ฝนกรดทำงานอย่างไร

หากคุณเดินป่าผ่านเทือกเขาแอปปาเลเชียน คุณจะเห็นจุดยืนของต้นไม้ที่ตายและอ่อนแอ หากคุณอาศัยอยู่ในเมือง คุณอาจสังเกตเห็นอาคารหินที่สึกหรอ มีลายบนหลังคารถของคุณ หรือราวบันไดและรูปปั้นโลหะที่สึกกร่อน คุณสามารถเห็นผลของฝนกรดได้เกือบทุกที่ที่คุณไป แต่ด้วยความสนใจของสื่อและสาธารณชนที่หันไปมองแนวโน้มที่เป็นลางร้ายมากขึ้นของภาวะโลกร้อนฝนกรดได้ตกลงมาข้างทาง หายนะจากฟากฟ้าดูเหมือนว่าจะเป็นปัญหาในศตวรรษที่ 20 ซึ่งเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 โดยการออกกฎหมาย

ฝนกรดเกิดขึ้นส่วนใหญ่ในซีกโลกเหนือ ซึ่งเป็นครึ่งหนึ่งของโลกที่มีอุตสาหกรรมและสกปรกกว่า ลมสามารถกวาดเอาการปล่อยมลพิษจากปล่องควันสูงและนำมลพิษไปไกลจากแหล่งกำเนิดดั้งเดิม ข้ามเส้นรัฐและพรมแดนของประเทศในกระบวนการ ฝนกรดอาจไม่มีก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกที่สมบูรณ์ แต่เป็นปัญหาข้ามพรมแดนดังนั้นจึงเป็นปัญหาระดับสากล

ฝนกรดหรือที่รู้จักกันในชื่อกรดสะสม เกิดจากการปล่อยซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) จากโรงไฟฟ้า รถยนต์ และโรงงาน แหล่งธรรมชาติ เช่นภูเขาไฟไฟป่าและฟ้าผ่ายังเพิ่มมลภาวะที่มนุษย์สร้างขึ้นอีกด้วย SO2 และ NOx จะกลายเป็นกรดเมื่อเข้าสู่บรรยากาศและทำปฏิกิริยากับไอน้ำ กรดซัลฟิวริกและกรดไนตริกที่เป็นผลลัพธ์สามารถตกเป็นตะกอนแบบเปียกหรือแบบแห้งได้ การสะสมเปียกเป็นการตกตะกอน: ฝนกรด หิมะ ลูกเห็บหรือหมอก การสะสมที่แห้งตกเป็นอนุภาคหรือก๊าซที่เป็นกรด

สารบัญ

1. ค่า pH ของฝนกรด
2. ผลกระทบของฝนกรด
3. ลดฝนกรด

นักวิทยาศาสตร์แสดงความเป็นกรดของฝนกรดโดยใช้มาตราส่วนpH มาตราส่วนกำหนดความเป็นกรด ความเป็นกลาง หรือความเป็นด่างของสารละลายโดยพิจารณาจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน กรดมีความเข้มข้นสูงของไฮโดรเจนไอออนและมีค่า pH ต่ำ มาตราส่วนมีตั้งแต่ศูนย์ถึง 14 โดยมีน้ำบริสุทธิ์ที่ 7.0 ที่เป็นกลาง อย่างไรก็ตาม น้ำส่วนใหญ่ไม่บริสุทธิ์อย่างแน่นอน แม้แต่ฝนปกติที่สะอาดก็มีค่า pH ประมาณ 5.6 เนื่องจากจะทำปฏิกิริยากับคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศและเกิดกรดคาร์บอนิกที่เป็นกรดอ่อนๆ ก่อนที่ฝนจะตก

ฝนกรดมีค่า pH 5.0 หรือน้อยกว่า การสะสมของกรดส่วนใหญ่มีตั้งแต่ pH 4.3 ถึง 5.0 ซึ่งอยู่ระหว่างความเป็นกรดของน้ำส้มและกาแฟดำ แต่การเปรียบเทียบฝนกรดกับความปลอดภัย กรดธรรมชาติอาจทำให้เข้าใจผิดได้ ฝนกรดยังทำลายระบบนิเวศด้วยการทำให้พืชอ่อนแอและฆ่าไข่ในน้ำที่ละเอียดอ่อนแม้ในเวลาที่อ่อนแอที่สุด

