Le emissioni di anidride solforosa e ossidi di azoto reagiscono con vapore acqueo nell'atmosfera per creare acidi solforico e nitrico. Se fai un'escursione attraverso i monti Appalachi, vedrai macchie di alberi morti e indeboliti. Se vivi in una città, potresti notare edifici in pietra consumati, strisce sul tetto dell'auto o ringhiere e statue in metallo corroso. Puoi vedere gli effetti di pioggia acida quasi ovunque tu vada, ma con i media e l'attenzione del pubblico rivolti alla prospettiva più inquietante del riscaldamento globale, la pioggia acida è caduta per strada. Il flagello dal cielo sembra quasi un problema del 20° secolo, un problema affrontato negli anni '80 e '90 dalla legislazione.
Le piogge acide si verificano principalmente nell'emisfero settentrionale, il più industrializzato, metà più sporca del globo. I venti possono spazzare via le emissioni dalle alte ciminiere e trasportare gli inquinanti lontano dalle loro fonti originali, attraversando i confini di stato e i confini nazionali nel processo. Le piogge acide potrebbero non avere la gamma globale completa di gas serra, ma è un transfrontaliero , e quindi internazionale, problema.
Pioggia acida, noto anche come deposizione acida, è causato da emissioni di diossido di zolfo (SO2) e ossido d'azoto (NOx) da centrali elettriche, automobili e fabbriche. Fonti naturali come vulcani, incendi boschivi e fulmini si aggiungono anche all'inquinamento causato dall'uomo. SO2 e NOx diventano acidi quando entrano nell'atmosfera e reagiscono con il vapore acqueo. Gli acidi solforico e nitrico risultanti possono cadere come deposizioni umide o secche. La deposizione umida è precipitazione:piogge acide, neve, nevischio o nebbia. La deposizione secca cade come particolato acido o gas.
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La scala del pH è una misura di acidità e alcalinità. La pioggia acida ha un pH di 5,0 o meno. Gli scienziati esprimono l'acidità delle piogge acide usando il scala del pH . La scala definisce l'acidità di una soluzione, neutralità o alcalinità in base alla sua concentrazione di ioni idrogeno. Gli acidi hanno un'alta concentrazione di ioni idrogeno e un pH basso. La scala va da zero a 14, con acqua pura a un neutro 7.0. La maggior parte dell'acqua, però, non è esattamente puro. Anche pulito, la pioggia normale ha un pH di circa 5,6. Questo perché reagisce con l'anidride carbonica nell'atmosfera e forma acido carbonico leggermente acido prima che diventi pioggia.
La pioggia acida ha un pH di 5,0 o meno. La maggior parte della deposizione acida varia da pH 4,3 a 5,0 - da qualche parte tra l'acidità del succo d'arancia e il caffè nero. Ma paragonando la pioggia acida alla sicurezza, gli acidi naturali possono essere fuorvianti. Anche nel suo punto più debole, la pioggia acida distrugge gli ecosistemi arrestando piante sensibili e uccidendo delicate uova acquatiche.
I programmi che monitorano le piogge acide analizzano il contenuto di idrogeno per determinare il pH. Misurano anche le concentrazioni atmosferiche di acido nitrico, nitrato, diossido di zolfo, solfato e ammonio. Negli Stati Uniti, il National Atmospheric Deposition Program (NADP) supervisiona la deposizione umida mentre il Clean Air Status and Trends Network (CASTNET) osserva la deposizione secca. Il monitoraggio della deposizione di acido aiuta a determinare carichi critici , o la quantità di inquinanti che un ecosistema può sostenere prima del danno. Carichi critici precisi aiutano a fissare obiettivi efficaci per la riduzione di SO2 e NOx.
Ora impareremo a conoscere gli effetti dannosi delle piogge acide sugli ambienti acquatici, foreste, finiture, materiali da costruzione e salute umana.
Le acque superficiali e i loro fragili ecosistemi sono forse le vittime più famose delle piogge acide. La maggior parte delle precipitazioni che entrano in un lago, fiume, ruscello o palude devono prima passare e filtrare attraverso il suolo. Tutto il terreno ha a capacità di buffering , o capacità di resistere ai cambiamenti di acidità e alcalinità. La capacità tampone del suolo determina l'acidità di un corpo idrico. Se la capacità è bassa, o ha raggiunto il suo limite, la pioggia acida può passare non neutralizzata.
