Acid Rain

14-16

Panagiotis Savvidis Experimental High School Univ. Macedonia, Thessaloniki, Greece

ACID RAIN

ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ

Acid rain is the phenomenon when different meterological precipitations (e.g. rain, hail, fog, snow) get an acid character because of the acid gas, which was dissolved in the clouds.

Όξινη βροχή ονοµάζεται το φαινόµενο κατά το οποίο τα διάφορα µετεωρολογικά κατακρηµνίσµατα (π.χ. βροχή, χαλάζι, χιόνι) αποκτούν έναν όξινο χαρακτήρα λόγο των όξινων αερίων που διαλύονται στη βροχή. Ο όρος Όξινη Βροχή πρωτοαναφέρθηκε περίπου 20 χρόνια πριν όταν οι επιστήµονες στην Σουηδία και τη Νορβηγία θεώρησαν αρχικά ότι η όξινη βροχή µπορεί να προκαλέσει µεγάλη οικολογική ζηµιά στον πλανήτη. Το πρόβληµα όµως ήταν, ότι ώσπου να καταλάβουν τις επιπτώσεις της όξινης βροχής, το πρόβληµα ήδη είχε γίνει πολύ µεγάλο. Η ανίχνευση µιας όξινης λίµνης είναι συχνά αρκετά δύσκολη. Μια λίµνη δεν γίνεται όξινη κατά τη διάρκεια µιας νύχτας. Συµβαίνει µέσα σε µία περίοδο πολλών ετών, ακόµη και µερικών δεκαετιών. Επειδή τα διάφορα καυσαέρια ορυκτών καυσίµων, όπως το πετρέλαιο και οι γ α ιά ν θρ α κ ες, περιέχουν συχνά οξείδια του θείου και του αζώτου, παράγεται όξινη βροχή που περιέχει σε διάλυση τα αντίστοιχα οξέα. Η όξινη βροχή είναι ένας όρος ετυµολογικά που αναφέρεται σε όξινο περιεχόµενο βροχής µόνο. Όµως,

The term Acid Rain was first told about 20 years before, when scientists in Sweden and Norway regarded that the Acid Rain can cause a huge ecologic damage in our planet. However the matter is that by the time they understood the consequences of the acid rain, the problem had already been very serious. Detecting an acid lake is usually really difficult. A lake can’t turn into an acid lake during a single night, but it needs a period of many years or even a few decades. As the various exhaust-gases of fossil fuels such as oil and coal, often contain oxides of sulfur and nitrogen, acid rain

P M

E

ACID RAIN FORMATION ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ

- 25 -

E

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology ακόµη και το καθαρό νερό, αν εκτεθεί στον ατµοσφαιρικό αέρα διαλύει διοξείδιο του άνθρακα (CO2), που είναι από τα φυσικά συστατικά της ατµόσφαιρας της Γης, µε αποτέλεσµα το σχηµατισµό ανθρακικού οξέως(H2CO3), το οποίο, ως ασθενές οξύ, κάνει όξινο το διάλυµα που προκύπτει και γραφικά: CO2 + H2O → H2CO3 Προελευση ρυπων Τα πιο σηµαντικά αέρια που προκαλούν την όξινη βροχή είναι τα: διοξείδιο του άνθρακα (SO2), διοξείδιο του αζώτου (NO2) από το οποίο σχηµατίζεται το νιτρικό οξύ (HNO3). Τα αέρια αυτά προέρχονται κυρίως από την καύση ορυκτών καυσίµων, από ηφαιστειακή δραστηριότητα, από τις π υρ κ αγ ιές, από τις βιολ ογ ικ ές δραστηριότητες και από την τήξη όξινου πάγου. Όπως παρατηρείται ο κύρια προέλευση ρύπων είναι από τις ανθρώπινες δραστηριότητες.

ΟRIGIN OF POLLUTANTS Η ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΩΝ ΡΥΠΩΝ

is produced and contains the above acids. The acid rain is a term that etymologically refers to acid content of rain only. However, even pure water, if exposed to air dissolves carbon dioxide (CO2), which is one of the ingredients of Earth's atmosphere, resulting in the formation of carbonic acid (H2CO3), which, as a weak acid, makes the solution acidic and is resulted graphically as: CO2 + H2O → H2CO3 Cause of pollution The most important gases that cause acid rain are: sulfur dioxide (SO2), nitrogen dioxide (NO2) from which is formed nitric acid (HNO3).

