climatologul Drew Shindell de la Institutul de Studii Spatiale din New York a descoperit că reducerea aerosolilor, pentru a îmbunătăţi calitatea aerului, a determinat creşterea temperaturii. Legile implementate în SUA şi tările europene în ultimii 30 de ani a redus limitele de emisii de sulfaţi pentru a “răci” atmosfera. Această descoperire zdruncină teoria potrivit căreia emisiile care produc efectul de seră, în mod deosebit, dioxidul de carbon, sunt obiectivul principal al luptei de salvare a climei planetei. “Tendinţa este să considerăm că aerosolii nu au un impact puternic asupra mediului, însă nu este deloc aşa. Dacă vrem să oprim topirea Oceanul Arctic în următorii ani, trebuie să ţinem cont şi de impactul arosolilor asupra climei, care sunt la fel de periculoşi ca si efectul de seră”, a spus Shindell. Temperatura din jurul Oceanului Arctoc a început să crească cu 1,5 grade Celsius încă din anii ‘70 şi cu 0.35 grade Celsius în Oceanul Antractic, unde aerosolii joacă un rol mai puţin semnificativ, potrivit NASA. Shindell a spus că această descoperire este valabilă, explicând că aerosolii răspândiţi în regiunile industriale din nordul Americii şi Europa, s-au localizat în zona Oceanului Arctic.
6.3. Eforturile de a controla ploaia acidă
bună
Cea mai metodă
19
împotriva ploii acide este prin reducerea cantităţii de dioxid de sulf şi a oxizilor de azot emanaţi de centrale, de autovehiculele motorizate şi de fabrici. Cea mai simplă metodă de a reduce din aceste emanaţii este folosirea în cantităţi mai mici a energiei provenită din combustibilii fosili. Fiecare, personal, poate ajuta. De fiecare dată când un consumator cumpără un dispozitiv de micşorare a energiei, adaugă izolare la casă sau ia autobuzul până la serviciu, automat el/ea conservă energie şi ca urmare luptă împotriva ploii acide.
Bibliografie
1. BARNEA M. , URSU P. , 1969- Protecţia atmosferei împotriva impurificării cu pulberi şi gaze, Bucureşti, Editura Tehnică; 1. DINU DAN, SANDU V., AXENTE L., TOMIŢĂ I. etc., 2005 - Poluarea aerului- Ghid ecologic şcolarvol.I, Braşov, Editura Ipimea Braşov; 2. LIXANDRU B. , 1999 -
Ecologie şi protecţia mediului, Timişoara,
Editura Presa Universitară; 3. MĂCĂRESCU B. , 2003-
Ingineria şi protecţia mediului în industrie,
Chişinău, Editura Tehnică-Info;
20