La deposizione acida indebolisce gli alberi e inquina le acque superficiali. Fotografo:Detlev Voss | Agenzia:Dreamstime.com La maggior parte della vita è confortevole a un pH quasi neutro - allontanarsi troppo dal pH 7,0, e gli organismi delicati iniziano a morire. Il plancton e gli invertebrati sono sensibili ai cambiamenti di acidità e muoiono per primi. A pH 5,0, le uova di pesce si degradano e i piccoli non possono svilupparsi. I pesci e le rane adulti a volte possono tollerare acidità fino a pH 4.0, ma muoiono di fame mentre le loro fonti di cibo più deboli si estinguono. Quando la pioggia acida interrompe la catena alimentare, la biodiversità diminuisce.
La deposizione di azoto da piogge acide danneggia anche le acque costiere e gli estuari. L'acqua ricca di azoto supporta la crescita massiccia delle alghe e la fioritura delle alghe. I batteri decompongono le alghe morte, fioriscono e assorbono l'ossigeno disponibile dell'acqua. Pesce, crostacei, le alghe e le barriere coralline muoiono nelle alghe soffocate, acque povere di ossigeno. Gli scienziati stimano che dal 10 al 45 percento dell'azoto prodotto dall'uomo che finisce nelle acque costiere provenga dalla deposizione atmosferica [Fonte:Environmental Protection Agency].
La maggior parte dei corpi idrici acidi non sembra inquinata. Quando la materia organica in decomposizione si deposita, l'acqua acidificata può apparire limpida e blu. Alcune specie, come giunchi e muschio, prosperano anche in condizioni acide. Ma il verde e le acque limpide smentiscono un ambiente malsano. La diversità scende, e le specie lasciate senza predatori spesso crescono in modo preoccupante.
Le piogge acide danneggiano anche le foreste, come vedremo nella prossima sezione.
La pioggia acida può divorare la pietra e il metallo. Ha accelerato il naturale processo di invecchiamento del volto di questo angelo di pietra sfregiato. Fotografo:Michael Drager | Agenzia:Dreamstime.com Le foreste fanno affidamento sulla capacità tampone del loro suolo per proteggerle dalle piogge acide. Le acque acide estraggono le tossine dal suolo come l'alluminio. Gli alberi assorbono le sostanze velenose, e il deflusso lo scarica nei laghi, fiumi e torrenti. La pioggia acida dissolve anche minerali e sostanze nutritive utili come il calcio, magnesio e potassio prima che gli alberi possano assorbirli. La pioggia acida raramente uccide una foresta del tutto, ma invece arresta la sua crescita a causa di anni di degrado del suolo. La privazione di nutrienti e l'esposizione alle tossine aumentano le probabilità che gli alberi cadano durante le tempeste o muoiano quando fa freddo.
Anche gli alberi in un terreno ben tamponato possono indebolirsi in presenza di una forte nebbia acida. Le foreste d'alta quota si immergono in nuvole acide, che spogliano le foglie delle sostanze nutritive e abbattono la capacità degli alberi di resistere al freddo. Le vette calve dei monti Appalachi raccontano l'effetto velenoso delle piogge acide sulle foreste d'alta quota.
La pioggia acida ha la capacità inquietante di cancellare e cancellare pietra e metallo, il più durevole dei materiali. Vecchie costruzioni, monumenti e lapidi recano i segni levigati della corrosione acida e del deterioramento. La deposizione acida accelera l'invecchiamento naturale causato dalla pioggia, sole, neve e vento.
La pioggia acida rovina anche la vernice automobilistica. L'industria automobilistica considera la deposizione acida un tipo di corrosivo ricadute ambientali , insieme alla linfa degli alberi, polline e escrementi di uccelli. I segni acidi lasciano irregolari, forme incise su superfici orizzontali. La riverniciatura è l'unico modo per riparare la finitura di un'auto sfigurata dalle piogge acide.
Fotografo:Socrate | Agenzia:Dreamstime.com Poiché le piogge acide possono uccidere gli animali acquatici, indebolire gli alberi e dissolvere la pietra, sembra che possa anche scottare o bruciare gli esseri umani. Ma non colpisce le persone allo stesso modo dei pesci o delle piante. La pioggia acida sembra la stessa della pioggia normale:è persino sicuro nuotare in un lago acido. Ma i particolati di solfato e nitrato della deposizione secca possono causare asma, bronchite e problemi cardiaci. Gli NOx in deposito acido reagiscono anche con composti organici volatili (COV) per formare ozono troposferico. Ozono, o smog , aggrava e indebolisce il sistema respiratorio.
