Pluie acide
Renseignements généraux
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Les pluies acides est la pluie ou toute autre forme de précipitation qui est anormalement acide . Elle a des effets nocifs sur le environnement et sur les structures. Les pluies acides est principalement causée par les émissions dues à l'activité humaine de soufre et d'azote composés qui réagissent dans l'atmosphère pour produire des acides. Au cours des dernières années, de nombreux gouvernements ont adopté des lois pour réduire ces émissions.
Définition
Le terme «pluies acides» est couramment utilisé pour désigner le dépôt de composants acides dans la pluie, neige, brouillard, rosée, ou particules sèches. Le terme plus exact est «pluies acides». De l'eau distillée ne contenant pas de dioxyde de carbone, a un neutre pH de 7. Les liquides ayant un pH inférieur à 7 sont acides, et ceux qui ont un pH supérieur à 7 sont basiques. "Clean" ou de la pluie non polluée est légèrement acide, son pH étant d'environ 5,6, parce que le dioxyde de carbone et de l'eau dans l'air réagissent ensemble pour former de l'acide carbonique, un acide faible.
L'acide carbonique peut alors ioniser dans l'eau formant de faibles concentrations de ions hydronium:
L'acidité supplémentaire en pluie provient de la réaction des polluants de l'air primaire, principalement des oxydes de soufre et des oxydes d'azote, avec de l'eau dans l'air pour former des acides forts (comme sulfurique et acide nitrique). Les principales sources de ces polluants sont les véhicules et les installations industrielles et de production d'énergie.
Histoire
Depuis la révolution industrielle, les émissions de dioxyde de soufre et d'oxydes d'azote dans l'atmosphère ont augmenté. Les pluies acides a été découvert dans Manchester , Angleterre . En 1852, Robert Angus Smith trouve la relation entre les pluies acides et la pollution atmosphérique. Bien que les pluies acides a été découvert en 1852, il ne était pas jusqu'à la fin des années 1960 que les scientifiques ont commencé à largement observer et étudier le phénomène. Canadienne Harold Harvey était parmi les premiers à la recherche d'une "mort" lac. La sensibilisation du public des pluies acides aux États-Unis a augmenté dans les années 1990 après la New York Times a promulgué rapports du Hubbard Brook expérimentation forestière dans New Hampshire des effets délétères myriade environnementaux démontré en résulter.
Lectures de pH occasionnels de bien en dessous de 2,4 (l'acidité du vinaigre) ont été signalés dans les régions industrialisées. Pluies acides industrielle est un problème important en Chine , Europe de l'Est , la Russie et les zones sous le vent d'eux. Ces zones tous brûlent du charbon contenant du soufre pour produire de la chaleur et de l'électricité. Le problème des pluies acides non seulement a augmenté avec la croissance démographique et industrielle, mais est devenu plus répandu. L'utilisation de hautes cheminées pour réduire locale pollution a contribué à la propagation des pluies acides en libérant des gaz dans la circulation atmosphérique régionale. Souvent dépôt se produit à une distance considérable sous le vent des émissions, avec les régions montagneuses tendant à recevoir le plus (tout simplement en raison de leur plus fortes précipitations). Un exemple de cet effet est faible pH de pluie (par rapport aux émissions locales) qui tombe Scandinavie.
Les émissions de produits chimiques conduisant à l'acidification
Le gaz le plus important qui conduit à l'acidification est du dioxyde de soufre. Les émissions de oxydes d'azote qui sont oxydés pour former de l'acide nitrique sont d'une importance croissante en raison de contrôles plus stricts sur les émissions de composés contenant du soufre. 70 Tg (S) par an sous forme de SO 2 provient de combustibles fossiles combustion et de l'industrie, 2,8 Tg (S) incendies de forêt et 7-8 Tg (S) par an à partir de volcans .
Phénomène Naturel
La principale naturelle phénomènes qui contribuent gaz produisant de l'acide à l' atmosphère sont les émissions provenant des volcans et ceux des biologiques processus qui se produisent sur le terrain, dans les zones humides, et dans les océans . La source biologique majeur de composés contenant du soufre est sulfure de diméthyle.
Les effets des dépôts acides ont été détectés dans glaciaires des milliers d'années dans les régions éloignées du globe.
L'activité humaine
La principale cause des pluies acides est de soufre et d' azote composés provenant de sources humaines, telles que la production d'électricité, les usines et véhicules automobiles. centrales de charbon sont une des plus polluantes. Les gaz peuvent être réalisées sur des centaines de kilomètres dans l'atmosphère avant qu'ils ne soient convertis en acides et déposées. Dans le passé, les usines avaient entonnoirs courtes pour laisser sortir la fumée, mais cela a causé beaucoup de problèmes; Ainsi, les usines ont maintenant de plus longues cheminées de fumée. Cependant, ce qui provoque polluants à effectuer plus loin, causant des dommages plus écologique.
