GRUP ŞCOLAR MOZĂCENI
PROIECT pentru promovarea competenţelor profesionale TEMĂ: PLOAIA ACIDĂ
Elev: Trandafir Oana
Îndrumător: prof. Cinca Alina
Iunie 2010
INTRODUCERE Ploaia acidă a fost încă de acum câteva decenii o problemă ecologică majoră. Până de curând, se cunoşteau puţine lucruri despre aceasta. S-au făcut multe studii pentru a determina cauzele chimice ale producerii poluării acide, oamenii de ştiinţă emiţând cateva teorii pentru a explica acest fenomen. Ameninţarea reprezentată de ploaia acidă nu e limitată de graniţele geografice, căci vânturile transportă substanţele poluante pe tot globul. Efectele distructive ale ploii acide nu se limitează doar la mediul natural. Structuri de piatră, metal sau ciment au fost şi ele afectate sau chiar distruse. Ploaia acidă este o formă de poluare atât a aerului cât şi a apei, fiind orice tip de precipitaţie ce are un nivel al acidităţii mai ridicat decât cel al unei precipităţii nepoluate. În general, pH-ul de 5,6 a fost folosit drept bază de referinţă în identificarea ploii acide, deşi această valoare nu a fost acceptată de mulţi cu uşurinţă. Interesant este faptul că 5,6 este valoarea pH-ului dioxidului de carbon în raport cu apa distilată. Deci, orice precipitaţie care are o valoare a pH-ului mai mică decât 5,6 este considerată precipitaţie acidă. Sub termenul de "ploi acide" sau "precipitaţii acide" se includ toate tipurile de precipitaţii – ploaie, zăpadă, lapoviţă, ceaţă, al căror pH e mai mic decât pH-ul apei naturale, care este egal cu 5,6. Ploaia acidă se formează ca un rezultat al reacţiilor din atmosferă cu substanţe ce conţin sulf şi azot, sau altfel spus, eliminându-se în urma activităţii umane SO 2 şi NOx se transformă în atmosferă în particule acide. Aceste particule intră în reacţie cu vaporii de apă, transformându-le în amestecuri acide, ce scad pH-ul apei de ploaie. Formarea în cantităţi mari a oxizilor se datorează arderii petrolului şi cărbunelui. Cea mai mare cantitate de oxizi se întâlneşte în oraşe. Ploile acide duc la distrugerea suprafeţelor date cu lac şi vopsea, pierderea lumii vii a bazinelor acvatice, la coroziunea podurilor şi monumentelor arhitecturale, determină toxicitatea apei potabile în urma dizolvării în apă a plumbului din conducte şi scade transparenţa apei, duce la scăderea fertilităţii solului. Curiozităţi: În timpul unor furtuni din New England s-a citit un pH de 2,4 la fel de acid ca şi oţetul. În timpul unei furtuni acide de vară, ploaia cazută pe un automobil de culoare verde deschis a îndepărtat galbenul din culoarea verde, lăsând urme de picături de culoare albastră pe maşină. 2
CAPITOLUL I CAUZELE PLOII ACIDE Problema poluării acide îşi are începuturile în timpul Revoluţiei Industriale şi efectele acesteia continuă să crească din ce în ce mai mult. Severitatea efectelor poluării acide a fost de mult recunoscută pe plan local, exemplificată fiind de smogurile acide din zonele puternic industrializate, dar problema s-a ridicat şi în plan global. Oricum, efectele distructive pe areale în continuă creştere a ploii acide s-au amplificat mai mult în ultimele decenii. 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 corozivă a ploii acide provoacă pagube incomensurabile mediului inconjurător. În secolul XX, aciditatea aerului şi ploaia acidă au ajuns să fie recunoscute ca o ameninţare capitală la adresa calităţii 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. Zona care a primit o atentie deosebită din punctul de vedere al studierii sale, o reprezintă Europa de Nord-Vest. În 1984, de exemplu, raporturi privind mediul ambiant indicau faptul că aproape o jumătate din masa forestieră a Pădurii Negre din Germania, a fost afectată de ploi acide. Nord-Estul Statelor Unite şi estul Canadei au fost de asemenea afectate în special de această formă de poluare.