Le centrali elettriche devono limitare le emissioni di SO e NOx per raggiungere gli obiettivi impostato dal programma Pioggia acida. Fotografo:Czbrat | Agenzia:Dreamstime.com 2 Le piogge acide esistono da quando le prime fabbriche della Rivoluzione Industriale hanno iniziato a sputare emissioni tossiche. Uno scienziato inglese, Robert Angus Smith, coniò il termine "pioggia acida" nel 1872 quando scrisse del suo tocco corrosivo sugli edifici e dell'effetto mortale sulle piante. Ma le piogge acide non sono diventate un problema ambientale monitorato dal governo fino a più di un secolo dopo. Gli scienziati avevano ormai stabilito che le piogge acide erano un problema transfrontaliero piuttosto che un problema locale. Nel 1980, l'Acid Deposition Act ha lanciato uno studio decennale sulle piogge acide sotto la direzione del Programma nazionale di valutazione delle precipitazioni acide (NAPAP) per monitorare i siti in tutto il paese.
Nel 1990, armati dello studio del NAPAP, Il Congresso ha modificato l'attuale Clean Air Act per includere la pioggia acida. Il nuovo emendamento al titolo IV del Clean Air Act ha richiesto riduzioni di SO2 e NOx. Il Programma Pioggia Acida (ARP) è stata costituita nel 1995 per dare attuazione al Titolo IV.
L'ARP pone dei limiti all'industria energetica per ridurre le emissioni annuali di SO2 e NOx. L'ARP utilizza a programma cap and trade per ridurre le emissioni di SO2. Stabilisce un tetto alla quantità totale di SO2 che le centrali elettriche negli Stati Uniti contigui possono produrre. Dopo aver fissato un berretto, l'ARP distribuisce quote alle unità della centrale. Le unità possono produrre solo la quantità di SO2 di cui hanno credito. Se riducono le emissioni più velocemente di quanto richiesto dall'ARP, possono depositare quote per un uso futuro o venderle ad altri impianti. Il tetto massimo per il 2010 sarà di 8,95 milioni di tonnellate consentite all'anno, un notevole 50 percento in meno rispetto alle emissioni delle centrali elettriche del 1980 [Fonte:EPA].
L'ARP regola le riduzioni di NOx con un metodo più convenzionale sistema di regolamentazione basato sui tassi . Il programma stabilisce un limite alle libbre consentite di NOx per milione di unità termiche britanniche (lb/mmBtu) per la caldaia di ogni centrale elettrica. I proprietari soddisfano gli obiettivi di riduzione per le singole caldaie o fanno la media delle emissioni di tutte le unità possedute e raggiungono un obiettivo combinato. L'ARP mira a ridurre gli NOx a 2 milioni di tonnellate al di sotto del livello previsto per il 2000 se il Titolo IV non fosse esistito [Fonte:EPA].
Le centrali elettriche raggiungono i loro obiettivi ARP utilizzando carbone a basso contenuto di zolfo, "wet scrubber" o sistemi di desolforazione dei fumi, bruciatori a basso NOx e altre tecnologie a carbone pulito. Possono anche scambiare crediti SO2 tra di loro.
Anche con un aumento della domanda di energia, l'ARP ha ridotto con successo le emissioni di SO2 e NOx. Ma NAPAP suggerisce che affinché gli ecosistemi si riprendano completamente, le riduzioni dovranno scendere di un ulteriore 40-80% al di sotto dei limiti massimi del 2010 [Fonte:EPA].
Anche le auto emettono NOx. I progetti più recenti di convertitori catalitici aiutano a trattare i gas di scarico e rimuovere NOx e altri inquinanti come il monossido di carbonio e i COV che contribuiscono allo smog.
Anche con notevoli tecnologie del carbone pulito, convertitori catalitici e forti caps e regolamenti, i combustibili fossili sono ancora una fonte di energia sporca. Forme alternative di energia come il nucleare, solare e idroelettrico non emettono i milioni di tonnellate di SO2 e NOx che sconvolgono gli ecosistemi, deturpano edifici e monumenti e indeboliscono la salute delle persone.
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