باران اسیدی چیست؟

دید کلی

در چند دهه اخیر میزان اسیدیته آب باران ، در بسیاری از نقاط کره زمین افزایش یافته و به همین خاطر اصطلاح باران اسیدی رایج شده است. برای شناخت این پدیده سؤالات زیادی مطرح گردیده ، که به عنوان مثال می‌توان به این موارد اشاره کرد : چه عناصری باعث تغییر طبیعی باران می‌شوند؟ منشأ این عناصر چیست؟ این پدیده در کجا رخ می‌دهد؟

معمولا نزولات جوی به علت حل شدن دی‌اکسید کربن هوا در آن و تشکیل اسید کربنیک به طور ملایم اسیدی هستند و PH باران طبیعی آلوده نشده حدود ۵.۶ می‌باشد. پس نزولاتی که به مقدار قابل ملاحظه‌ای قدرت اسیدی بیشتری داشته باشند و PH آنها کمتر از ۵ باشد ، باران اسیدی تلقی می‌شوند.

 تاریخچه

پدیده باران اسیدی در سال‌های پایانی دهه ۱۸۰۰ در انگلستان کشف شد ، اما پس از آن تا دهه ۱۹۶۰ به دست فراموشی سپرده شد. « اسمیت » در سال ۱۸۷۳ واژه باران اسیدی را برای اولین بار مطرح کرد. او پی برد که ترکیب شیمیایی باران تحت تأثیر عواملی چون جهت وزش باد ، شدت بارندگی و توزیع آن ، تجزیه ترکیبات آبی و سوخت می‌باشد. این محقق متوجه اسید سولفوریک در باران شد و عنوان نمود که این امر ، برای گیاهان و اشیاء واقع در سطح زمین خطرناک است.

« موتا » و « میلو » در سال ۱۹۸۷ عنوان داشتند که دی‌اکسید کربن با اسید سولفوریک و اسید نیتریک عوامل اصلی تعیین کننده‌ی میزان اسیدی بودن آب باران هستند؛ زیرا در یک فاز آبی به صورت یون‌های نیترات و سولفات در می‌آیند و چنین یون‌هایی به آب باران خاصیت اسیدی می‌بخشند.

 عوامل موثر در اسیدیته باران

آب باران هیچگاه ، کاملا خالص نبوده و با پیشرفت صنعت بر ناخالصی‌های آن افزوده شده است. ناخالصی طبیعی باران به طور عمده ناشی از نمک‌های دریایی است و گازها و دودهای ناشی از فعالیت انسان در فرآیند ابرها دخالت می‌کنند.

آتش‌سوزی جنگل‌ها نیز از جمله عواملی است که در میزان اسیدیته آب باران نقش دارد. فرآیندهای بیولوژیکی ، آتشفشانی و فعالیت‌های انسان ، مواد آلوده کننده‌ی جو را در مقیاس محلی ، منطقه‌ای و جهانی در فضا منتشر می‌کنند. به عنوان مثال : در صورت وجود جریانات باد در نواحی صنعتی ، مواد خارج شده از دودکش‌های کارخانه‌ها در سطح وسیعی در فضا پراکنده می‌شوند.

 اسیدهای موجود در باران اسیدی

اسیدهای عمده در باران اسیدی ، اسید سولفوریک و اسید نیتریک می‌باشند. به طور کلی این اسیدها به هنگام حمل توده هوایی که آلاینده‌های نوع اول (مانند : SO2 و NOx) را دربر دارند ، به وجود می‌آیند. از این رو معمولا محل نزول باران اسیدی دورتر از منبع آلاینده‌ها می‌باشد. باران اسیدی یک مشکل آلودگی است که به علت حمل دوربرد آلاینده‌های هوا ، توسط باد ، حد و مرز جغرافیایی نمی‌شناسد.

– منابع تولید دی‌اکسید گوگرد

به طور کلی در مقیاس جهانی ، بیشتر SO2 به وسیله آتشفشان‌ها و توسط اکسایش گازهای گوگرد حاصل از تجزیه گیاهان تولید می‌شود. این دی‌اکسید گوگرد طبیعی معمولا در قسمت‌های بالای جو انتشار می‌یابد. بنابراین غلظت آن در هوای پاکیزه ناچیز می‌باشد. منبع عمده تولید SO2 ناشی از فعالیت‌های انسانی (از جمله احتراق زغال‌سنگ) می‌باشد.

