Pluja àcida

Efectes de la pluja àcida a les Muntanyes Jizera (República Txeca)

La pluja àcida és el fenomen consistent en una pluja que cau amb uns nivells de pH inferiors als normals.

Es deu principalment a la barreja de l'aigua amb els productes moleculars del sofre i del nitrogen que s'ocasionen en la combustió, com per exemple òxid nitrós NO₂, òxid nítric NO₃ o diòxid de sofre SO₂ que en combinar-se amb l'aigua generen àcid nitrós HNO₂, àcid nítric HNO₃, i àcid sulfúric H₂SO₄. És un fenomen que al llarg de la història de la terra havia ocorregut molts cops de manera espontània com per exemple a causa de les erupcions volcàniques però que s'han vist accelerades i sovintegen d'ençà que l'era industrial ha dut a terme una crema en massa dels recursos de matèria orgànica del planeta. Aquests gasos són emesos per fàbriques, centrals elèctriques o vehicles que cremen carbó o productes derivats del petroli. És un fenomen que al llarg de la història de la terra havia ocorregut molts de cops de manera espontània com per exemple a causa de les erupcions volcàniques però que s'han vist accelerades per l’industria ha dut a terme una crema en massa dels recursos de matèria orgànica del planeta. La pluja àcida pot tenir efectes nocius en plantes, animals i en edificis. Causa corrosió en estructures metàl•liques com ponts o erosions en construccions de pedra. També crema les fulles de la vegetació i per això afecta bàsicament als ecosistemes vegetals, com per exemple els boscos, tot i que pot arribar a afectar també llacs i embassaments acidificant-los.

La pluja normalment presenta un pH d'aproximadament 5.4 (lleugerament àcid) a causa de la presència del CO₂ atmosfèric, que forma àcid carbònic, H₂CO₃. Es considera que és pluja àcida si presenta un pH inferior a 5, i pot arribar al pH del vinagre (pH 3).

Les zones del món més afectades per la pluja àcida són la part oriental de Nord-Amèrica i Europa Central. Aquestes zones coincideixen amb països "súper" industrialitzats. El Japó també és una de les zones amb un alt nivell de contaminació per pluja àcida.

Algunes dades d'aquestes zones:

• Als Estats Units hi ha actualment uns 1000 llacs acidificats i uns 3000 parcialment acidificats.
• A Noruega, la pesca ha desaparegut d'aigües que cobreixen 1300 milions d'hectàrees per efectes de la pluja àcida, entre d'altres contaminants.
• A Suècia uns 2200 llacs es troben virtualment morts pels seus alts nivells d'acidesa en les seves aigües.
• La pluja àcida també ha contribuït al deteriorament que actualment s'enregistra en àmplies extensions de boscs d'Europa.
• Els països amb zones boscoses més afectades són: la Gran Bretanya, Alemanya, Holanda, Dinamarca, Noruega, Suïssa, Finlàndia i Suècia.
• Una altra de les conseqüències de la pluja àcida és la corrosió de monuments històrics que es fa particularment evident a Grècia i Mèxic.
• La pluja àcida també té un efecte sobre el procés germinatiu de diferents llavors.

No sempre, però, els llocs propers a les "fonts productores" de la pluja àcida, com les centrals tèrmiques, són les més afectades, ja que a través de l'atmosfera poden viatjar km fins que cauen en forma de pluja.

Per exemple, a l'Amèrica del Sud, un estudi sobre l'augment d'acidesa del riu Yaguarón a l'Uruguai, assenyala com a origen d'aquesta contaminació atmosfèrica "importada", la Central Termoelèctrica de Candiota, al Brasil, a 40 km de la frontera amb l'Uruguai.

Els causants de la pluja acida són el diòxid de sofre (SO₂) i els òxids de nitrogen (N₂O₃ i N₂O₅) que es generen amb la combustió dels combustibles fòssils, i que en combinació amb la humitat i l'aigua de la pluja produeixen microgotetes d'àcid sulfúric (H₂SO₄) i àcid nítric (HNO₃) que cremen les fulles de la vegetació i per això afecta bàsicament els ecosistemes vegetals, com per exemple els boscos, tot i que pot arribar a afectar també llacs i embassaments.

