Кислотный дождь, впервые обнаруженная в Швеции в 1872 году, долгое время считалась местной проблемой. Но в 1950-х годах признание того, что кислотные дожди в Скандинавии происходят в Великобритании и Северной Европе, вместо этого показало, что кислотные дожди являются региональной и даже глобальной проблемой.
Хотя дождь, естественно, имеет небольшую кислотность, воздействие кислотного дождя на здания и памятники ускоряет естественную коррозию и эрозию.
Кислотный дождь и pH
Дождь, естественно, немного кислый, то есть его pH ниже нейтрального pH 7. Шкала pH измеряет кислотность или щелочность вещества. Он варьируется от 0 (очень кислая) до 14 (очень щелочная).
Нормальный дождь обычно колеблется от примерно 6,5 до примерно 5,6 по шкале pH. Кислотный дождь, однако, ниже 5,5. Кислотный дождь был измерен в нижней части облаков при pH 2,6 и в тумане в Лос-Анджелесе до 2,0.
Как дождь становится кислым?
Вода растворяет больше веществ, чем любой другой известный материал. Чистая вода остается чистой только до тех пор, пока не коснется чего-то другого. Когда водяной пар конденсируется вокруг частиц, плавающих в воздухе, вода может растворяться или вступать в реакцию с твердыми частицами. Когда частицы представляют собой пыль или пыльцу, дождь уносит частицы на землю.
Когда частицы содержат или содержат химические вещества, может происходить реакция. Когда водяной пар подпрыгивает в атмосфере, некоторые молекулы воды вступают в реакцию с молекулами углекислого газа с образованием угольной кислоты, слабой кислоты.
Это снижает pH дождя с 7 примерно до 5, в зависимости от концентрации угольной кислоты. Естественные буферы в почве обычно смягчают этот умеренно кислый дождь.
Естественный кислотный дождь
Естественный кислотный дождь также может быть вызвано извержениями вулканов, гниющей растительностью и лесными пожарами. Эти события выделяют в воздух соединения серы и азота, а также создают частицы (дым, пепел и пыль) для образования комков водяного пара.
Водяной пар реагирует с соединениями серы, такими как сероводород, с образованием серной кислоты и с соединениями азота с образованием азотной кислоты. Эти кислоты имеют гораздо более низкий уровень pH, чем угольная кислота.
При сжигании ископаемого топлива в автомобилях, грузовиках, на заводах и электростанциях в атмосферу выделяются соединения серы и азота, как при вулканах и лесных пожарах. Однако, в отличие от извержений вулканов и лесных пожаров, эти источники загрязнения воздуха сохраняются в течение длительного времени.
Эти шлейфы загрязнения воздуха могут перемещаться на большие расстояния. Воздействие загрязнения воздуха на материалы и конструкции варьируется от поверхностных загрязнений и пятен до коррозии материалов.
Воздействие кислотных дождей на здания и памятники
Обычные природные материалы, используемые для строительства зданий и памятников, включают песчаник, известняк, мрамор и гранит.
Кислотный дождь до некоторой степени разъедает все эти материалы и ускоряет естественное разложение. Известняк и мрамор растворяются в кислотах. Частицы песка, образующие песчаник, часто удерживаются вместе карбонатом кальция, который растворяется в кислоте.
Гранит, хотя и намного более устойчив к кислоте, все же может травиться и окрашиваться кислотными дождями и загрязняющими веществами, которые он несет. Цемент также реагирует на кислотные дожди. Цемент - это карбонат кальция, растворяющийся в кислоте. Бетонные здания, тротуары и произведения искусства, сделанные из цемента, демонстрируют воздействие кислотных дождей. Кроме того, плиты из гранита и других декоративных материалов часто удерживаются на месте с помощью портландцемента.
Кислотный дождь может нанести серьезный ущерб бетонным зданиям в сильно загрязненных городах, таких как Ханчжоу, Китай. Медь, бронза и другие металлы также вступают в реакцию с кислотами. Коррозия бронзового покрытия на Ulysses S. Мемориал Гранта, например, отображается как зеленые полосы на пьедестале. Медь, растворенная в бронзе, вымыла основу и окислилась до зеленых пятен.
Памятники, пострадавшие от кислотного дождя
Воздействие кислотного дождя на сооружения Тадж-Махала служит одним из примеров того, как кислотный дождь влияет на здания. Загрязнение воздуха местным нефтеперерабатывающим заводом привело к образованию кислотных дождей, в результате чего белый мрамор стал желтым.
Хотя некоторые утверждали, что пожелтение является естественным или вызвано железными опорами в мраморе, местные суды согласились с тем, что на Тадж-Махал повлияло загрязнение воздуха. В ответ на это правительство Индии ввело строгий местный контроль за выбросами, чтобы защитить Тадж-Махал.
Мемориал Томаса Джефферсона в Вашингтоне, округ Колумбия, является одним из многих памятников, пострадавших от кислотных дождей. Растворяющийся кальцит высвобождает силикатные минералы, содержащиеся в мраморе. Потеря материала настолько ослабила структуру, что во время реставрации 2004 года были добавлены усиливающие ленты. Кроме того, необходимо аккуратно смыть черную корку, оставшуюся от грязи, попавшей в травленый мрамор.
Многие скульптуры в Соединенных Штатах и Европе вырезаны из мрамора или известняка. Когда сернокислый дождь обрушивается на эти статуи, реакция серной кислоты с карбонатом кальция дает сульфат кальция и угольную кислоту. Угольная кислота далее распадается на воду и углекислый газ. Сульфат кальция растворяется в воде, поэтому смывает его со статуи или скульптуры.
К сожалению, из-за кислотного дождя детали статуи исчезают, поскольку камень буквально размывается.