دی‌اکسید گوگرد به وسیله صنعت نفت به هنگام پالایش نفت یا تصفیه گاز طبیعی ، مستقیما به صورت H2S در هوا انتشار می‌یابد. بیشتر کانی‌های با ارزش در طبیعت ، به صورت سولفید یافت می‌شوند. بنابراین هنگام استخراج و تبدیل آنها به فلز آزاد ، مقداری SO2 در هوا آزاد می‌شود و در اثر ترکیب با ذرات ریز بخار آب ، به H2SO4 تبدیل شده و در اثر کاهش دما در قسمت‌های بالای جو ، به صورت باران اسیدی به زمین برمی‌گردد.

 منابع تولید اکسیدهای نیتروژن

NOx در هوای غیر آلوده به مقدار کم در اثر ترکیب اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا هنگام رعد و برق ، وجود دارد و همچنین مقداری هم از رها شدن اکسیدهای نیتروژن از منابع زیستی حاصل می‌شود ، اما NOx که به عنوان آلاینده جوی محسوب می‌شود ، از نیروگاه‌ها و دود اگزوز خودروها ناشی می‌شود.

باران اسیدی در آمریکای جنوبی

پیرامون معضل باران اسیدی ، به ویژه در مورد مناطق صنعتی که میزان PH کمتر از ۳ دارند ، تاکنون مقالات زیادی منتشر شده است. با وجود این بعضی از محققین معتقدند که برخی از این مقالات مستند نیستند و PH طبیعی باران توسط فعالیت‌های مختلف انسانی ، چنان تغییر می‌کند که تعیین یک استاندارد ، غیرممکن می‌باشد. در ارتباط با این مطلب می‌توان مثال‌هایی از آمریکای جنوبی زد. جایی که میزان PH آب باران ، هم در جنگل‌های آمازون و هم در شهرهای سائوپائولو و ریدوژانیرو و باربر ۴.۷ است. در جنگل آمازون موارد زیر در اسیدی شدن آب باران تأثیر اساسی دارند :

– ید سولفوریک : که خود از اکسید شدن سولفید هیدروژن (از مواد فرار مناطق مردابی) تشکیل می‌شود.

– ید آلی : که از سوختن مواد آلی به وجود می‌آید.

عملکرد و آثار باران‌های اسیدی ، که به طور طبیعی مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است ، ما را به سوی رخدادهای زیستی فاجعه‌آمیز هدایت می‌کند. با وجود اینکه این پدیده منشأ طبیعی دارد ، محققان بر این باورند که عملکرد انسان در این رابطه بسیار تأثیرگذار است.

 باران قلیایی

نکته مهمی که باید به آن اشاره کرد ، این است که در بعضی از مواقع ، PH آب باران حتی در جو بسیار آلوده هم در ۵.۶ ثابت باقی می‌ماند. دانشمندان این مسأله را به حضور ترکیبات قلیایی در کنار اسید نسبت می‌دهند. چنانچه میزان ترکیبات قلیایی شدیدا افزایش یابد ، PH باران به بیش از ۷ نیز می‌رسد. در این صورت به جای باران اسیدی ، باران قلیایی خواهیم داشت. ضمنا گروهی از عناصر شیمیایی در جو وجود دارند که حالت اسیدی را طی واکنش‌هایی خنثی می‌کنند. خاک بیایان‌ها ، منبع طبیعی و باارزش این عناصر قلیایی است. از جمله منابع غیرطبیعی عناصر قلیایی ، که آلوده‌کننده‌ی جو هستند ، می‌توان به کارخانه‌های تولید کننده سیمان و فعالیت‌های استخراج معادن اشاره نمود.

 اثرات بوم شناختی باران اسیدی

آلاینده‌های نوع اول هوا (مانند : SO2 و NOx) آب باران را چندان اسیدی نمی‌کنند ، اما این آلاینده‌ها می‌توانند طی چند ساعت یا چند روز به آلاینده‌های نوع دومی (مانند : H2SO4 و HNO3) تبدیل شوند که هر دو در آب بسیار انحلال‌پذیر و جز اسیدهای قوی می‌باشند. در واقع تمام قدرت اسیدی در باران اسیدی ، به علت وجود این دو اسید است.

میزان تأثیر باران اسیدی بر روی حیات زیست شناختی در یک منطقه به ترکیب خاک و صخره سنگی که در زیر لایه‌ی سطحی زمین آن منطقه واقع است ، بستگی دارد. مناطقی که در زیر لایه‌ی سطحی زمین گرانیت یا کوارتز دارند ، بیشتر تحت تأثیر قرار می‌گیرند؛ زیرا خاک وابسته به آن ، ظرفیت کمی برای خنثی کردن اسید دارد. چنانچه صخره سنگی در زیر لایه‌ی سطحی زمین از نوع سنگ آهک یا گچ باشد ، اسید به طور مؤثر خنثی خواهد شد ، زیرا کربنات کلسیم به صورت باز عمل کرده و با اسید وارد واکنش می‌شود.