1.1 Principalele gaze care conduc la apariţia ploilor acide Una din principalele cauze ale ploii acide este dioxidul de sulf (SO 2). Sursele naturale ce emit acest gaz sunt vulcanii şi planctonul dar principala sursă rămâne arderea combustibililor fosili, cum sunt cărbunele şi petrolul, responsabili pentru aproximativ jumătate din emisiile dioxidului de sulf de pe suprafaţa globului. Când sulful este prezent în combustibil din reacţia lui cu oxigenul rezultă dioxid de sulf. Acesta reacţionează cu apa şi formează acidul sulfuric (H 2SO4). Nu toată cantitatea de dioxid de sulf se transformă în acid sulfuric. De fapt, o mare parte poate pluti în atmosferă pentru ca apoi sa se întoarcă în aceeaşi stare pe Pământ. Acestea sunt ecuaţiile stoechiometrice pentru formarea acidului sulfuric:
3
S(în cărbuni) + O2 = SO2 2SO2 + O2 = 2SO3 SO3 + H2O = H2SO4 Emisiile de sulf şi azot în atmosferă au început să crească simţitor în perioada Revoluţiei Industriale. În 1852, Robert Angus Smith a fost primul care a sesizat legătura dintre ploile acide şi poluarea atmosferică. Totuşi, abia la sfârşitul anilor '60 s-a început studierea atentă a acestui fenomen, iar în 1972 i s-a dat denumirea de "ploaie acidă". Monoxidul de azot şi dioxidul de azot sunt de asemenea componenţi ai ploii acide. Sursele lor sunt centralele electrice şi fumul scos de ţevile de eşapament. La fel ca şi dioxidul de sulf, aceşti oxizi ai azotului se ridică în atmosferă şi sunt oxidaţi în nori, pentru a forma acidul azotic. Aceste reacţii sunt de asemenea catalizate în norii foarte poluaţi, unde fierul, manganul, amoniacul şi peroxidul de oxigen sunt prezenţi. Emisiile industriale au fost învinuite ca fiind cauza majoră a formării ploii acide. Datorită faptului că reacţiile chimice ce decurg în cadrul formării ploii acide sunt complexe şi încă puţin înţelese, industriile au tendinţa să ia masuri împotriva ridicării gradului de poluare a acestora, şi de asemenea, s-a încercat strângerea fondurilor necesare studiilor fenomenului, fonduri pe care guvernele statelor în cauză şi-au asumat răspunderea să le suporte. Astfel de studii eliberate de guvernul Statelor Unite în anii '80, implică industria ca fiind principala sursă poluantă ce ajută la formarea ploii acide în estul Statelor Unite şi Canada. În 1988 o parte a Naţiunilor Unite, Statele Unite ale Americii şi alte 24 de naţiuni au ratificat un protocol ce obliga stoparea ratei de emisie în atmosferă a oxizilor de azot, la nivelul celei din 1987. Amendamentele din 1990 la Actul privind reducerea poluării atmosferice, act ce a fost semnat încă din 1967, pun în vigoare reguli stricte în vederea reducerii emisiilor de dioxid de sulf din cadrul uzinelor energetice, în jurul a 10 milioane de tone pe an până pe data de 1 ianuarie 2000. Această cifră reprezinta aproape jumătate din totalul emisiilor din anul 1990.
1.2. Transformarea NOx şi SO2 în acizi Aciditatea precipitaţiilor acide depinde nu numai de nivelul emisiilor ci şi de amestecurile de chimicale cu care interacţionează SO 2 şi NOx în atmosferă. Formarea acidului sulfuric şi azotic este un process complex, constând în câteva reacţii chimice. Este important să considerăm ambele faze: - soluţie - gaz, în procesul de conversiune.
