Zure regen, voor het eerst erkend in Zweden in 1872, werd lange tijd als een lokaal probleem beschouwd. Maar in de jaren vijftig toonde de erkenning dat zure regen in Scandinavië zijn oorsprong vond in Groot-Brittannië en Noord-Europa, in plaats daarvan aan dat zure regen een regionaal, zelfs mondiaal, probleem was.
Hoewel regen van nature een beetje zuur is, zijn de effecten van zure regen op gebouwen en monumenten versnelt natuurlijke corrosie en erosie.
Zure regen en pH
Regen is van nature een beetje zuur, wat betekent dat de pH lager is dan een neutrale pH van 7. De pH-schaal meet hoe zuur of basisch een stof is. Het varieert van 0 (zeer zuur) tot 14 (zeer basisch).
Normale regen varieert in het algemeen van ongeveer 6,5 tot ongeveer 5,6 op de pH-schaal. Zure regen echter maatregelen onder 5,5. Zure regen is gemeten aan de onderkant van wolken bij pH 2,6 en in mist in Los Angeles, zo laag als 2,0.
Hoe wordt regen zuur?
Water lost meer stoffen op dan enig ander bekend materiaal. Zuiver water blijft alleen puur totdat het iets anders raakt. Wanneer waterdamp condenseert rond een deeltje dat in de lucht zweeft, kan het water oplossen of ermee reageren. Wanneer de deeltjes stof of stuifmeel zijn, draagt de regen het deeltje naar de grond.
Wanneer het deeltje chemicaliën bevat of bevat, kan er een reactie optreden. Terwijl waterdamp in de atmosfeer rondkaatst, reageren sommige watermoleculen met koolstofdioxidemoleculen om koolzuur te vormen, een zwak zuur.
Dit verlaagt de pH van de regen van 7 naar ongeveer 5, afhankelijk van de concentratie koolzuur. Natuurlijke buffers in de bodem bemiddelen meestal deze licht zure regen.
Natuurlijk voorkomende zure regen
Natuurlijk voorkomende zure regen kan ook worden veroorzaakt door vulkaanuitbarstingen, rottende vegetatie en bosbranden. Bij deze gebeurtenissen komen zwavel- en stikstofverbindingen in de lucht vrij, terwijl er ook deeltjes (rook, as en stof) vrijkomen voor waterdamp om rond te klonteren.
Waterdamp reageert met zwavelverbindingen zoals waterstofsulfide om zwavelzuur te vormen en met stikstofverbindingen om salpeterzuur te vormen. Deze zuren hebben een veel lagere pH-waarde dan koolzuur.
Bij het verbranden van fossiele brandstoffen in auto's, vrachtwagens, fabrieken en elektriciteitscentrales komen zwavel- en stikstofverbindingen in de atmosfeer vrij, net als vulkanen en bosbranden. In tegenstelling tot vulkaanuitbarstingen en bosbranden, blijven deze bronnen van luchtvervuiling echter gedurende lange tijd bestaan.
Deze pluimen van luchtvervuiling kunnen lange afstanden afleggen. De effecten van luchtvervuiling op materialen en constructies variëren van oppervlaktevuil en vlekken tot corrosie van de materialen.
Effecten van zure regen op gebouwen en monumenten
Veel voorkomende natuurlijk voorkomende materialen die worden gebruikt voor gebouwen en monumenten zijn zandsteen, kalksteen, marmer en graniet.
Zure regen tast al deze materialen tot op zekere hoogte aan en versnelt de natuurlijke afbraak. Kalksteen en marmer lossen op in zuren. De zanddeeltjes die zandsteen vormen, worden vaak bij elkaar gehouden door calciumcarbonaat, dat oplost in zuur.
Graniet, hoewel veel beter bestand tegen zuur, kan nog steeds worden geëtst en bevlekt door zure regen en de verontreinigende stoffen die het met zich meebrengt. Cement reageert ook op zure regen. Cement is calciumcarbonaat, dat oplost in zuur. Betonnen gebouwen, trottoirs en kunstwerken gemaakt met cement tonen de effecten van zure regen. Bovendien worden platen van graniet en andere decoratieve materialen vaak op hun plaats gehouden met Portlandcement.
De schade door zure regen aan betonnen gebouwen in zwaar vervuilde steden als Hangzhou, China, kan omvangrijk zijn. Koper, brons en andere metalen reageren ook met zuren. Corrosie van de bronzen beplating op de Ulysses S. Grant Memorial, bijvoorbeeld, wordt weergegeven als groene strepen op het voetstuk. Koper opgelost uit het brons heeft de basis weggespoeld en geoxideerd tot groene vlekken.
Monumenten getroffen door zure regen
Het effect van zure regen op Taj Mahal-structuren dient als een voorbeeld van hoe zure regen gebouwen beïnvloedt. Luchtvervuiling door een lokale raffinaderij heeft geleid tot zure regen, waardoor het witte marmer geel is geworden.
Hoewel sommigen hebben beweerd dat de vergeling natuurlijk is, of wordt veroorzaakt door ijzeren steunen in het marmer, waren de lokale rechtbanken het erover eens dat luchtvervuiling de Taj Mahal heeft beïnvloed. Als reactie hierop heeft de Indiase regering lokale strikte emissiecontroles ingesteld om de Taj Mahal te helpen beschermen.
Het Thomas Jefferson Memorial in Washington, D.C., is een van de vele monumenten die zijn getroffen door zure regen. Het oplossende calciet maakt de silicaatmineralen vrij die zich in het marmer bevinden. Het materiaalverlies verzwakte de structuur zodanig dat er tijdens de restauratie in 2004 versterkende banden werden aangebracht. Bovendien moet een zwarte korst die is achtergelaten door vuil dat in het geëtste marmer is gevangen, voorzichtig worden weggespoeld.
Veel sculpturen in de Verenigde Staten en Europa zijn gesneden uit marmer of kalksteen. Wanneer zwavelzuurregen deze beelden treft, levert de reactie van het zwavelzuur met het calciumcarbonaat calciumsulfaat en koolzuur op. Het koolzuur wordt verder afgebroken tot water en koolstofdioxide. Calciumsulfaat is in water oplosbaar en spoelt dus weg van het beeld of de sculptuur.
Helaas, als gevolg van zure regen, verdwijnen standbeelddetails als de steen letterlijk wegspoelt.