Els efectes de la pluja contaminada, poden convertir un exuberant bosc en un cementiri de troncs morts. El diòxid de sofre i els òxids de nitrogen que cauen en forma de pluja, s'instal·len sobre les fulles dels vegetals i actuen com un àcid perforant i matant al seu pas les plantes, arbres, flors...

El 88% de l'energia que es consumeix en l'actualitat al planeta prové dels combustibles fòssils: carbó, petroli i gas natural. És veritat que s'empren també altres formes d'energia i que la recerca sobre energies alternatives es troba en graus diversos d'avenç, però a hores d'ara el gruix principal de consum energètic encara se sosté en aquests combustibles orgànics.

Definició

El terme popular “pluja àcida” s’aplica a tots els tipus de precipitació àcida aquosa (pluja, neu, aiguaneu, boira, aigua nebulosa i rosada).En el context ambiental el terme precipitació té una definició més amplia i es parla de “deposició d’àcids” que es refereix a la deposició en la superfície de la Terra d’àcids aquosos, gasos àcids (com el SO₂) i sals àcides (com NH₄HSO₄). Normalment es divideix en dues categories:

• Deposició humida: deposició de partícules (sòlides o líquides) sobre la superfície terrestre a base d’aigua (pluja, neu, calamarsa, etc.)
• Deposició seca: deposició d’espècies seques (en absència de precipitacions) com SO₂ o partícules sòlides quan s’adhereixen al terra, plantes o altres superfícies.

La pluja no contaminada normalment presenta un pH lleugerament àcid d’aproximadament 5.65. Això es degut a la presència del CO₂ atmosfèric, que forma àcid carbònic H₂CO₃ (àcid feble), tot i que la pluja no contaminada conté altres substàncies químiques. L’aigua destil•lada que no conté diòxid de carboni té un pH neutre de 7. La reacció de formació de l’àcid carbònic és la següent:

H₂O (l) + CO₂ (g) → H₂CO₃ (aq)

Aleshores l'àcid carbònic es pot ionitzar en aigua, formant concentracions baixes d'ions hidronis i carbonats:

2 H₂O (l) + H₂CO₃ (aq) CO₃²⁻ (aq) + 2 H₃O⁺ (aq)

Es considera pluja àcida si presenta valors de pH inferiors a 5. Aquests valors de pH s’assoleixen per la presència d’altres àcids addicionals al H₂CO₃ com l’àcid sulfúric H₂SO₄ i l’àcid nítric HNO₃, formats a partir del diòxid de sofre SO₂ i d’òxids de nitrogen. Tot i que el diòxid de carboni CO₂ es troba a concentracions més elevades que el diòxid de sofre SO₂ en l’atmosfera, aquest últim contribueix més a l’acidesa de la precipitació perquè és significativament més soluble en aigua i té una constant d’acidesa (Ka) major que el CO₂. Altres substàncies naturals com la pols, que conté carbonat de calci, pot millorar l’acidesa ja que en solució resulta ser lleugerament alcalina.

Història

Des de la Revolució Industrial han augmentat les emissions de diòxid de sofre i òxids de nitrogen a l'atmosfera. El segle XVII John Evelyn va remarcar en el mal estat dels marbres d'Arundel i l'efecte corrossiu de l'aire d'una ciutat contaminada sobre els marbres i la pedra calcàrea. El 1852, Robert Angus Smith fou el primer en demostrar la relació entre la pluja àcida i la contaminació atmosfèrica a Manchester (Anglaterra). Tot i que la pluja àcida fou descoberta el 1852, no fou fins a finals de la dècada del 1960 que els científics començaren a observar i estudiar el fenomen. El terme "pluja àcida" fou encunyat el 1972. El canadenc Harold Harvey fou un dels primers en investigar un llac "mort". La consciència pública de la pluja àcida als Estats Units augmentà a la dècada del 1970 després que el New York Times publiqués informes del Bosc Experimental de Hubbard Brook de Nou Hampshire sobre la multitud d'efectes ambientals deleteris que s'havia demostrat que eren causats per la pluja àcida.