4
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 O 2. 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 atmosferă umedă conduce la formarea acidului sulfuric. Oricum prima reacţie este foarte înceată 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 fotodescompunere a 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:
5
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 radicalii liberi). Reacţia implică formarea unui intermediar (A), posibil un ion acid peroximonosulfuros şi se petrece astfel: 1) HSO3 + H2O2 = A + H2O 2) A + H = H 2SO4
NO x :
▪ faza de gaz: 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 = HONO2 (+M) Mai există alte câteva posibilităţi precum oxidarea cu oxigen atmosferic. Oricum niciuna nu se produce într-o rată substanţială în atmosferă, pentru a contribui semnificativ la formarea acidului azotic.
▪ faza de soluţie: Există trei ecuaţii considerate importante în oxidarea soluţiei de NO x: 1) 2NO2(g) + H2O(l) = 2H + NO3 + NO2 2) NO(g) + NO(g) + H 2O(l) = 2H + 2NO2 3) 3NO2(g) + H2O(l) = 2H + 2NO3 + NO(g) Aceste reacţii sunt limitate de dependenţa lor de presiunea parţială a NO x prezent în atmosferă şi de legea solubilităţii NO x.
6
CAPITOLUL II EFECTELE PLOII ACIDE Ameninţarea reprezentată de ploaia acidă nu e limitată de graniţele geografice, căci vânturile transportă substanţele poluante pe tot globul. Efectele ploii acide sunt dramatice. Cu toţii conştientizăm că ploaia acidă este o problemă ecologică gravă, însă nu cunoaştem în totalitate consecinţele acestui fenomen. Ploaia acidă poate să distrugă forme de viaţă, iar depunerile chimice pot afecta vegetaţia naturală. Sunt afectate pădurile, lacurile şi iazurile, plantele şi solul. Pădurile din regiunile muntoase sunt expuse cantităţilor mari de acid şi astfel există posibilitatea ca multe specii de plante şi copaci să dispară într-un timp relativ scurt. De asemenea, modificările pH-ului lacurilor conduc la o scădere a varietăţii peştilor, plantelor şi animalelor. Ploile acide determină, de asemenea, şi eliberarea substanţelor toxice pentru copaci şi plante în sol.
2.1. Efectul ploilor 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. Ceaţa acidă afectează în mod special vizibilitatea, opunându-se cursului luminii de la Soare către Pământ şi înapoi, făcând deplasarea dificilă, atât în plan terestru, dar mai ales în planul aerian (un grad de vizibilitate scăzut în rândul piloţilor). În zona arctică, aceasta afectează creşterea lichenilor, care la rândul ei, afectează renii şi alte animale care se hrănesc cu licheni.
2.2. Efectul ploilor acide asupra arhitecturii Particulele acide sunt, de asemenea, 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 corodează 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 anul 1967, podul de peste râul Ohio s-a prăbuşit, omorând 46 de persoane. Motivul? Coroziunea produsă de ploile acide. 7
2.3. Efectul ploilor acide 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 de asemenea 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.
2.4. Efectul ploilor 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. În august 1987, peste 100 de persoane au fost tratate pentru iritaţii ale ochilor, gâtului şi gurii, când două tone de dioxid de sulf, gaz foarte toxic, s-au scurs de la o fabrică de lângă Sudbury, Ontario. Chiar fără accidente, dioxidul de sulf, emis regulat de aceasta fabrică, a fost legat de bronşitele cronice ale angajaţilor fabricii.
