Saurer Regen, erstmals 1872 in Schweden anerkannt, galt lange Zeit als lokales Problem. Aber in den 1950er Jahren zeigte die Erkenntnis, dass saurer Regen in Skandinavien seinen Ursprung in Großbritannien und Nordeuropa hatte, stattdessen, dass saurer Regen ein regionales, sogar globales Problem war.
Obwohl Regen von Natur aus ein wenig sauer ist, wirken sich die Auswirkungen von saurem Regen auf Gebäude und Denkmäler beschleunigt natürliche Korrosion und Erosion.
Saurer Regen und pH
Regen ist von Natur aus etwas sauer, was bedeutet, dass sein pH-Wert unter einem neutralen pH-Wert von 7 liegt. Die pH-Skala misst, wie sauer oder basisch ein Stoff ist. Sie reicht von 0 (sehr sauer) bis 14 (sehr basisch).
Normaler Regen liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 6,5 bis etwa 5,6 auf der pH-Skala. Saurer Regen jedoch Maßnahmen unter 5,5. Saurer Regen wurde am unteren Rand der Wolken bei pH 2,6 gemessen und im Nebel in Los Angeles sogar bis zu 2,0.
Wie wird Regen sauer?
Wasser löst mehr Stoffe auf als jedes andere bekannte Material. Reines Wasser bleibt nur so lange rein, bis es etwas anderes berührt. Wenn Wasserdampf um einen in der Luft schwebenden Partikel kondensiert, kann sich das Wasser auflösen oder mit dem Partikel reagieren. Wenn es sich bei den Partikeln um Staub oder Pollen handelt, trägt der Regen die Partikel auf den Boden.
Wenn die Partikel Chemikalien tragen oder enthalten, kann eine Reaktion stattfinden. Wenn Wasserdampf in der Atmosphäre herumspringt, reagieren einige der Wassermoleküle mit Kohlendioxidmolekülen zu Kohlensäure, einer schwachen Säure.
Dadurch wird der pH-Wert des Regens von 7 auf etwa 5 gesenkt, je nach Kohlensäurekonzentration. Normalerweise vermitteln natürliche Puffer im Boden diesen leicht sauren Regen.
Natürlich vorkommender saurer Regen
Natürlich vorkommender saurer Regen kann auch durch Vulkanausbrüche, verrottende Vegetation und Waldbrände verursacht werden. Bei diesen Ereignissen werden Schwefel- und Stickstoffverbindungen in die Luft freigesetzt, während gleichzeitig Partikel (Rauch, Asche und Staub) für die Klumpenbildung von Wasserdampf bereitgestellt werden.
Wasserdampf reagiert mit Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff zu Schwefelsäure und mit Stickstoffverbindungen zu Salpetersäure. Diese Säuren haben einen viel niedrigeren pH-Wert als Kohlensäure.
Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Autos, Lastwagen, Fabriken und Kraftwerken werden Schwefel- und Stickstoffverbindungen in die Atmosphäre freigesetzt, genau wie bei Vulkanen und Waldbränden. Im Gegensatz zu Vulkanausbrüchen und Waldbränden bestehen diese Quellen der Luftverschmutzung jedoch über lange Zeiträume.
Diese Luftverschmutzungswolken können weite Strecken zurücklegen. Die Auswirkungen der Luftverschmutzung auf Materialien und Bauwerke reichen von oberflächlichen Verschmutzungen und Flecken bis hin zur Korrosion der Materialien.
Auswirkungen von saurem Regen auf Gebäude und Denkmäler
Zu den üblichen natürlich vorkommenden Materialien, die für Gebäude und Denkmäler verwendet werden, gehören Sandstein, Kalkstein, Marmor und Granit.
Saurer Regen korrodiert alle diese Materialien bis zu einem gewissen Grad und beschleunigt die natürliche Zersetzung. Kalkstein und Marmor lösen sich in Säuren auf. Die Sandstein bildenden Sandpartikel werden oft durch Calciumcarbonat zusammengehalten, das sich in Säure auflöst.
Granit ist zwar viel säurebeständiger, kann aber dennoch durch sauren Regen und die darin enthaltenen Schadstoffe geätzt und befleckt werden. Zement reagiert auch auf sauren Regen. Zement ist Calciumcarbonat, das sich in Säure auflöst. Betongebäude, Bürgersteige und Kunstwerke aus Zement zeigen die Auswirkungen des sauren Regens. Darüber hinaus werden Platten aus Granit und anderen dekorativen Materialien oft mit Portlandzement befestigt.
Schäden durch sauren Regen an Betongebäuden in stark verschmutzten Städten wie Hangzhou, China, können weitreichend sein. Auch Kupfer, Bronze und andere Metalle reagieren mit Säuren. Korrosion der Bronzebleche der Ulysses S. Grant Memorial zum Beispiel zeigt sich als grüne Streifen auf dem Sockel. Das aus der Bronze gelöste Kupfer hat die Basis abgewaschen und zu grünen Flecken oxidiert.
Von saurem Regen betroffene Denkmäler
Die Wirkung von saurem Regen auf Taj Mahal-Strukturen ist ein Beispiel dafür, wie sich saurer Regen auf Gebäude auswirkt. Die Luftverschmutzung durch eine lokale Raffinerie hat zur Bildung von saurem Regen geführt, der den weißen Marmor gelb färbt.
Obwohl einige argumentiert haben, dass die Vergilbung natürlich ist oder durch Eisenstützen im Marmor verursacht wird, stimmten die örtlichen Gerichte zu, dass die Luftverschmutzung das Taj Mahal beeinflusst hat. Als Reaktion darauf hat die indische Regierung lokale strenge Emissionskontrollen eingeführt, um zum Schutz des Taj Mahal beizutragen.
Das Thomas Jefferson Memorial in Washington, D.C., ist eines von vielen Denkmälern, die von saurem Regen betroffen sind. Der sich auflösende Calcit setzt die im Marmor enthaltenen Silikatmineralien frei. Der Materialverlust schwächte die Struktur so stark, dass bei der Restaurierung 2004 Verstärkungsgurte angebracht wurden. Außerdem muss eine schwarze Kruste, die durch Schmutz im geätzten Marmor zurückbleibt, vorsichtig abgewaschen werden.
Viele Skulpturen in den Vereinigten Staaten und in Europa sind aus Marmor oder Kalkstein geschnitzt. Wenn schwefelsaurer Regen auf diese Statuen trifft, ergibt die Reaktion der Schwefelsäure mit dem Calciumcarbonat Calciumsulfat und Kohlensäure. Die Kohlensäure zerfällt weiter in Wasser und Kohlendioxid. Calciumsulfat ist wasserlöslich und wird daher von der Statue oder Skulptur abgewaschen.
Leider verschwinden die Details der Statue aufgrund des sauren Regens, wenn der Stein buchstäblich weggespült wird.