โปรแกรมที่ตรวจสอบฝนกรดจะวิเคราะห์ปริมาณไฮโดรเจนเพื่อกำหนด pH พวกเขายังวัดความเข้มข้นของบรรยากาศของกรดไนตริก ไนเตรต ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซัลเฟต และแอมโมเนียม ในสหรัฐอเมริกา โครงการ National Atmospheric Deposition Program (NADP) กำกับดูแลการสะสมที่เปียกชื้น ในขณะที่ Clean Air Status and Trends Network (CASTNET) สังเกตการณ์การสะสมที่แห้ง การตรวจสอบการสะสมของกรดจะช่วยระบุโหลดวิกฤตหรือปริมาณสารมลพิษที่ระบบนิเวศสามารถรองรับได้ก่อนเกิดความเสียหาย โหลดวิกฤตที่แม่นยำช่วยกำหนดเป้าหมายที่มีประสิทธิภาพสำหรับการลด SO2 และ NOx

ตอนนี้ เราจะมาเรียนรู้เกี่ยวกับผลกระทบที่เป็นอันตรายของฝนกรดที่มีต่อสิ่งแวดล้อมทางน้ำ ป่าไม้ พื้นผิว วัสดุก่อสร้าง และสุขภาพของมนุษย์

น้ำผิวดิน

น้ำผิวดินและระบบนิเวศที่เปราะบางอาจเป็นเหยื่อของฝนกรดที่มีชื่อเสียงที่สุด หยาดน้ำฟ้าส่วนใหญ่ที่ไหลลงสู่ทะเลสาบ แม่น้ำ ลำธาร หรือหนองบึงต้องผ่านและซึมผ่านดินก่อน ดินทั้งหมดมีความจุบัฟเฟอร์หรือความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดและด่าง. ความสามารถในการบัฟเฟอร์ของดินเป็นตัวกำหนดความเป็นกรดของแหล่งน้ำ หากความจุเหลือน้อยหรือถึงขีดจำกัด ฝนกรดก็จะผ่านไปได้โดยไม่ทำให้เป็นกลาง

ชีวิตส่วนใหญ่สะดวกสบายด้วยค่า pH ที่ใกล้เป็นกลาง โดยหลงผิดจาก pH 7.0 มากเกินไป และสิ่งมีชีวิตที่บอบบางก็เริ่มตาย แพลงก์ตอนและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังไวต่อการเปลี่ยนแปลงของความเป็นกรดและตายก่อน ที่ pH 5.0 ไข่ปลาจะเสื่อมสภาพและอ่อนตัวไม่ได้ ปลาและกบที่โตเต็มวัยในบางครั้งสามารถทนต่อความเป็นกรดได้ต่ำถึง pH 4.0 แต่พวกมันจะอดอยากเมื่อแหล่งอาหารที่อ่อนแอกว่าตายไป เมื่อฝนกรดทำลายห่วงโซ่อาหาร ความหลากหลายทางชีวภาพก็ลดลง

การสะสมของไนโตรเจนจากฝนกรดยังสร้างความเสียหายให้กับน่านน้ำชายฝั่งและปากแม่น้ำอีกด้วย น้ำที่อุดมด้วยไนโตรเจนสนับสนุนการเจริญเติบโตของสาหร่ายขนาดใหญ่และบุปผาของสาหร่าย แบคทีเรียย่อยสลายสาหร่ายที่ตายแล้ว เติบโตและดูดซับออกซิเจนที่มีอยู่ในน้ำ ปลา หอย หญ้าทะเล และแนวปะการังตายในน่านน้ำที่มีสาหร่ายขาดออกซิเจน นักวิทยาศาสตร์ประมาณการว่าร้อยละ 10 ถึง 45 ของไนโตรเจนที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งม้วนขึ้นในน่านน้ำชายฝั่งมาจากการสะสมของชั้นบรรยากาศ [ที่มา: Environmental Protection Agency ]

แหล่งน้ำที่เป็นกรดส่วนใหญ่ไม่มีมลพิษ ในขณะที่สารอินทรีย์ที่เน่าเปื่อยเกาะตัว น้ำที่เป็นกรดอาจปรากฏเป็นสีใสและเป็นสีน้ำเงิน บางชนิด เช่น พุ่มไม้เตี้ยและตะไคร่น้ำ เจริญเติบโตได้ดีในสภาพที่เป็นกรด แต่ความเขียวขจีและน้ำทะเลใสเป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย ความหลากหลายลดลงและสายพันธุ์ที่ถูกทิ้งไว้โดยไม่มีผู้ล่ามักจะมีขนาดใหญ่จนน่ารำคาญ