2.5. Efectul ploii acide asupra copacilor şi solului Unul dintre cele mai serioase impacte ale precipitaţiilor acide este cel asupra pădurilor şi solurilor. Studii publicate în 1996 sugerează faptul că pădurile şi solul forestier sunt cu mult mai afectate de ploaia acidă decât se credea prin anii '80, şi redresarea efectelor este foarte lentă. Efectul ploii acide asupra copacilor constituie o problemă majoră. Se pare că cele mai afectate sunt pădurile de conifere. Acidul reacţionează cu substanţele nutritive necesare copacilor, cum sunt calciul, magneziul, potasiul, ceea ce îngreunează hrănirea lor. Aceasta face ca arborii să fie mai susceptibili la alte
8
fenomene: nu mai pot rezista vântului sau greutăţii zăpezii. Ploaia acidă face să le cadă frunzele, iar copacii afectaţi au o culoare palidă, anormală. Pagube majore se produc atunci când acidul sulfuric cade pe Pământ sub formă de ploaie. Substanţele nutritive aflate în soluri sunt îndepartate. Aluminiul, de asemenea 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. Aceţtia sunt inlocuiţi de atomi de hidrogen inutili, care încetinesc fotosinteza. În plus, îngheţurile severe pot agrava această situatie. 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 de asemenea creşterea ciupercilor şi apariţia dăunătorilor. Monoxidul de azot şi dioxidul de azot, componenţi de asemenea 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.
2.6. Efectul ploilor acide asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice Unul dintre efectele directe ale ploii acide este cel asupra lacurilor şi ecosistemelor acvatice. 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 care 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 perioadă de reproducere pentru amfibieni, peşti şi insecte. Multe dintre aceste specii îşi depun ouăle în apă, iar schimbarea bruscă a pHului 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. Peştii, fiind membrii primari ai lanţului trofic, reprezintă hrana pentru multe specii de animale, printre care se numară şi omul. Din cauza materialelor toxice,
9
precum mercurul depozitat în peşti ca rezultat al ploilor acide, este periculos pentru oameni să consume peşte. Amfibienii sunt deasemenea afectaţi, la fel ca peştii, ei neputându-se reproduce într-un mediu acid. În doar 10 ani, din anul 1961 până în anul 1971, Lacul Lumsden din frumoasa regiune Killamey din Ontario, Canada, a trecut de la un pH de 6,8 la unul de 4,4. Aceasta este o mărire a acidităţii de aproape 200 de ori. Mai jos, în tabel, sunt înscrise pe scurt efectele nivelului pH-ului asupra formelor de viaţă din ecosistemele acvatice. Nivelul pH-ului <6
< 5,5 <5 <4
Efecte - formele de mâncare primare mor; spre exemplu, muştele de mai sunt surse importante de viaţă pentru peşti, ele nu pot suprevieţui la acest nivel al pH-ului - puii nu pot trăi - din cauza lipsei de hrană apar mulţi adulţi cu malformaţii - peştii mor prin sufocare - toţi peştii dispar - dispar şi celelalte forme de viaţă, dacă mai există
Efectele ploilor acide la nivel global Uneori acizii poluanţi apar ca particule uscate şi ca gaze 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”. În 1852, Robert Angus Smith a fost primul care a sesizat legătura dintre ploile acide şi poluarea atmosferică. Totuşi, abia la sfârşitul anilor '60 s-a început studierea atentă a acestui fenomen, iar în anul 1972 i s-a dat denumirea de "ploaie acidă". Cele mai dese ploi acide au loc în S.U.A., Germania, Cehia, Slovacia, ţările fostei Iugoslavii, Olanda, Elveţia, Australia şi alte ţări ale lumii. Ploaia acidă are o acţiune negativă asupra bazinelor acvatice: duce la mărirea acidităţii până la un nivel astfel încât este nimicită flora şi fauna. Plantele acvatice cresc foarte bine în apă cu pH de 7-9,2. La pH de 6 moare crevetele; la pH de 5,5 mor bacteriile bentonice. Moartea lor duce la acumularea reziduurilor organice la fundul bazinelor acvatice. Apoi, dispare planctonul. La pH de 4,5 mor peştii, amfibiile, insectele. 10
