- Mitkä happamiin ja emäksisiin aineisiin liittyvät ongelmat vaikuttavat ympäristöön?
- - Happamoitumisesta johtuvat ympäristöongelmat: lähteet
- jätevedet
- päästöt
- lannoitteet
- Hapan sade
- Rakennukset
- Metallit maaperässä
- mikro-organismit
- Valtamerien, järvien ja jokien happamoituminen
- Meren ekosysteemit
- - Alkalisoitumisesta johtuvat ympäristöongelmat: lähteet
- Teollisuus ja kaivostoiminta
- Maaperän alkalisointi
- Viitteet
Ympäristöön vaikuttavien happamien ja emäksisten aineiden pääongelmat liittyvät suoraan niiden aiheuttamiin pH-muutoksiin ja niiden epäsuoraan tai välittömään vaikutukseen eläviin olentoihin.
Sekä happamat että emäksiset aineet voivat aiheuttaa vakavia ympäristöongelmia; Erityisesti ympäristön happamoituminen aiheuttaa happosateiden, valtamerten, makean veden ja maaperän happamoitumisen ongelmia. Alkalisoituminen ilmenee erityisesti maaperän muutoksissa emäksiseen pH-arvoon.
Kuva 1. Hapan sade vaikuttaa metsään. Lähde: Lovecz, Wikimedia Commonsista
Ympäristöongelma voidaan määritellä tilanteeksi, joka uhkaa minkä tahansa ekosysteemin eheyttä ja joka syntyy luonnollisen ympäristön häiriöiden seurauksena.
Ihmisen toiminta on aiheuttanut äärimmäisiä ympäristöongelmia. Nykyinen tuotantomuoto, jossa luonnonvaroja käytetään intensiivisesti ja epäpuhtauksia on ylikuormitettu, rikkoo ympäristön kantokykyä ja kestävyyttä.
Ihmislajit ovat yksinomaisia ainutlaatuisia tapoja muuttaa suuria maa-alueita, päästää ilmakehään valtavia määriä myrkyllisiä aineita ja vaikuttaa vesistöihin hyvin lyhyinä aikoina ja luoda dramaattisia vaikutuksia ympäristöön.
Happamia aineita johdetaan ympäristöön joidenkin teollisuuden jätevesien, kaivostoiminnan, maaperää happamoittavien lannoitteiden käytön ja sadeveden tai ilmankosteuden kanssa reagoivien kaasupäästöjen kautta, jolloin muodostuu happamia yhdisteitä.
Kuva 2. Saastuttavien teollisuuspäästöjen tuotanto. Lähde: pixabay.com.
Perus- tai emäksiset aineet voivat myös tulla erilaisista teollisuuden jätevesistä ja kaivostoiminnoista.
Mitkä happamiin ja emäksisiin aineisiin liittyvät ongelmat vaikuttavat ympäristöön?
- Happamoitumisesta johtuvat ympäristöongelmat: lähteet
jätevedet
Happo jätevedet joitakin teollisuuden ja happo kaivos- viemäreihin sisältää pääasiassa hapoista: (HCI), rikki- (H 2 SO 4), typpihapon (HNO 3) ja fluorivetyhapon (HF).
Metallurgia-, muovi-, väriaine-, räjähdysaine-, lääke- ja hartsiteollisuus tuottavat happopäästöjä.
Kuva 3. Teollisuusvesien päästöt. Lähde: Nigel Wylie, Wikimedia Commonsin kautta
päästöt
Fossiilisten polttoaineiden kuten kivihiilen, öljyn ja maakaasun palamisessa syntyvät hiilidioksidin (CO 2), rikkidioksidin (SO 2) ja typen oksidien (NO, NO 2) päästöt ilmakehään eivät ole syynä vain maapallon lämpenemisestä, mutta happosateista.
CO 2 -päästöt johtavat myös valtamerten ja makean veden pintavesien (järvien ja jokien) happamoitumiseen, katastrofaalisten ympäristöongelmien vuoksi.
lannoitteet
Ammoniakkityppeä ja superfosfaatteja sisältävien epäorgaanisten lannoitteiden pitkäaikaisella käytöllä on jäljelle jäävä vaikutus happamoittamalla maaperää.