Les procédés chimiques
la chimie en phase gazeuse
Dans la phase gazeuse du dioxyde de soufre est oxydé par réaction avec le via un radical hydroxyle réaction intermoléculaire:
- SO 2 + OH · → HOSO 2 ·
qui est suivie par:
- HOSO 2 · + O 2 → HO 2 · + SO 3
En présence d'eau, le trioxyde de soufre (SO 3) est rapidement converti en acide sulfurique :
- SO 3 (g) + H 2 O (l) → H 2 SO 4 (l)
L'acide nitrique est formé par la réaction du groupe OH avec Le dioxyde d'azote:
- NO 2 + OH · → HNO3
Pour plus d'informations, voir Seinfeld et Pandis (1998).
Chimie en gouttelettes de nuage
Quand les nuages sont présents, le taux de SO 2 de perte est plus rapide que peut être expliqué par la chimie en phase gazeuse seul. Cela est dû à des réactions dans les gouttelettes d'eau liquide
- Hydrolyse
Le dioxyde de soufre se dissout dans l'eau, puis, comme le dioxyde de carbone, hydrolyse dans une série d' équilibre des réactions:
- SO 2 (g) + H 2 O ⇌ SO 2 · H 2 O
- SO 2 · H 2 O ⇌ H + + HSO 3 -
- HSO 3 - ⇌ H + + SO 3 2-
- Oxydation
Il existe un grand nombre de réactions aqueuses que oxyder le soufre à partir de S ( IV ) à S (VI), conduisant à la formation d'acide sulfurique. Les réactions d'oxydation avec les plus importantes sont l'ozone , le peroxyde d'hydrogène et de l'oxygène (réactions avec l'oxygène sont catalysées par le fer et le manganèse dans les gouttelettes de nuages).
Pour plus d'informations, voir Seinfeld et Pandis (1998).
Les dépôts acides
Le dépôt humide
Le dépôt humide d'acides se produit lorsque toute forme de précipitations (pluie, neige, etc.) élimine les acides de l'atmosphère et le remet à la surface de la Terre. Cela peut résulter du dépôt d'acides produits dans les gouttes d'eau (voir la chimie en phase aqueuse ci-dessus) ou par la précipitation élimination des acides dans les nuages ou l'autre ou au-dessous des nuages. Enlèvement par voie humide des deux gaz et aérosols sont à la fois de l'importance pour les dépôts humides.
Le dépôt sec
Les dépôts acides se produit également par dépôt sec en l'absence de précipitations. Ce peut être responsable d'autant que 20 à 60% des dépôts acides totaux. Cela se produit lorsque les gaz et les particules adhèrent au sol, les plantes ou d'autres surfaces.
Les effets indésirables
Les pluies acides a été montré pour avoir des effets néfastes sur les forêts, les eaux douces et les sols, tuer les insectes et les formes de vie aquatiques ainsi que causer des dommages aux bâtiments et ayant les impacts possibles sur la santé humaine.
Les eaux de surface et les animaux aquatiques
Tant le pH faible et des concentrations en aluminium supérieures dans les eaux de surface qui se produisent à la suite des pluies acides peuvent causer des dommages aux poissons et autres animaux aquatiques. A des pH inférieur à 5 oeufs plupart des poissons ne seront pas éclore et pH inférieurs peuvent tuer les poissons adultes. Comme lacs deviennent plus acide biodiversité est réduite. Les pluies acides a éliminé la vie des insectes et de certaines espèces de poissons, y compris le omble de fontaine dans certains cours d'eau et les ruisseaux des Appalaches. Cependant, il ya eu un débat sur la mesure dans laquelle les pluies acides contribue à l'acidité des lacs (à savoir que de nombreux lacs acides peuvent entraîner principalement des caractéristiques du bassin hydrographique, et non la pluie elle-même). Le Site web des Etats de l'EPA: "Sur les lacs et cours d'eau étudiés, les pluies acides causées acidité dans 75 pour cent des lacs acides et environ 50 pour cent des flux acides".
Sols
Biologie du sol peut être sérieusement endommagé par les pluies acides. Certains tropicale microbes peuvent rapidement consomment acides mais d'autres microbes sont incapables de tolérer des pH bas et sont tués. Le de ces enzymes sont des microbes dénaturé (changé de forme de sorte qu'ils ne fonctionnent plus) par l'acide. Les ions hydronium des pluies acides mobilisent aussi toxines et filtrer au nutriments et minéraux essentiels
- 2 H + (aq) + Mg 2+ (argile) ⇌ 2H + (argile) + Mg2 + (aq)
Les forêts et autres types de végétation
Les effets indésirables peuvent être indirectement liées aux pluies acides, comme les effets de l'acide sur le sol (voir ci-dessus) ou à haute concentration de précurseurs gazeux à la pluie acide. Forêts d'altitude sont particulièrement vulnérables car ils sont souvent entourés de nuages et le brouillard qui sont plus acide que la pluie.