Din substanţele organice depuse la fundul bazinului acvatic are loc eliberarea metalelor toxice. Aciditatea mare a apei duce la descompunerea Al, Cd, Hg, Pb. "Ploile acide" au fost depistate pentru prima dată în Germania către sfârşitul anilor ’70 (mai mult de o treime din cele 7,5 milioane hectare de pădure ale ţării au fost distruse). Infestarea mediului înconjurător datorită CO 2 furnizat de industrie şi de parcul auto se află la originea pierderilor ireparabile cauzate pădurii de "ploile acide". În Germania de Vest s-a trecut la utilizarea benzinei cu conţinut redus de plumb şi la limitarea emisiunilor nocive ale tuturor vehiculelor. Când insula Krakatoa din strâmtoarea dintre Sumatra şi Java a fost aruncată în aer în 1883, în urma erupţiei vulcanice, sunetul marii explozii s-a auzit până la 1500 de mile la nord de Borneo şi 2000 de mile la S-E în Australia. Norul de praf şi cenuşa au produs un întuneric total pentru 24 de ore într-un spaţiu de 100 de mile spre vest de vulcan. Un mare nor de praf a fost observat pe tot globul în jurul Ecuatorului timp de două săptămâni. Trecerea lui în zonele temperate a produs răsărituri şi apusuri de soare strălucitor colorate timp de doi ani. Ploi cu noroi au căzut până la 50 de mile faţă de locul eruptiei şi insule plutitoare de piatră poroasa (tuf vulcanic) au circulat până la Oceanul Indian. Poluarea atmosferei de către Krakatoa a avut un caracter global, dar după trei ani de la cea mai violentă catastrofă din istoria civilizaţiei umane procesele naturale au restituit aerului atmosferic puritatea sa naturală. Efectele distructive ale ploii acide nu se limitează doar la mediul natural. Structuri de piatră, metal sau ciment au fost şi ele afectate sau chiar distruse. Unele dintre marile monumente ale lumii, catedralele Europei sau Colosseum-ul din Roma, prezintă semne de deteriorare datorate ploii acide. Oamenii de stiinţă folosesc ceea ce se cheamă factorul pH pentru a măsura aciditatea sau alcalinitatea solutiilor lichide. Pe o scară de la 0 la 14, 0 reprezintă cel mai ridicat nivel de aciditate, iar 14 cel mai ridicat nivel de bazicitate sau alcalinitate. O soluţie de apă distilată care nu conţine nici acizi nici baze, are pH 7 sau neutru. Dacă nivelul pH-ului în apa de ploaie scade sub 5.5, ploaia este considerată acidă. Ploile din estul S.U.A. şi din Europa au adesea un pH între 4.5 şi 4.0. Deşi costurile echipamentelor antipoluante ca arzătoare, filtre sau instalaţii de spălare sunt mari, costurile stricăciunilor cauzate mediului şi vieţii omeneşti se estimează a fi şi mai mari, pentru că ele pot fi ireversibile. Chiar dacă în prezent se iau măsuri de prevenire, până la 500.000 de lacuri din America de Nord şi peste 118 milioane de metri cubi de copaci din Europa se vor distruge probabil, înainte de sfârşitul secolului XX din cauza ploii acide.
11
CAPITOLUL III PREVENIREA CATASTROFELOR PROVOCATE DE PLOILE ACIDE Ploaia acidă este în prezent un important subiect de controversă datorită acţiunii sale pe areale largi şi posibilităţii de a se răspândi şi în alte zone decât cele iniţiale formării. Între interacţiunile sale dăunătoare se numără: erodarea structurilor, distrugerea culturilor agricole şi a plantaţiilor forestiere, ameninţarea speciilor de animale terestre dar şi acvatice, deoarece puţine specii pot rezista unor astfel de condiţii, deci în general distrugerea ecosistemelor. Emiterea în atmosferă a numeroaselor substanţe poluante, a crescut dramatic. Totuşi, de ce ploaia acidă este o problemă? Praful atmosferic poate fi o parte a raspunsului? Efectele pe