Kwaśne deszcze. Jak powstają i czy są groźne? Przyczyny i skutki zjawiska dla zdrowia i przyrody

Kwaśny deszcz to popularna nazwa opadów (nie tylko deszczu, ale też na przykład śniegu czy mgły), które zawierają duże ilości kwasów, najczęściej siarkowego i azotowego. 

Kwasowość mierzy się za pomocą skali pH, która obejmuje zakres od 0 do 14, gdzie 0 to odczyny najbardziej kwaśne, a 14 to najbardziej zasadowe. 

Odczyn neutralny, czyli ani kwaśny, ani zasadowy jest określany pH o wartości 7. Właśnie taki ma woda destylowana. 

Woda wchodząca w skład zwykłego deszczu zazwyczaj ma nieco kwaśny odczyn, często około pH 5,6. Dzieje się tak ponieważ miesza się z naturalnie występującymi w powietrzu tlenkami. Tymczasem kwaśny deszcz, składający się z roztworu kwasu, ma o wiele wyższą kwasowość, o pH rzędu 4,2-4,4. 

Najbardziej zakwaszone deszcze, jakie zarejestrowali naukowcy, miały pH dochodzące do wartości 2. 

Zakwaszenie deszczu może mieć wiele przyczyn, także naturalnych, ale w przytłaczającej większości ich występowanie jest bezpośrednią konsekwencją zanieczyszczania środowiska przez człowieka. 

W naturze, gnijąca roślinność i wybuchające wulkany uwalniają do atmosfery pewne substancje chemiczne, które mogą powodować kwaśne deszcze. 

Kwas azotowy w atmosferze może także powstawać na skutek wyładowań atmosferycznych. Największymi źródłami substancji tworzących kwaśny deszcz są jednak zanieczyszczenia powietrza takie, jak: elektrownie węglowe, fabryki i samochody.

Kiedy ludzie spalają paliwa kopalne, do atmosfery uwalnianych jest wiele chemikaliów, w tym dwutlenek siarki (SO2) i tlenki azotu (NOx). Te zanieczyszczenia reagują z wodą, tlenem i innymi substancjami, tworząc unoszące się w powietrzu cząsteczki kwasu siarkowego i azotowego. 

Drobiny tych związków mogą być roznoszone przez wiatr na odległość setek kilometrów od źródła. Kiedy z chmur zawierających drobiny kwasów pada deszcz, kropelki wody mieszają się z kwasem tworząc bardzo rozcieńczony roztwór. 

To, że zanieczyszczone, miejskie powietrze niszczy materiały tak pozornie trwałe, jak marmur czy wapień służące do budowy domów i pałaców, odkrył w XVII w. brytyjski architekt ogrodów John Evelyn, a sam termin "kwaśny deszcz" już w 1872 r. stworzył szkocki chemik Robert Angus Smith, który, jako jeden z pierwszych, badał problem zanieczyszczenia powietrza przez przemysł. 

Problem kwaśnych deszczy narastał od początku epoki przemysłowej, ale badania zjawiska na szeroką skalę rozpoczęły się w latach 60. i 70. XX w. Naukowcy udokumentowali poważne, środowiskowe konsekwencje tego zjawiska. Dowiedli też, że zastosowanie w przemyśle wysokich kominów, które miały rozwiązać problem zanieczyszczenia powietrza w bezpośredniej okolicy fabryk, czy elektrowni tylko pogłębił skalę problemu kwaśnych deszczy, bo odpowiadające za ich powstawanie związki, uwalniane do atmosfery na dużej wysokości, roznoszą się o wiele dalej, niesione wiatrem. 

Mimo wysiłków na rzecz ograniczenia zanieczyszczeń powietrza, które wzmożono zwłaszcza w ostatnich dziesięcioleciach XX wieku, problem kwaśnego deszczu został nieco ograniczony, ale nie zniknął. Kwaśne deszcze są wciąż powszechnym problemem na obszarach silnie uprzemysłowionych i regionach położonych w ich pobliżu w kierunkach, w których najczęściej wieje wiatr. 

Najbardziej z powodu kwaśnych deszczy cierpią te obszary, gdzie powszechnie do wytwarzania ciepła i energii używa się zasiarczonego węgla. Zazwyczaj problem jest największy w obszarach górskich, bo to tam, ze względu na ukształtowanie terenu, spada najwięcej opadów.

Bardzo silne kwasy mogą niszczyć metale czy parzyć skórę. Kwaśne deszcze są jednak zazwyczaj o wiele bardziej rozcieńczone, nie wywołują więc poparzeń. 

Nawet najsilniejszy zarejestrowany kwaśny deszcz jest mniej więcej tak kwaśny, jak sok z cytryny czy ocet. Jest zbyt rozcieńczony, aby wywierać bezpośrednie negatywne skutki dla zdrowia. 

Chodzenie w kwaśnym deszczu, a nawet pływanie w jeziorze zakwaszonym na skutek takich opadów nie jest bardziej niebezpieczne, niż chodzenie w normalnym deszczu czy pływanie w normalnym jeziorze. 

Bardzo zakwaszona mgła (występująca jedynie na najbardziej zanieczyszczonych obszarach) może jednak powodować podrażnienie oczu czy zaostrzać objawy astmy.

Ale te same substancje, które odpowiadają za powstawanie kwaśnego deszczu, czyli przede wszystkim dwutlenek siarki i tlenki azotu, bezpośrednio szkodzą naszemu zdrowiu. Ich obecność w powietrzu. SO2 i NOX reagują w atmosferze tworząc drobne cząsteczki siarczanów i azotanów, które są wdychane przez ludzi do płuc.  