P M

E

Επιπτωσεις H όξινη βροχή επιφέρει καταστροφικά αποτελέσµατα σε οικοσυστήµατα, καλλιέργειες, πολιτιστικά µνηµεία και στις περιουσίες των πολιτών (π.χ. αυτοκίνητα). Οι επιπτώσεις του φαινοµένου ανάγκασαν, τα τελευταία χρόνια, πολλές κυβερνήσεις να επιβάλλουν νόµους και άλλα µέτρα µε σκοπό τη µείωση, του φαινοµένου και άρα των επιπτώσεών του. Η όξινη βροχή προκαλεί όξυνση στο νερό των λιµνών και των ποταµών, όπως επίσης την καταστροφή δέντρων σε µεγάλα ύψη (π.χ. κόκκινα έλατα, πάνω τα 650 µέτρα) και πολλών ευαίσθητων εδαφών στα δάση.

- 26 -

E

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

These gases mainly come from burning fossil fuels, or volcanic activity, from fires, or the biological activities and even from the melting of acid ice. We can easily notice that the main cause of pollution is human activities.

Επίσης η όξινη βροχή καταστρέφει τα φυσικά οικοσυστήµατα σκοτώνοντας έτσι άµεσα ή έµµεσα τα ζώα που ζουν στα οικοσυστήµατα. Άµεσα τα σκοτώνει όταν πέφτει πάνω τους και τους καίει το δέρµα. Έµµεσα τα σκοτώνει, όταν η όξινη βροχή πέφτει στο νερό και τα ζώα πίνουν το, σε υψηλή ποσότητα όξινο, νερό. Η όξινη βροχή καταστρέφει επίσης τα οικιστικά συστήµατα διαβρώνοντας τα ιστορικά µνηµεία και καταστρέφοντας κτίρια και οχήµατα και επηρεάζει έµµεσα την υγεία των ανθρώπων. Τα δυσµενή αποτελέσµατα µπορούν να

The effects Acid rain causes devastating effects on ecosystems, crops, cultural monuments and property of citizens (e.g. cars). The implications of this phenomenon forced, in recent years, many governments to lay down laws or to take other measures against this phenomenon and its effects. The acid rain causes acidification of water in lakes and rivers, as well as, the destruction of trees at great heights above sea level (e.g. red fir-trees, over 650 meters) and of many sensitive forest soils. Acid rain also destroys natural ecosystems killing directly or indirectly the animals that live in these ecosystems. FOREST DEVASTATED BY ACID RAIN IN CZECH REPUBLIC ∆ΑΣΟΣ ΚΑΤΕΣΤΡΑΜΈΝΟ ΑΠΌ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ-∆ΗΜΟΚΡΑΤΙΑ ΤΗΣ ΤΣΕΧΙΑΣ It kills directly when it’s falling on them and burns their skin. αφορούν άµεσα την ίδια την όξινη βροχή, ή It kills them indirectly, when the acid έµµεσα, όπως τα αποτελέσµατα του οξέος rain falls in the water and the animals στο έδαφος.

P M

E

E

- 27 -

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

POLLUTANTS AND ACID RAIN FORMATION PYΠΟΙ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΟΞΙΝΗΣ ΒΡΟΧΗΣ

drink, in high quantity, acidic water. The acid rain also destroys domestic systems eroding historical monuments and destroying buildings and vehicles, and so indirectly affects human health. The adverse effects can be directly related to the acid rain itself, or indirectly, to the effects on acid soil. Forests in a high average level are especially vulnerable because they often are surrounded by acid mist that is more acidic than rain. The other plants and human crops are

P M

E

Τα δάση µε υψηλό µέσο όρο ύψους είναι ιδιαίτερα τρωτά γιατί περιβάλλονται συχνά από όξινη οµίχλη που είναι πιο όξινη από τη βροχή. Τα υπόλοιπα φυτά, καθώς και οι ανθρώπινες καλλιέργειες επίσης βλάπτονται σοβαρά από την όξινη βροχή, αλλά οι ζηµιές στα φυτά µειώνονται µε τη χρήση λιπασµάτων, που βοηθούν τα φυτά να επουλώσουν τις πληγές τους, ή µιγµάτων λιπασµάτων µε ασβεστόλιθο, που εξουδετερώνει τα οξέα του εδάφους.

