In de 19e eeuw merkte Robert Angus Smith op dat, in tegenstelling tot de kustgebieden van Engeland, regen die over industriegebieden viel, een hoge zuurgraad had. In de jaren vijftig ontdekten Noorse biologen een alarmerende achteruitgang van de vispopulaties in de meren van Zuid-Noorwegen en herleidden ze het probleem tot zeer zure regen. Soortgelijke bevindingen deden zich voor in Canada in de jaren zestig.
pH schaal
De pH-schaal varieert van nul, wat erg zuur is, tot 14,0, wat basisch is en helemaal geen zuurgraad heeft. Het meeste oppervlaktewater heeft een pH van 7,0 en is neutraal. Normale regen heeft een pH-waarde tussen 5,0 en 5,5 en is licht zuur. Wanneer regen wordt gecombineerd met stikstofoxiden of zwaveldioxide, wordt normale regen veel zuurder en kan hebben een pH-waarde van ongeveer 4,0. In pH-waarden betekent een verschuiving van 5,0 naar 4,0 dat de zuurgraad met tien is gestegen keer.
Oxidatie
Zwaveldioxide en stikstofoxiden komen in de atmosfeer terecht via emissies van de verbranding van zwavelhoudende brandstoffen, zoals:
- koper
- lood
- zink
Wetenschappers weten nu dat hoge concentraties salpeterzuur en zwavelzuur in regen worden veroorzaakt door atmosferische oxidatie van stikstof oxiden en zwaveldioxide, en dat deze zuren in de waterkringloop terechtkomen als ze worden geoxideerd in wolkendruppels en in de regendruppels zich.
Zwaveldioxide
Zwaveldioxide is in hoge concentraties giftig en behoort tot een groep zeer reactieve gassen die bekend staat als de "oxiden van zwavel". Bij extreem hoog temperaturen, zoals wanneer steenkool, olie en gas worden verbrand, oxideert zwaveldioxide -- reageert met zuurstof -- in de atmosfeer en produceert zwavelzuur zuur. In een proces dat zure depositie wordt genoemd, valt zwavelzuur uit de wolken in druppels regen.
Stikstofoxiden
Stikstofoxiden zijn ook zeer reactieve gassen en ontstaan wanneer zuurstof en stikstof bij hoge temperaturen reageren. Emissies die stikstofoxiden bevatten, komen voort uit de verbranding van biomassa in tropische gebieden en de verbranding van steenkool, olie en gas op de noordelijke breedtegraden. Wanneer stikstofoxiden in de atmosfeer oxideren, produceren ze salpeterzuur. Net als zwavelzuur draagt salpeterzuur bij aan zuurafzetting en is het een belangrijk bestanddeel van zure regen.
Persistentie in water
De watercyclus van de planeet is een gesloten systeem en al het water op aarde bestaat in een bepaald stadium van de cyclus. Water wordt opgeslagen in de oceaan en verdampt, waardoor wolken van waterdamp worden gevormd. Terwijl de damp condenseert, valt het terug naar de aarde als neerslag. Zure regen wordt alleen geneutraliseerd als het op alkalische bodems valt, zoals kalksteen en calciumcarbonaat. Eenmaal gecombineerd met water, verdampen zuren niet, en tenzij de moleculen binden met iets basaals, of water stroomt weg naar een groter lichaam, de pH van waterlichamen blijft laag en het zuur blijft gevangen in plaats. Verzuurd water heeft een negatieve invloed op de oceaan, waar de lagere pH schadelijk is voor de wezens die koraalriffen maken.