parcursul a câtorva zeci de ani a mediului înconjurător sunt îngrijorătoare. Ţările cu nivele ridicate ale acestor emisii, au început o politică de scădere a lor, regenerarea pădurilor sau îngrijiri ale solului în regiunile calamitate. Totuşi, ploaia acidă şi efectele ei nu au dispărut. Severitatea efectelor poluării acide a fost demult recunoscută pe plan local dar problema s-a ridicat şi în plan global deoarece ploile acide provoacă pagube necomensurabile mediului înconjurător. Cum putem preveni această catastrofă? Cea mai eficientă metoda împotriva ploii acide este reducerea cantităţii de dioxid de sulf şi a oxizilor de azot emanaţi de centrale, de autovehiculele motorizate şi de fabrici. Reducerea emisiilor de SO 2 se poate face: - înaintea combustiei, prin curăţarea cărbunelui de materialul inert ce conţine FeS2; - în timpul combustiei, prin amestecarea în benzină a unei solutii de calcar pisat ce poate reduce emisiile de SO 2. Aceasta reacţionează cu dioxidul de sulf şi reduce emisiile cu peste 90%; - după combustie, prin desulfurarea umedă a gazelor. Reducerea emisiilor de NOx se poate face: - în timpul arderii, prin supraîncălzirea aerului înainte de ardere; - după ardere, printr-un sistem catalitic de reducere. Cea mai simplă metodă de a reduce din aceste emanaţii este folosirea în cantităţi mai mici a energiei provenită din combustibilii fosili. Fiecare, personal, 12
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 împotiva ploii acide. În vederea combaterii acestui eveniment, în ultimii ani, multe guverne au introdus legi pentru a diminua poluarea, factorul principal care aduce asupra mediului ploile acide. Au fost convenite o serie de tratate internaţionale pe termen lung asupra transportului de poluanţi atmosferici. Un exemplu îl constituie “Protocolul de reducere a emisiilor de sulf”, încheiat în cadrul “Convenţiei privind poluarea transfrontalieră a aerului pe o rază lungă de acţiune”. Aceasta prevede comercializarea emisiilor prin certificate de piaţă şi a fost înfiinţată în Statele Unite prin adoptarea protocolului “Clean Air Act Amendments”, în anul 1990. Obiectivul general al “Programului de Ploi Acide” este de a aduce însemnate beneficii pentru mediu şi sănătatea publică, prin reducerea emisiilor de dioxid de sulf şi oxizi de azot, principalele cauze ale ploilor acide. Agenţia de Protecţie a Mediului a Statelor Unite este o agenţie a guvernului federal, plătită să reglementeze produsele chimice şi să protejeze sănătatea oamenilor prin protecţia mediului natural: aer, apă şi pământ. Înfiinţarea EPA (Environmental Protection Agency) a fost ideea preşedintelui Richard Nixon. Aceasta şi-a început activitatea din data de 2 decembrie 1970. Astăzi, în lume, se foloseşte tot mai mult cărbune cu conţinut scăzut de sulf, iar în turnătorii se practică tehnologia clasică de captare şi valorificare a fluxului de SO 2 şi convertirea lui în acid sulfuric. În cazul emisiilor de azot se reglează carburaţia, căutând să se respecte cele trei trepte de calitate a aerului: dorită, acceptabilă şi tolerabilă. Încă din anul 1955 Canada şi S.U.A. au construit coşuri de fum înalte de 300m la instalaţiile industriale pentru a preveni poluarea cu sulf şi azot. Dar strategia "coşurilor înalte" nu a dat rezultatele scontate, fenomenul poluării fiind menţinut, astfel că, după anul 1977 în S.U.A., apar legi de interzicere a acestor construcţii industriale neeficiente. În S.U.A. şi Canada, încă din anii 1970-1971, există legi care reglementează păstrarea curată a calităţii aerului şi circa 1000 staţii de monitorizare prin care se ţine sub control şi se supraveghează calitatea aerului. Una din măsurile eficiente de combatere a ploilor acide constă în utilizarea centralelor electrice, care împiedică emisia de SO 2, evitând formarea ploilor acide. La noi în ţară nu există instalaţii de transformare a SO 2 în H2SO4, nici scrubere, ci se folosesc filtre cu sac dar care nu realizează o reţinere integrală a impurităţilor. În ţara noastră, încă din anul 1966, s-au identificat circa 74 de surse de poluare, dispersate în 40 de centre industriale. Dintre acestea doar 50 folosesc electrofiltre, rar filtrele de sticlă siliconizată, care sunt vechi, necesitând reparaţii şi modernizări. Se ştie că un electrofiltru reduce concentraţia reziduală de praf până la 20-30mg/m 3. 13