ฝนกรดยังสร้างความเสียหายให้กับป่าไม้ ดังที่เราจะเห็นในหัวข้อถัดไป

­

ป่าไม้อาศัยความสามารถในการบัฟเฟอร์ของดินในการปกป้องป่าจากฝนกรด น้ำที่เป็นกรดจะดึงสารพิษในดินเช่นอลูมิเนียม ต้นไม้ดูดซับสารพิษและไหลบ่าลงสู่ทะเลสาบ แม่น้ำ และลำธาร ฝนกรดยังละลายแร่ธาตุและสารอาหารที่เป็นประโยชน์ เช่น แคลเซียม แมกนีเซียม และโพแทสเซียม ก่อนที่ต้นไม้จะดูดซึมได้ ฝนกรดแทบจะไม่สามารถทำลายป่าได้อย่างสมบูรณ์ แต่กลับหยุดการเจริญเติบโตผ่านความเสื่อมโทรมของดินหลายปี การขาดสารอาหารและการสัมผัสกับสารพิษทำให้ต้นไม้มีแนวโน้มที่จะโค่นล้มในพายุหรือตายในสภาพอากาศหนาวเย็น

แม้แต่ต้นไม้ในดินที่มีดินร่วนซุยก็อาจอ่อนกำลังลงเมื่อมีหมอกกรดที่รุนแรง ป่าในระดับสูงจะซึมซับในเมฆที่เป็นกรด ซึ่งดึงสารอาหารจากใบและทำลายความสามารถของต้นไม้ในการต้านทานความหนาวเย็น ยอดเขาหัวโล้นของเทือกเขาแอปปาเลเชียนบอกถึงผลกระทบที่เป็นพิษของฝนกรดบนป่าที่สูง

วัสดุและการตกแต่ง

ฝนกรดมีความสามารถในการลบและขจัดหินและโลหะซึ่งเป็นวัสดุที่ทนทานที่สุด อาคารเก่าแก่ อนุสรณ์สถาน และศิลาจารึกหลุมฝังศพมีสัญญาณการกัดกร่อนและการเสื่อมสภาพของกรดอย่างราบรื่น การสะสมของกรดจะเร่งการผุกร่อนตามธรรมชาติที่เกิดจากฝน แสงแดด หิมะ และลม

ฝนกรดยังทำลายสีรถยนต์อีกด้วย อุตสาหกรรมยานยนต์ถือว่ากรดที่สะสมตัวเป็นมลพิษทางสิ่งแวดล้อม ประเภทหนึ่ง ร่วมกับยางไม้ เกสรดอกไม้ และมูลนก รอยกรดจะทำให้เกิดรอยกัดบนพื้นผิวแนวนอนที่ไม่ปกติ การทาสีใหม่เป็นวิธีเดียวที่จะซ่อมสีรถที่เสียโฉมจากฝนกรด

สุขภาพ

เนื่องจากฝนกรดสามารถฆ่าสัตว์น้ำ ทำให้ต้นไม้อ่อนแอ และหินละลายได้ ดูเหมือนว่าฝนจะลวกหรือไหม้มนุษย์ได้ แต่ก็ไม่ได้ส่งผลกระทบต่อผู้คนเช่นเดียวกับปลาหรือพืช ฝนกรดให้ความรู้สึกเหมือนกับฝนปกติ การว่ายน้ำในทะเลสาบที่เป็นกรดยังปลอดภัยอีกด้วย แต่อนุภาคซัลเฟตและไนเตรตของการสะสมแบบแห้งอาจทำให้เกิดโรคหอบหืด หลอดลมอักเสบ และปัญหาหัวใจได้ NOx ในการสะสมของกรดยังทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) เพื่อสร้างโอโซน ระดับพื้น ดิน โอโซนหรือหมอกควันทำให้ระบบทางเดินหายใจแย่ลงและทำให้ระบบทางเดินหายใจอ่อนแอลง

­­­

ฝนกรดเกิดขึ้นตั้งแต่โรงงานแห่งแรกของการปฏิวัติอุตสาหกรรมเริ่มปล่อยสารพิษออกมา นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ โรเบิร์ต แองกัส สมิธ เป็นผู้ริเริ่มคำว่า "ฝนกรด" ในปี 1872 เมื่อเขาเขียนถึงการสึกกร่อนบนอาคารและผลกระทบร้ายแรงต่อพืช แต่ฝนกรดไม่ได้กลายเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่รัฐบาลดูแลจนกระทั่งกว่าศตวรรษต่อมา นักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาแล้วว่าฝนกรดเป็นเรื่องข้ามพรมแดนมากกว่าปัญหาในท้องถิ่น ในปีพ.ศ. 2523 พระราชบัญญัติการตกสะสมของกรดได้เริ่มการศึกษาเกี่ยวกับฝนกรดเป็นเวลา 10 ปีภายใต้การดูแลของโครงการประเมินปริมาณน้ำฝนที่เป็นกรดแห่งชาติ (NAPAP)เพื่อติดตามพื้นที่ทั่วประเทศ