Myös suurten määrien orgaanisen aineen levittäminen erittäin kosteisiin maaperään saa aikaan happamaksi tekemistä humiinihappojen ja muiden muodostuneiden orgaanisten happojen vaikutuksesta.
Happamien aineiden aiheuttamista huolestuttavimmista ympäristöongelmista mainitaan happosateet, maaperän happamaksi tekeminen ja maamerien happamoituminen.
Hapan sade
Rikkidioksidikaasut (SO 2) ja typen oksidit (NO ja NO 2), joita tuotetaan fossiilisten polttoaineiden polttamisessa teollisuudessa, voimalaitoksissa, ilma-, meri- ja maaliikenteessä sekä sulatettaessa metallien uuttoa varten, ovat syynä sateisiin, jotka ovat happamat.
Troposfäärissä, SO 2 hapettuu muodostaen rikkihappoa (H 2 SO 4), vahvan hapon, ja typen oksidit transformoitiin myös typpihappoa, toinen vahva happo.
Sadessaan nämä ilmakehässä aerosolien muodossa olevat hapot sisällytetään sadeveteen ja hapottavat sitä.
Rakennukset
Hapan sadevesi syövyttää rakennuksia, siltoja ja monumentteja, koska se reagoi rakennusten kalkkikivestä peräisin olevan kalsiumkarbonaatin (CaCO 3), marmorin ja metallien kanssa. Hapan sade happamoittaa myös maaperää ja vesistöjä planeetalla.
Kuva 4. Hapan sateen aiheuttamat rakennusvahingot, Notre Damen katedraalin gargoyle (Pariisi, Ranska) osoittavat selkävaurioita. Lähde: Michael Reeve, Wikimedia Commonsin kautta
Metallit maaperässä
Hapan sade muuttaa maaperän koostumusta, syrjäyttää myrkylliset raskasmetallit maaperän liuokseen ja pohjaveteen.
Hyvin happamissa pH-arvoissa tapahtuu maaperän mineraalien voimakas muutos johtuen kationien siirtymisestä korkeissa pitoisuuksissa läsnä olevien H + -ionien kanssa. Tämä aiheuttaa epävakautta maaperän rakenteessa, suuria myrkyllisten alkuaineiden pitoisuuksia ja kasvien ravintoaineiden vähäisen saatavuuden.
Hapanta maaperä, jonka pH on alle 5, sisältää korkeita ja myrkyllisiä pitoisuuksia alumiinin (Al), mangaanin (Mn) ja raudan (Fe) kasvien kehitykseen.
Lisäksi ravintoaineiden kalium (K), fosfori (P), rikki (S), natrium (Na), molybdeeni (Mo), kalsium (Ca) ja magnesium (Mg) saatavuus on vähentynyt huomattavasti.
mikro-organismit
Hapan olosuhteet eivät salli maaperän mikro-organismien (pääasiassa bakteerien) kehittymistä, jotka ovat orgaanisen aineen hajottajat.
Typpeä kiinnittävät bakteerit toimivat optimaalisesti pH-arvoissa välillä 7 - 6,5; sen kiinnitysnopeus laskee dramaattisesti, kun pH on alle 6.
Mikro-organismit myös suosivat maaperän hiukkasten aggregaatiota, mikä edistää rakennetta, ilmastusta ja hyvää maaperän kuivumista, joka on välttämätöntä kasvien kasvulle.
Valtamerien, järvien ja jokien happamoituminen
Happamoituminen pintavesien - valtamerten, järvien ja jokien - tuotetaan pääasiassa imeytymistä CO 2, joka on peräisin fossiilisten polttoaineiden.
Pinta vedet planeetan toimivat luonnon nieluja ilmakehän CO 2. Erityisesti valtameret muodostavat maapallon suuren hiilidioksidipäästön. CO 2 imeytyy veteen ja reagoi sen kanssa tuottaen hiilihappoa (H 2 CO 3):
CO 2 + H 2 O → H 2 CO 3
Hiilihappo dissosioituu vedessä, myötävaikuttaen H + -ionien meriveteen:
H 2 CO 3 + H 2 O → H + + HCO 3 -
Liialliset H + -ionipitoisuudet lisäävät planeetan meriveden happamuutta.