Înteprinderile care folosesc electrofiltre, beneficiază de "materii prime" prin recuperarea lor, de exemplu fabricile de ciment Braşov, Turda, care pot recupera 2426 tone ciment/zi. O altă măsură de evitare a poluării şi formării ploilor acide constă în amplasarea marilor întreprinderi industriale pe terenuri cu condiţii favorabile de autopurificare, sau la zeci de kilometri de oraşe, cum e cazul centrelor urbane Oneşti, Doiceşti, Medgidia construite după anul 1975. În perspectivă se vor folosi şi la noi în ţară instalaţii de captare şi epurare a gazelor din coşerii şi cuptoarele electrice. O altă soluţie rezonabilă ar fi reducerea emisiei de noxe până la nivelul compatibil cu puterea de regenerare a pădurilor. O asemenea realizare ar însemna depăşirea problemelor ecologice şi o stabilitate în noul mileniu. Soluţii simple, dar care nu întotdeauna se pot aplica în acest ecosistem complex. Pe viitor, România va căuta să reducă emisia substanţelor poluante în zonele "calde", pentru a reuşi încadrarea în normele naţionale şi internaţionale de calitate a aerului şi alinierea la progamele mondiale de protecţie a mediului înconjurător. Ploile acide sunt o problemă majoră ce poate fi rezolvată, însă reacţia puternică, determinarea şi dorinţa de a avea un mediu înconjurător sănătos trebuie să vină din partea cetăţenilor.
14
CONCLUZII Ameninţarea reprezentată de ploaia acida nu e limitată de graniţele geografice, căci vânturile transportă substanţele poluante pe tot globul. Efectele distructive ale ploii acide nu se limitează doar la mediul natural. Structuri de piatră, metal sau ciment au fost şi ele afectate sau chiar distruse. Ploile acide duc la distrugerea suprafeţelor date cu lac şi vopsea, pierderea lumii vii a bazinelor acvatice, la coroziunea podurilor şi monumentelor arhitecturale, determină toxicitatea apei potabile în urma dizolvării în apă a plumbului din conducte şi scade transparenţa apei, duce la scăderea fertilităţii solului. 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 corozivă a ploii acide provoacă pagube incomensurabile mediului înconjurător. În secolul XX, aciditatea aerului şi ploaia acidă au ajuns să fie recunoscute ca o ameninţare capitală la adresa calităţii mediului. Emisiile industriale au fost învinuite ca fiind cauza majoră a formării ploii acide. Datorită faptului că reacţiile chimice ce decurg în cadrul formării ploii acide sunt complexe şi încă puţin înţelese, industriile au tendinţa să ia măsuri împotriva ridicării gradului de poluare a acestora. Efectele ploii acide sunt dramatice. Cu toţii conştientizăm că ploaia acida este o problemă ecologică gravă, însă nu cunoaştem în totalitate consecinţele acestui fenomen. Ploaia acidă poate să distrugă forme de viaţă, iar depunerile chimice pot afecta vegetaţia naturală. Sunt afectate pădurile, lacurile şi iazurile, plantele şi solul. Pădurile din regiunile muntoase sunt expuse cantităţilor mari de acid şi astfel există posibilitatea ca multe specii de plante şi copaci să dispară într-un timp relativ scurt. De asemenea, modificările pH-ului lacurilor conduc la o scădere a varietăţii peştilor, plantelor şi animalelor. Ploile acide determină, de asemenea, şi eliberarea substanţelor toxice pentru copaci şi plante, în sol. 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. În urma prezentării acestui proiect am realizat care sunt principalii poluanţi, şi anume NO2 şi SO2, susele acestora cât şi mecanismul de formare a fenomenului de ploaie acidă. Lupta împotriva poluării întregii planete solicită colaborare şi cooperare internaţională şi depinde de noi dacă vom trăi într-un mediu curat, sănătos şi nepoluat. 15