D'autres plantes peuvent aussi être endommagés par les pluies acides, mais l'effet sur les cultures vivrières sont minimisés par l'application d'engrais pour remplacer les nutriments perdus. Dans les zones cultivées, le calcaire peut également être ajouté pour augmenter la capacité du sol à maintenir la stabilité du pH, mais cette tactique est en grande partie inutilisables dans le cas des terres sauvages. Les pluies acides épuise les minéraux du sol et il entrave la croissance de la plante.
Santé humaine
Certains scientifiques ont suggéré des liens directs pour la santé humaine, mais aucune n'a été prouvée .. Cependant, particules fines, une grande partie de ce qui sont formées à partir des mêmes gaz que les pluies acides (dioxyde de soufre et le dioxyde d'azote), ont été montré pour causer la maladie et aux décès prématurés comme le cancer et d'autres maladies mortelles Pour plus d'informations sur les effets sur la santé des aérosols voir effets sur la santé de particules.
Autres effets néfastes
Les pluies acides peuvent aussi causer des dommages à certains matériaux de construction et des monuments historiques. Ce est parce que l'acide sulfurique dans la pluie réagit chimiquement avec les composés de calcium dans les pierres (calcaire, grès, marbre et granit) pour créer le gypse, qui a ensuite écaille.
- CaCO 3 (s) + H 2 SO 4 (aq) ⇌ CaSO 4 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O (l)
Ce est également souvent observée sur les vieilles pierres tombales où la pluie acide peut causer l'inscription pour devenir complètement illisible. Les pluies acides provoque également une augmentation du taux d'oxydation du fer. La visibilité est aussi réduite de sulfate et de nitrate dans l'atmosphère.
Zones touchées
Endroits particulièrement touchés dans le monde entier comprennent la plupart de l'Europe (en particulier Scandinavie avec de nombreux lacs d'eau acide contenant pas de vie et de nombreux arbres morts) de nombreuses parties du Etats-Unis (Etats comme New York sont très durement touchée) et le Sud-Ouest du Canada . Autres zones touchées comprennent la côte Sud-Est de la Chine et de Taiwan .
Les problèmes potentiels dans l'avenir
Des endroits comme une grande partie de l'Asie du Sud ( Indonésie , Malaisie et Thaïlande ), Western Afrique du Sud (pays), dans le sud de l'Inde et du Sri Lanka et même Afrique de l'Ouest (des pays comme le Ghana , Togo ] et Nigeria ) pourraient tous être sujettes à des précipitations acides dans le avenir.
Les méthodes de prévention
Les solutions techniques
Aux États-Unis, de nombreux charbon brûlant centrales utilisent Désulfuration des gaz de combustion (DGC) pour éliminer les gaz contenant du soufre de leurs gaz de cheminée. Un exemple de FGD est l'épurateur par voie humide qui est couramment utilisé aux États-Unis et de nombreux autres pays. Un laveur humide est essentiellement une tour de réaction équipé d'un ventilateur qui extrait les gaz de combustion de la fumée chaude d'une centrale électrique dans la tour. Chaux ou du calcaire sous forme de suspension est également injectés dans la tour de se mélanger avec les gaz de combustion et de combiner avec le dioxyde de soufre présent. Le carbonate de calcium de la chaux produit du sulfate de calcium à pH neutre qui est physiquement retiré de la tour de lavage. Autrement dit, l'épurateur se pollution de soufre en sulfates industriels.
Dans certaines régions, les sulfates sont vendus à des entreprises chimiques comme le gypse lorsque la pureté de sulfate de calcium est élevé. Dans d'autres cas, ils sont placés dans enfouissement. Cependant, les effets des pluies acides peuvent durer pendant des générations, que les effets du changement de niveau de pH peuvent stimuler la lixiviation continue de produits chimiques indésirables dans les sources d'eau autrement primitifs, tuant espèces d'insectes et de poissons vulnérables et en bloquant les efforts visant à restaurer la vie indigène.
Automobile contrôle des émissions réduit les émissions d'oxydes d'azote des véhicules à moteur.
Les traités internationaux
Un certain nombre de traités internationaux sur le transport à longue distance des polluants atmosphériques ont été convenues par exemple Les émissions de soufre Protocole de réduction dans le cadre du Convention sur la pollution atmosphérique transfrontière à longue distance.
L'échange d'émissions
Un régime de réglementation plus récente implique échange de droits d'émissions. Dans ce schéma, toutes les installations polluantes en cours est donné une licence d'émission qui devient une partie des biens d'équipement. Les opérateurs peuvent alors installer des équipements de contrôle de la pollution, et de vendre une partie de leurs licences d'émissions. L'intention de ce est de donner aux opérateurs des incitations économiques pour installer les contrôles de pollution.
