Kwaśny deszcz, po raz pierwszy rozpoznany w Szwecji w 1872 roku, przez długi czas był uważany za problem lokalny. Jednak w latach pięćdziesiątych uznanie, że kwaśne deszcze w Skandynawii pochodzą z Wielkiej Brytanii i północnej Europy, pokazało, że kwaśne deszcze są problemem regionalnym, a nawet globalnym.
Chociaż deszcz jest naturalnie nieco kwaśny, wpływ kwaśnego deszczu na budynki i zabytki przyspiesza naturalną korozję i erozję.
Kwaśny deszcz i pH
Deszcz jest naturalnie trochę kwaśny, co oznacza, że jego pH jest poniżej neutralnego pH 7. Skala pH mierzy kwasowość lub zasadowość substancji. Waha się od 0 (bardzo kwaśny) do 14 (bardzo zasadowy).
Normalny deszcz zwykle waha się od około 6,5 do około 5,6 w skali pH. Kwaśne deszcze jednak mierzą poniżej 5,5. Kwaśne deszcze zmierzono na dnie chmur przy pH 2,6, a we mgle w Los Angeles nawet 2,0.
Jak deszcz staje się kwaśny?
Woda rozpuszcza więcej substancji niż jakikolwiek inny znany materiał. Czysta woda pozostaje czysta tylko do momentu, gdy dotknie czegoś innego. Gdy para wodna kondensuje wokół cząstek unoszących się w powietrzu, woda może się rozpuścić lub wejść w reakcję z cząstkami. Kiedy cząsteczka jest pyłem lub pyłkiem, deszcz przenosi cząsteczkę na ziemię.
Gdy cząstki stałe niosą lub zawierają chemikalia, może wystąpić reakcja. Gdy para wodna odbija się w atmosferze, niektóre cząsteczki wody reagują z cząsteczkami dwutlenku węgla, tworząc kwas węglowy, słaby kwas.
To obniża pH deszczu z 7 do około 5, w zależności od stężenia kwasu węglowego. Naturalne bufory w glebie zwykle pośredniczą w tym umiarkowanie kwaśnym deszczu.
Naturalnie występujący kwaśny deszcz
Naturalnie występujące kwaśne deszcze mogą być również spowodowane erupcjami wulkanów, gnijącą roślinnością i pożarami lasów. Zdarzenia te uwalniają do powietrza związki siarki i azotu, jednocześnie dostarczając cząstki (dym, popiół i kurz), aby para wodna mogła się zbijać.
Para wodna reaguje ze związkami siarki, takimi jak siarkowodór, tworząc kwas siarkowy oraz ze związkami azotu, tworząc kwas azotowy. Kwasy te mają znacznie niższy poziom pH niż kwas węglowy.
Spalanie paliw kopalnych w samochodach, ciężarówkach, fabrykach i elektrowniach uwalnia do atmosfery związki siarki i azotu, podobnie jak wulkany i pożary lasów. Jednak w przeciwieństwie do erupcji wulkanów i pożarów lasów te źródła zanieczyszczenia powietrza utrzymują się przez długi czas.
Te smugi zanieczyszczenia powietrza mogą podróżować na duże odległości. Skutki zanieczyszczenia powietrza na materiały i konstrukcje są różne, od brudu i plam na powierzchni po korozję materiałów.
Wpływ kwaśnego deszczu na budynki i pomniki
Powszechnie występującymi w przyrodzie materiałami wykorzystywanymi do budowy budynków i pomników są piaskowiec, wapień, marmur i granit.
Kwaśny deszcz w pewnym stopniu powoduje korozję wszystkich tych materiałów i przyspiesza naturalny rozkład. Wapień i marmur rozpuszczają się w kwasach. Cząsteczki piasku tworzące piaskowiec często są utrzymywane razem przez węglan wapnia, który rozpuszcza się w kwasie.
Granit, choć znacznie bardziej odporny na działanie kwasów, nadal może być trawiony i barwiony przez kwaśne deszcze i niesione przez niego zanieczyszczenia. Cement reaguje również na kwaśne deszcze. Cement to węglan wapnia, który rozpuszcza się w kwasie. Budynki betonowe, chodniki i dzieła sztuki wykonane z cementu pokazują skutki kwaśnego deszczu. Ponadto płyty granitowe i inne materiały dekoracyjne są często utrzymywane na miejscu za pomocą cementu portlandzkiego.
Uszkodzenia budynków betonowych przez kwaśne deszcze w silnie zanieczyszczonych miastach, takich jak Hangzhou w Chinach, mogą być rozległe. Miedź, brąz i inne metale również reagują z kwasami. Korozja blachy z brązu na płycie Ulysses S. Na przykład Grant Memorial pokazuje się jako zielone smugi na piedestale. Miedź rozpuszczona z brązu spłukała bazę i utleniła się na zielone plamy.
Zabytki dotknięte kwaśnym deszczem
Wpływ kwaśnych deszczy na konstrukcje Taj Mahal jest jednym z przykładów tego, jak kwaśne deszcze wpływają na budynki. Zanieczyszczenie powietrza z lokalnej rafinerii spowodowało powstawanie kwaśnych deszczy, zmieniając biały marmur na żółty.
Chociaż niektórzy twierdzili, że żółknięcie jest naturalne lub spowodowane przez żelazne podpory w marmurze, lokalne sądy zgodziły się, że zanieczyszczenie powietrza wpłynęło na Taj Mahal. W odpowiedzi rząd Indii ustanowił lokalne ścisłe kontrole emisji, aby pomóc chronić Taj Mahal.
Pomnik Thomasa Jeffersona w Waszyngtonie jest jednym z wielu zabytków dotkniętych kwaśnym deszczem. Rozpuszczający się kalcyt uwalnia minerały krzemianowe zawarte w marmurze. Utrata materiału osłabiła konstrukcję na tyle, że podczas renowacji w 2004 roku dodano wzmacniające paski. Ponadto należy delikatnie zmyć czarną skorupę pozostawioną przez brud uwięziony w wytrawionym marmurze.
Wiele rzeźb w Stanach Zjednoczonych i Europie jest wyrzeźbionych z marmuru lub wapienia. Kiedy deszcz kwasu siarkowego uderza w te posągi, reakcja kwasu siarkowego z węglanem wapnia daje siarczan wapnia i kwas węglowy. Kwas węglowy dalej rozkłada się na wodę i dwutlenek węgla. Siarczan wapnia jest rozpuszczalny w wodzie, więc zmywa się z posągu lub rzeźby.
Niestety, z powodu kwaśnego deszczu szczegóły posągu znikają, gdy kamień dosłownie zmywa się.