GLOSAR TERMENI - catalizator = substanţă care grăbeşte sau încetineşte o reacţie chimică, fără ca ea însăşi să fie modificată;
- combustibil fosil = materie, de obicei organică, care arde, dezvoltând căldură, si care este folosită ca izvor de energie în industrie şi în economia casnică; - coroziune = proces chimic sau electrolitic de degradare, exercitat la suprafaţa corpurilor metalice de oxigenul din aerul umed sau de diverse substanţe chimice; - dispersie = răspândire în diferite direcţii; împrăştiere; stare de împrăştiere a unei substanţe sub formă de particule mici într-un mediu solid, lichid sau gazos; - ecosistem = ansamblu format din biotop şi biocenoză, în care se stabilesc relaţii strânse atât între organisme, cât şi între acestea şi factorii abiotici; - eroziune = proces complex de roadere şi de săpare a solului prin acţiunea unor agenţi externi; rezultatul acestui proces este eroziunea; - gaz = nume generic dat corpurilor fluide cu densitate redusă, incolore, uşor deformabile şi expansibile, care, din cauza coeziunii moleculare slabe, nu au o formă proprie stabilă şi tind să ocupe întregul volum pe care îl au la dispozitie; - logaritm = putere la care trebuie ridicat un anumit număr pozitiv, numit bază, spre a obţine un număr dat; - oxigen = element chimic gazos, incolor, inodor, insipid, care reprezintă o cincime din aerul atmosferic, fiind indispensabil în procesul respiraţiei şi al arderii, şi care, în combinaţie cu hidrogenul, formează apa; - ozon = corp gazos de culoare albăstruie, cu miros caracteristic, a cărui moleculă se compune din trei atomi de oxigen, care se găseşte în natură sau se poate obţine prin descărcări electrice în aer şi este folosit ca antiseptic şi la sinteze organice; - peroxid = derivat al apei oxigenate rezultat prin înlocuirea hidrogenului acesteia cu metale sau cu radicali organici; - ploaie acidă = o forma de poluare atât a aerului cât şi a apei, orice tip de precipitaţie ce are un nivel al acidităţii mai ridicat decat cel al unei precipitaţii nepoluate; - poluare = contaminarea mediului înconjurător cu materiale care interferează cu sănătatea umană, calitatea vieţii sau funcţia naturală a ecosistemelor; - reactiv = substanţă chimică ce dă o reacţie specifică în prezenţa unui anumit ion sau a unei grupe de ioni; - stoechiometrie = ramură a chimiei care studiază raporturile cantitative dintre elemente, în combinaţii sau în reacţii.
16
BIBLIOGRAFIE 1. D.C. Adriano si A.H. Johnson: “Precipitaţiile acide”, vol. 2, New York: SpringerVerlag, 1989; 2. J. Alcano, R. Shaw si L. Hordijk: “ Nivelul de aciditate al ploii: ştiinţă şi strategii în Europa” Boston: Kluwer Academic Publishers, 1990; 3. W. Bown: “ Pădurile Europei dispar din cauza ploilor acide ”, vol. 127, New Scientist, 1990; 4. “Ceaţa corozivă creează dificultăţi cercetătorilor ”, vol. 124, New Scientists, 1989; 5. “Ploaia acidă şi efectele acesteia ”, vol. 339, Nature, 1989; 6. J.L. Durham: “ Chimia particulelor ”, vol. 2, Toronto: Butterworth Publishers, 1984; 7. B.A. Forster: “ Dezbateri pe tema ploii acide ”, Ames: Iowa State University Press, 1993; 8. G.J. Heij si J.W. Erisman: “ Studiul ploii acide : Ştim suficient?”, New York: Elsevier, 1995; 9. E. Lucas “Ploaia acidă”, Chicago: Childrens Press, 1991; 10. S.S. Zumdahl: “ Principii de chimie ”, Toronto: D.C. Heath and Company, 1995.
17