- 28 -

E

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

also seriously damaged by acid rain, but Έχει αποδειχθεί όµως ότι η τακτική αυτή, fortunately the damage to the plants is reεκτός από πολυέξοδη, είναι συχνά βλαβερή duced due to the use of fertilizers, which αν εφαρµοστεί στα φυσικά help plants to heal wounds, or mixtures of οικοσυστήµατα. fertilizers with limestone, which neutralizes Η όξινη βροχή µπορεί επίσης να the acid soil. προκαλέσει τη ζηµία σε ορισµένα However, this method turned to be not οικοδοµικά υλικά και ιδιαίτερα σε ιστορικά only very expensive but also very harmful if µνηµεία. applied to natural ecosystems. The acid rain can also cause damage to some certain Αυτό συµβαίνει όταν αντιδρά χηµικά το building materials, particularly in historical θειικό οξύ της όξινης βροχής µε τις monuments. ενώσεις ασβεστίου στις πέτρες This happens when the sulphuric acid (ασβεστόλιθος, ψαµµίτης, µάρµαρο και of the acid rain in a chemical reaction γρανίτης) για να δηµιουργήσει ευδιάλυτο with calcium carbonate in the stones και εύθρυπτο γύψο. (limestone, sandstone, marble and Η όξινη βροχή επίσης διαβρώνει, granite) creates οξειδώνει και τρυπά και το the fragile and µέταλλο των οχηµάτων. friable plaster. Επιπλέον, η όξινη βροχή The acid rain επιταχύνει την φθορά των also corrodes, οικοδοµικών υλικών και oxidizes and χρωµάτων. makes holes in Αυτ ό σηµ αίνει πως αναντικατάστατα κτίρια, the metal of the vehicle. αγάλµατα και γλυπτά που Moreover, µπορεί να είναι µέρος της acid rain εθνικής κληρονοµιάς µιας χώρας, βρίσκονται στο έλεος accelerates the decay of building της όξινης βροχής. materials and Όµως ακόµη και πριν colors. πέσουν στο έδαφος το That means διοξείδιο του θείου και τα οξείδια του αζώτου, that irreplaceable buildings, statκαθώς και τα παράγωγά ues and sculpτους, προκαλούν ACID RAIN IN PH SCALE tures that can be προβλήµατα στην ορατότητα Η ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ ΣΤΗΝ ΚΚΛΙΜΑΚΑ ΡΗ part of the naκαι βλάπτουν την υγεία του tional heritage of a country, are at the ανθρώπου. mercy of the acid rain. But even before falling on the ground, the Η νεα θεωρια sulphur, the nitrogen oxides, and also Υπάρχει όµως και µια νέα θεωρία την their derivatives, cause visible problems and οποία την διατύπωσε ένας επιστήµονας στη

P M

E

E

- 29 -

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

MARBLE CORROSION DUE TO ACID RAIN ∆ΙΑΒΡΩΣΗ ΣΤΑ ΜΑΡΜΑΡΑ ΑΠΟ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ

damage human health. The new theory There is, however a new theory that was put forward by a scientist in Norway, named Rosenqvist, who couldn’t believe that acid rain only caused harmful effects on lakes. Why during heavy rains, rivers can be up to fifteen times more acidic than the rain itself? It cannot be only the acid rain that destroys lakes. The absence of better theory soon made the scientists to accept the theory. The sulfuric acid is composed of two parts, the two ions. The hydrogen ion is the one that makes a substance acid. The other ion is sulphate. When there are more hydrogen ions in a substance, it is more acidic. When the rain causes river-flats, water passes through soil. Since the industrial revolution in Great Britain there is a constantly growing amount of sulfur in the soil. In the rivers there is not enough sulphur to form acid in large quantities. Yet in