 تأثیر باران اسیدی روی اکوسیستم آبی

دریاچه‌های اسیدی شده ، به علت شسته شدن سنگ‌ها به وسیله یون هیدروژن دارای غلظت‌های بالای آلومینیوم هستند. قدرت اسیدی بالا و غلظت‌های بالای آلومینیوم عامل اصلی کاهش جمعیت ماهی‌هاست. ترکیب زیست‌شناختی دریاچه‌های اسیدی شده ، به شدت دچار تغییر می‌شود و تکثیر ماهی‌ها در آب‌های دارای قدرت اسیدی بالا ، کاهش می‌یابد. وقتی PH خیلی پایین‌تر از ۵ باشد ، گونه‌های اندکی زنده مانده و تولید مثل می‌کنند. آب دریاچه‌های اسیدی شده اغلب زلال و شفاف می‌باشد و این به علت از بین رفتن زندگی گیاهی و جانوری این دریاچه‌ها می‌باشد.

 تأثیر باران اسیدی روی گیاهان و جنگل‌ها

تاثیر باران اسیدی بر روی جنگل‌ها و محصولات کشاورزی را به دشواری می‌توان تعیین کرد. ولی با این وجود بررسی‌های آزمایشگاهی حاکی از این هستند که گیاهان زراعی رشد یافته در شرایط باران‌های اسیدی ، رفتار متفاوتی نشان می‌دهند. محصولات برخی افزایش یافته و محصولات گروهی کاهش می‌یابد.

آلودگی هوا اثرات بدی روی درختان دارد. اسیدی شدن خاک ، مواد غذایی موجود در آن را شسته و از بین می‌برد. باران اسیدی که در جنگل‌ها می‌ریزد ، به همراه سایر اکسنده‌های هوا (که درختان جنگلی در معرض آنها قرار دارند) تأثیر نامطلوبی روی درختان و پوشش گیاهی گذاشته و این تأثیرات نامطلوب وقتی با خشکسالی ، دمای بالا و بیماری همراه باشد ، ممکن است باعث خشک شدن درختان شود.

جنگل‌های ارتفاعات بالا بیش از همه تحت تأثیر ریزش باران اسیدی هستند. قدرت اسیدی در مه و شبنم بیش از باران است ، زیرا در مه و شبنم آبی که موجب رقیق شدن اسید شود ، کمتر است. درختان برگ‌ریز که با باران اسیدی آسیب می‌بینند ، به تدریج برگ‌های خود را از بالا به پایین از دست داده و اکثر برگ‌های خشک شده در بهار بعدی تجدید نمی‌شوند.

بعضی از اثرات مهم باران‌های اسیدی که « فومارو » در سال ۱۹۹۷ نیز به آنها اشاره کرده است ، عبارتند از :

– مضر برای انسان : ایجاد تنگی نفس ، برونشیت ، التهاب ریه ، آنفلوآنزا و سرماخوردگی.

– تخریب جنگل‌ها : ریختن برگ‌ها ، تخریب ریشه توسط باکتری‌ها ، کاهش روند رشد ، تقلیل میزان محصول دهی ، کم شدن قدرت حیات.

– خطرناک برای دریاچه‌ها : مرگ صدها گونه‌ی زیستی.

– تسریع در خوردگی مواد : خوردگی وسایل نقلیه و بناهای تاریخی.

کدام مناطق ، بیشتر در معرض باران‌های اسیدی قرار دارند؟

تا چندی پیش چنین تصور می‌شد که باران اسیدی یک مشکل اروپایی است ، اما امروزه می‌دانیم که باران اسیدی همه کشورهای صنعتی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. آمریکا ، کانادا ، آلمان ، انگلستان و اسکاندیناوی به طور جدی با این مشکل مواجه هستند. مناطقی از آسیا نیز در برابر باران اسیدی آسیب‌پذیرند (از جمله : ژاپن ، کره‌ی شمالی و جنوبی ، جنوب چین ، بخش کوهستانی و جنوب غربی هند). در تهران نیز – به طور عمده در مناطق شمال شرقی این شهر – PH اسیدی گزارش شده است. به عنوان مثال می‌توان از ایستگاه‌های شمیران و پارک وی نام برد ، که به علت کم بودن بافر (مثل کلسیم و منیزیم) است. پایین‌ترین PH گزارش شده در تهران ، ۳.۸ می‌باشد.