ในปี 1990 ด้วยการศึกษาของ NAPAP รัฐสภาได้เปลี่ยนพระราชบัญญัติ Clean Air ที่มีอยู่เพื่อรวมฝนกรด การแก้ไข Title IV ใหม่ของพระราชบัญญัติ Clean Air เรียกร้องให้มีการลด SO2 และ NOx โครงการฝนกรด (ARP)ก่อตั้งขึ้นในปี 2538 เพื่อให้หัวข้อที่ 4 มีผลบังคับใช้

ARP กำหนดข้อจำกัดในอุตสาหกรรมพลังงานเพื่อลดการปล่อย SO2 และ NOx ประจำปี ARP ใช้โปรแกรมcap และ tradeเพื่อลดการปล่อย SO2 โดยกำหนดขีดจำกัดของปริมาณ SO2 ทั้งหมดที่โรงไฟฟ้าในสหรัฐอเมริกาที่อยู่ติดกันสามารถผลิตได้ หลังจากกำหนดวงเงินแล้ว ARP จะแจกจ่ายเบี้ยเลี้ยงให้กับหน่วยโรงไฟฟ้า หน่วยได้รับอนุญาตให้ผลิต SO2 ได้มากเท่าที่มีเครดิต หากลดการปล่อยมลพิษได้เร็วกว่าที่ ARP กำหนด พวกเขาสามารถหักเผื่อไว้สำหรับใช้ในอนาคตหรือขายให้กับโรงงานอื่นได้ ขีดจำกัดสุดท้ายในปี 2010 จะอยู่ที่ 8.95 ล้านตันต่อปี ซึ่งน้อยกว่าการปล่อยมลพิษของโรงไฟฟ้าจากปี 1980 อย่างน่าทึ่งถึง 50 เปอร์เซ็นต์ [ที่มา: EPA ]

ARP ควบคุมการลด NOx ด้วยระบบการกำกับดูแลตามอัตรา แบบ ธรรมดา โปรแกรมกำหนดขีดจำกัด NOx ปอนด์ต่อล้านหน่วยความร้อนอังกฤษ (lb/mmBtu) สำหรับหม้อไอน้ำของโรงไฟฟ้าทุกแห่ง เจ้าของสามารถบรรลุเป้าหมายที่ลดลงสำหรับหม้อไอน้ำแต่ละตัวหรือปล่อยเฉลี่ยของทุกหน่วยที่เป็นเจ้าของและบรรลุเป้าหมายรวมกัน ARP ตั้งเป้าที่จะลด NOx ให้เหลือ 2 ล้านตันต่ำกว่าระดับที่คาดการณ์ไว้ในปี 2000 หากไม่มี Title IV [ที่มา: EPA ]

โรงไฟฟ้าบรรลุเป้าหมาย ARP โดยใช้ถ่านหินที่มีกำมะถันต่ำ "เครื่องขัดพื้นแบบเปียก" หรือระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์จากก๊าซไอเสีย เตา NOx ต่ำ และเทคโนโลยีถ่านหินสะอาด อื่นๆ พวกเขายังสามารถแลกเปลี่ยนเครดิต SO2 ระหว่างกัน

แม้จะมีความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้น ARP ก็ประสบความสำเร็จในการลดการปล่อย SO2 และ NOx แต่ NAPAP แนะนำว่าเพื่อให้ระบบนิเวศฟื้นตัวเต็มที่ การลดลงจะต้องลดลงอีก 40 เปอร์เซ็นต์ถึง 80 เปอร์เซ็นต์ต่ำกว่าขีดจำกัดกำลังเต็มที่ของปี 2010 [ที่มา: EPA ]

รถยนต์ยังปล่อย NOx การออกแบบที่ใหม่กว่าของ เครื่อง ฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยาช่วยรักษาไอเสียและขจัด NOx และมลพิษอื่นๆ เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์และ VOCs ที่ทำให้เกิดหมอกควัน

แม้จะมีเทคโนโลยีถ่านหินสะอาดที่โดดเด่น เครื่องฟอกไอเสียเชิงเร่งปฏิกิริยา และฝาครอบและกฎระเบียบที่เข้มงวด เชื้อเพลิงฟอสซิลก็ยังเป็นแหล่งพลังงานที่สกปรก รูปแบบทางเลือกของพลังงาน เช่นนิวเคลียร์พลังงานแสงอาทิตย์และพลังน้ำไม่ปล่อย SO2 และ NOx หลายล้านตันที่ทำลายระบบนิเวศ ทำลายอาคารและอนุสาวรีย์ และทำให้สุขภาพของผู้คนอ่อนแอลง

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับฝนกรด พลังงานทางเลือก และหัวข้อที่เกี่ยวข้องอื่นๆ โปรดดูลิงก์ในหน้าถัดไป

บทความที่เกี่ยวข้อง

ลิงค์ที่ยอดเยี่ยมเพิ่มเติม