P M

E

Νορβηγία, ο Rosenqvist, ο οποίος είχε πρόβληµα να πιστέψει ότι µόνο η όξινη βροχή δηµιουργούσε επιπτώσεις στις λίµνες κατά τέτοιο θανάσιµο τρόπο. Γιατί κατά τη διάρκεια δυνατής βροχής, οι ποταµοί µπορεί να είναι µέχρι δεκαπέντε φορές περισσότερο όξινοι από την ίδια τη βροχή; ∆εν µπορεί να είναι η βροχή µόνο που καταστρέφει τις λίµνες. Σύντοµα οι επιστήµονες αναγκάστηκαν να δεχτούν αυτήν την θεωρία ελλείψει καλύτερης θεωρίας. Το θειικό οξύ αποτελείται από δύο τµήµατα, τα δύο ιόντα. Το ιόν του υδρογόνου είναι αυτό που κάνει µια ουσία οξύ. Το άλλο ιόν είναι θειικό άλας. Όταν υπάρχουν περισσότερα ιόντα υδρογόνου µια ουσία είναι πιο όξινη. Όταν η βροχή προκαλεί υπερχείλιση των ποταµών το νερό περνά µέσω του χώµατος. Από τη βιοµηχανική επανάσταση στη Μεγάλη Βρετανία υπάρχει µια αυξανόµενη συνεχώς ποσότητα θείου στο χώµα. Στον ποταµό δεν υπάρχει αρκετό θείο για να σχηµατιστεί οξύ σε µεγάλες ποσότητες. Εντούτοις στο χώµα υπάρχει µια µεγάλη ποσότητα θείου για να βοηθήσει το σχηµατισµό του οξέως. Όταν το θείο ενώνεται µε το νερό το pH γίνεται πολύ µικρότερο. Αυτό το φαινόµενο είναι η πιο θανάσιµη επίδραση της όξινης βροχής στο νερό. Το ίδιο το νερό δεν περιέχει αρκετό θείο για να σκοτώνει τους πληθυσµούς των ψαριών και των φυτών. Αλλά µε τη βοήθεια του θείου στο χώµα µπορεί να το κάνει. Λυσεις Για να κατανοηθούν καλύτερα τα αίτια και τα αποτελέσµατα της όξινης βροχής και να εντοπίσουν τις αλλαγές που γίνονται στο

- 30 -

E

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

soil there is a large amount of sulphur to help form the acid. When sulphur combines with water the pH becomes much lower. This phenomenon is the most lethal effect of acid rain to water. The water itself does not contain enough sulphur to kill the population of fish and plants, but by the help of sulphur in the soil it can make it. Solutions In order to understand better the causes and effects of acidification and to identify the changes made to the environment, scientists from all states that have similar problems, as well as academic researchers, study the procedure of acidification. They gather samples of air and water and count the various features, such as pH and chemical composition. Then they examine the effects to materials which are used by humans, such as marble and bronze. Eventually, scientists are working on understanding the effects of sulphur dioxide (SO2) and nitrogen oxides (NOx) - pollutants that cause acid deposition - to human health. To solve the acid rain problem, people need to understand how acid damages the environment. We have also to understand the changes that must be done in outbreaks causing the problem. The answer to these questions will help those who have the power to make better decisions about how to control air pollution in order to reduce or eliminate acid rain. There are many ways to solve this problem. Thus, those who have the power to help must take many steps that ultimately will lead to the desired result.

P M

E

περιβάλλον, οι επιστήµονες από όλα τα κ ράτη που ε µφαν ί ζου ν παρόµ οι α προβλήµατα, όπως και οι ακαδηµαϊκοί ερευνητές, µελετούν τις διαδικασίες όξυνσης. Μαζεύουν δείγµατα αέρα και νερού και µετράνε διάφορα χαρακτηριστικά τους, όπως το pH και η χηµική τους σύσταση. Έπειτα εξετάζουν τα αποτελέσµατα που έχουν σε υλικά τα οποία χρησιµοποιούνται από τον άνθρωπο, όπως το µάρµαρο και ο µπρούντζος. Τελικά, οι επιστήµονες εργάζονται για την κατανόηση των επιπτώσεων του διοξειδίου του θείου (SO2) και των οξειδίων του αζώτου (NOx) – τους ρύπους που προκαλούν απόθεση οξέων και µορίων – στη ανθρώπινη υγεία. Για να λυθεί το πρόβληµα της όξινης βροχής, οι άνθρωποι πρέπει να καταλάβουν τον τρόπο µε τον οποίο η όξινη καταστρέφει το περιβάλλον. Πρέπει επίσης να καταλάβουν τις αλλαγές που πρέπει να κάνουν στις εστίες µόλυνσης που προκαλούν το πρόβληµα. Η απάντηση σ` αυτά τα ερωτήµατα θα βοηθήσει αυτούς που έχουν την εξουσία να πάρουν καλύτερες αποφάσεις σχετικά µε το πώς να ελέγχουν την µόλυνση του αέρα µε αποτέλεσµα να µειώσουν, ή ακόµη και να εξαλείψουν την όξινη βροχή. Τρόποι για να λυθεί το πρόβληµα υπάρχουν πολλοί. Έτσι, αυτοί που έχουν τη εξουσία για να βοηθήσουν πρέπει να ακολουθήσουν µια σειρά από βήµατα, που τελικά θα τους οδηγήσουν στο επιθυµητό αποτέλεσµα. Υπάρχουν πολλές επιλογές για την µείωση της εκποµπής του διοξειδίου του θείου, όπως χρησιµοποιώντας άνθρακα που περιέχει λιγότερο θείο, ξεπλένοντας τον άνθρακα και κάνοντας χρήση φίλτρων τα