Meren ekosysteemit
Tämä liiallinen happamuus vaikuttaa dramaattisesti meriekosysteemeihin ja erityisesti organismeihin, jotka muodostavat kalsiumkarbonaattieksoskelettejä (kuoret, kuoret ja muut tuki- tai suojarakenteet), koska H + -ionit syrjäyttävät kalsiumin karbonaatista ja liuottavat sen, estäen niiden muodostumisen.
Valtamerien happamoituminen vaikuttaa suoraan koralli-, osteri-, simpukka-, merisiili-, rapu- ja planktonilajeihin, joissa on eksoskeletonit.
Kaikkien merilajien elämä riippuu suurelta osin koralliriutoista, koska ne ovat meren biologisen monimuotoisuuden alueita. Suuri osa pienemmistä eläimistöistä paeta ja asuu siellä tarjoamalla ruokaa meren ekosysteemin toissijaisille kuluttajille, kuten kaloille, valaille ja delfiineille.
Happamoituminen johtuu liiallisesta CO 2 maapallon ilmakehään muodostaa vakavan uhan koko meren ekosysteemiin. Maapallon historiassa ei ole koskaan kirjattu valtamerten happamoitumisprosessia nykyisellä nopeudella - viimeisen 300 miljoonan vuoden korkeimmalla tasolla -, mikä myös vähentää sen kapasiteettia hiilidioksidin lähteenä.
- Alkalisoitumisesta johtuvat ympäristöongelmat: lähteet
Teollisuus ja kaivostoiminta
Pesuaine-, saippua-, tekstiili-, värjäys-, paperinvalmistus- ja lääketeollisuus tuottavat muun muassa emäksisiä jätevesiä, jotka sisältävät pääasiassa natriumhydroksidia (NaOH), vahvaa emästä ja muita emäksiä, kuten natriumkarbonaattia (Na 2 CO) 3), joka on heikko perusta.
Mineraaliboksiitin käsittely NaOH: lla alumiinin uuttoa varten tuottaa erittäin alkalista punaista mutaa. Myös öljynotto ja petrokemian teollisuus tuottavat alkalisia jätevesia.
Perusaineiden aiheuttama suurin ympäristöongelma on maaperän alkalisointi.
Maaperän alkalisointi
Emäksisten maaperien pH-arvot ovat yli 8,5, niiden rakenne on erittäin huono, hajallaan olevat hiukkaset ja tiiviit kalkkipitoiset kerrokset ovat 0,5–1 metrin syvyydessä ja ne estävät juurten kasvua ja tunkeutumista, imeytymistä ja veden vuotamista.
Niissä on natriumin (Na) ja boorin (B) myrkyllisiä pitoisuuksia ja ne ovat erittäin hedelmättömiä.
Kuva 5. Alkalinen maaperä. Lähde: Pixabay.com
Viitteet
- Bowman, AF, Van Vuuren, DP, Derwent, RG ja Posch, M. (2002) Maapallon ekosysteemien happamoitumisen ja rehevöitymisen globaali analyysi. Veden, ilman ja maaperän pilaantuminen. 41,349-382.
- Doney, SC, Fabry, VJ, Feely, RA ja Kleypas, JA (2009). Merien happamoituminen: Toinen CO 2 vuosikatsaus Meritieteiden. 1, 169 - 192.
- Ghassemi, F., Jakeman, AJ ja Nix, HA (1995). Maa- ja vesivarojen suolaaminen: ihmisen syyt, laajuus, hallinta ja tapaustutkimukset. CAB International, Wallinford, Iso-Britannia. 544pp.
- Kleypas, JA ja Yates, KK (2009). Koralliriutat ja valtamerten happamoituminen. Merentutkimus. 22,108-117.
- Mason, C. (2002). Makean veden pilaantumisen ekologia. Pearson Education Limited. 400pp.