Badania wykazały, że istnieje związek między wdychaniem zanieczyszczonego nimi powietrza a zdrowiem serca i płuc. Zwiększone ilości drobnych cząstek stałych w powietrzu przyczyniają się do astmy, zapalenia oskrzeli, alergii, ale także mogą przyczyniać się do zawałów serca. 

Emisje NOX przyczyniają się też do powstawania ozonu w warstwie przyziemnej, który, gdy występuje na małej wysokości, jest również szkodliwy dla zdrowia ludzkiego.

O ile bezpośredni wpływ na ludzkie zdrowie kwaśnego deszczu jest niewielki, o tyle jego skutki dla środowiska są bardzo poważne. 

Kwaśne deszcze nie przyczyniają się do globalnego ocieplenia. Dwutlenek siarki i tlenki azotu nie są gazami cieplarnianymi. Dwutlenek siarki ma wręcz działanie chłodzące na atmosferę. Jednak tlenki azotu przyczyniają się do powstawania ozonu w przyziemnej warstwie atmosfery. 

Kwaśne deszcze mają wiele skutków ekologicznych, zwłaszcza dla jezior strumieni czy mokradeł. To właśnie w środowisku wodnym skutki kwaśnych deszczy są najbardziej oczywiste. Kwaśne deszcze spływają z lądu i trafiają do strumieni, jezior i bagien - deszcz pada również bezpośrednio na te tereny. Kwasowość wody nie tylko wpływa bezpośrednio na żywe istoty, ale także powoduje uwalnianie z gleby toksycznych substancji, takich jak aluminium.

Takie  wody są toksyczne dla raków, małży, ryb i innych zwierząt wodnych. Niektóre gatunki roślin i zwierząt są w stanie lepiej przetrwać w kwaśnej wodzie niż inne. Krewetki słodkowodne, ślimaki, małże cierpią z powodu zakwaszenia najbardziej. Kolejnymi ofiarami rosnącej kwasowości padają ryby, takie jak łosoś i płoć. Kwasowość wody może powodować deformacje u młodych ryb i może uniemożliwić prawidłowe wylęganie się jaj. W ekstremalnych przypadkach zakwaszenie może doprowadzić do zupełnego ustania życia w bardzo dotkniętym kwaśnymi deszczami jeziorze. 

Oprócz zakwaszenia, nadmiar azotu z atmosfery sprzyja zwiększonemu wzrostowi fitoplanktonu i innych roślin morskich, co z kolei może powodować częstsze zakwity glonów i eutrofizację (tworzenie "martwych stref" ubogich w tlen) w niektórych częściach mórz. 

Kwaśne deszcze i kwaśna mgła niszczą również lasy, zwłaszcza te położone na większych wysokościach. Kwaśne osady wypłukują z gleby składniki odżywcze, takie jak wapń, i powodują uwalnianie glinu zawartego w glebie, co utrudnia drzewom pobieranie wody. Liście i igły drzew są również bezpośrednio uszkadzane przez kwasy pochodzące z kwaśnych deszczy, które odzierają rośliny z ochronnej, woskowatej powłoki uniemożliwiając im prowadzenie prawidłowej fotosyntezy. 

Skutkiem tego, drzewa i inne rośliny są osłabione, bardziej podatne na niskie temperatury, choroby i ataki szkodników. Zanieczyszczenia mogą również hamować zdolność drzew do rozmnażania się. To, jak silny jest wpływ kwaśnego deszczu na roślinność zależy jednak od rodzaju gleby. Niektóre jej rodzaje pomóc zneutralizować kwas - mają tak zwaną "zdolność buforowania". Inne gleby są same z siebie lekko kwaśne i są szczególnie podatne na działanie kwaśnych deszczy.

Kwaśne opady uszkadzają także kamienne budynki czy karoserie samochodów. Najbardziej narażone na korozję wywołaną kwaśnym deszczem są posągi i budynki, zwłaszcza te wykonane z piaskowca lub wapienia, a także rury i kable. 

Jedynym sposobem walki z kwaśnymi deszczami jest ograniczenie zanieczyszczeń, które je powodują. Oznacza to spalanie mniejszej ilości paliw kopalnych, redukcja zanieczyszczeń powietrza pochodzących z transportu i ustalanie ostrzejszych norm jakości powietrza. 

Pomagają w tym nowe technologie, jak coraz efektywniejsze katalizatory samochodów spalinowych, czy systemy wypłukujące z dymu zanieczyszczenia przez spryskiwanie unoszących się przez komin gazów mieszaniną wody i sproszkowanego wapienia.

Dzięki surowym normom które ograniczają emisje zanieczyszczeń przez przemysł czy pojazdy, pod koniec XX wieku emisje wpływających na powstawanie kwaśnych deszczy związków udało się w niektórych krajach ograniczyć aż o 88 proc. 

Problemy z kwaśnymi deszczami będą się utrzymywać tak długo, jak długo spalane będą paliwa kopalne, zwłaszcza węgiel. Zwiększenie udziału odnawialnych źródeł energii czy energii atomowej w produkcji elektryczności i ciepła korzystnie wpłynie na stan zanieczyszczenia atmosfery. 

Problem będzie jednak trudny do zupełnego wyeliminowania, bo jedną z jego przyczyn jest też produkcja stali, w skład której wchodzi węgiel. Nie znamy na razie technologii umożliwiających zupełne wyeliminowanie węgla z tej branży. 

Naukowcy próbują regenerować obszary zniszczone kwaśnymi deszczami. Zakwaszone jeziora można regenerować dodając do nich sproszkowany wapień w celu zneutralizowania wody - nazywa się to "wapnowaniem". Wapnowanie jest jednak kosztowne, a jego skutki są krótkotrwałe.