- 31 -

E

P

M

14-16

EPM History of Science and Technology

There are many options for reducing emissions of sulphur dioxide, such as using coal containing less sulphur, rinsing carbon or using filters to remove chemical sulphur dioxide from gases that come out of the factory chimneys. Also, industrial complexes could alter fuel, and use for example, instead of coal, natural gas, which generates less sulphur dioxide. Some more suggestions could be more efficient to reduce other pollutants such as mercury and carbon dioxide. Understanding these additional benefits is important for methods that can be used to reduce pollution, methods that are both economic and efficient.

Conclusion Acid rain is a major problem. It causes the death of our lakes, our rivers and wildlife and also harms people. It also causes other problems, also very serious as the release of aluminum and lead in our water supplies. Unfortunately we suffer because of this. We hope that in the future acid rain will be reduced to the minimum, due to the measures taken.

Iconography • www.sciencewithmrmilstid.com/category/ earth-science/ • http://disc.sci.gsfc.nasa.gov/oceancolor/ locus/ mateur_guide_for_air_quality_000.shtml • http://visual.merriam-webster.com/earth/ environment/acid-rain.php • http://perlhandlerevolver.wordpress.com/ tag/current-events/ • http://science.howstuffworks.com/acidrain1.htm

P M

E

οποία αποµακρύνουν χηµικά το διοξείδιο του θείου από τα αέρια που βγαίνουν απ` τις καπνοδόχους των εργοστασίων. Επίσης, τα βιοµηχανικά συγκροτήµατα θα µπορούσαν να αλλάξουν καύσιµο, χρησιµοποιώντας για παράδειγµα, φυσικό αέριο, που δηµιουργεί πολύ λιγότερο διοξείδιο του θείου, αντί για άνθρακα. Κάποιες επιπλέον προτάσεις θα µπορούσαν να φέρουν καλύτερη απόδοση στην µείωση κάποιων άλλων ρύπων, όπως ο υδράργυρος και το διοξείδιο του άνθρακα. Η κατανόηση αυτών των επιπλέον ωφεληµάτων είναι σηµαντική για µεθόδους που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να µειωθεί η µόλυνση, οι οποίες θα είναι τόσο οικονοµικές όσο και αποτελεσµατικές. Συµπερασµατα Η όξινη βροχή είναι ένα µεγάλο πρόβληµα. Προκαλεί το θάνατο των λιµνών µας, των ποταµών µας, της άγριας ζωής και επιπλέον βλάπτει τους ανθρώπους. Επίσης προκαλεί άλλα προβλήµατα που είναι πολύ σοβαρά επίσης όπως η ελευθέρωση του αργιλίου και του µολύβδου στις παροχές του νερού µας. Υποφέρουµε δυστυχώς λόγω αυτής. Ελπίζουµε η όξινη βροχή στο µέλλον να µειωθεί µε τα µέτρα που έχουν ληφθεί. Bibliography • www.e-telescope.gr/gr/cat08/ art08_040516.htm; • http://utopia.duth.gr/~ad5286/ (19.1.2009); • http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%8C% CE%BE%CE%B9%CE%BD%CE%B7_% CE%B2%CF%81%CE%BF%CF%87% CE%AE (15.1.2009).

- 32 -

E

P

M