S'han observat mesuraments ocasionals del pH de la pluja i de l'aigua de la boira molt inferiors a 2,4 (l'acidesa del vinagre) en àrees industrialitzades. La pluja àcida industrial és un problema important a Europa, la Xina, Rússia i les àrees que es troben vent avall d'aquests països. Aquestes àrees combusteixen totes carbó que conté sofre per generar calor i electricitat. El problema de la pluja àcida no només ha augmentat amb l'increment de la població i el creixement industrial, sinó que ha esdevingut més estès. L'ús de xemeneies de gran alçada per reduir la contaminació local ha contribuït a l'expansió de la pluja àcida, alliberant gasos a la circulació atmosfèrica regional. Sovint, la deposició es produeix a una distància considerable vent avall de les emissions, sent les regions muntanyoses les que tendeixen a rebre la major deposició (simplement a causa de les seves majors precipitacions). És un exemple d'aquest efecte el baix pH de la pluja (en comparació amb les emissions locals) que cau sobre Escandinàvia.

Estudi de la pluja àcida a Europa

Entre altres estudis es fa un seguiment mitjançant les xarxes europees de seguiment de danys als boscos.

Xarxa europea de nivell I

A principis dels anys 80 a Europa hi havia una gran preocupació pel deteriorament dels boscos a gran escala i la possibilitat que estigués causat per la pluja àcida. Per avaluar l'estat dels boscos, es van aprovar diferents programes internacionals de cooperació sobre boscos i sobre el seguiment integrat d'ecosistemes (ICP Forest), sota el marc de la ONU, es tenia l'objectiu d'implantar una xarxa sistemàtica de parcel•les sobre boscos per fer una avaluació anual de l'estat sanitari.

Aquesta xarxa, anomenada xarxa de nivell I, està en funcionament des del 1986. Consisteix en una xarxa de punts distribuïts en forma de xarxa quadriculada de 16 km de costat. En els vèrtex que estan situats en una zona forestal arbrada, s'hi col•loca un punt de mostreig.

Cada any, es fa la revisió de l'estat sanitari de la copa de tots els arbres en cadascun d'aquest punts, cosa que permet fer un seguiment de l'evolució de l'estat dels boscos. Els principals paràmetres que s’avaluen són :

• defoliació (percentatge de pèrdua de fulles)
• decoloració
• danys visibles en els arbres

En aquest moments, la xarxa de nivell I consta de 6.100 punts en 40 països europeus, on s'avaluen anualment un 140.000 arbres.

Xarxa europea de nivell II

Les anomalies climàtiques dels darreres decennis van fer que el 1990 la Conferència de Ministres es decidís a impulsar una nova xarxa de parcel•les complementària a l'anterior, anomenada Sistema paneuropeu per al seguiment intensiu i continuat dels ecosistemes forestals ( xarxa CE nivell II).

Es tracta d'una xarxa no sistemàtica de parcel•les permanent de vigilància intensiva que han de representar els principals sistemes forestals. En aquestes parcel•les es fan mesures més nombroses i precises amb l'objectiu de coneixes no només l'estat de salut i les seves variacions amb el temps, sinó també d’intentar entendre millor les causes que provoquen impactes sobre els ecosistemes forestals i els seus efectes i interaccions.

Cada anys es fa un seguiment intensiu de 860 parcel•les a tot Europa i es publica un informe executiu sobre l'estat dels seus boscos. A escala estatal, el Servei de Protecció contra Agents Nocius (SPCAN), del Ministeri de Medi Ambient, du a terme tots els treballs relacionats amb les xarxes europees d'avaluació de danys als boscos, en col•laboració amb les comunitats autònomes. Com a resultat d'aquesta feina, es publica anualment l'inventari de danys forestals a Espanya.

Utilitats i perspectives de les xarxes

Des de que es van plantejar fins ara, s'han canviat alguns dels objectius inicials. D'altre banda, actualment s’estan canviant els instruments econòmics europeus que permeten el finançament d'aquestes xarxes. Actualment, no és justifica el projecte principalment en el anàlisis de la contaminació a llarga distància, sinó que es dona més pes a intentar quantificar i analitzar els efectes del canvi climàtic sobre la vegetació i a l’inrevés, és a dir, quantificar la fixació de CO₂ als ecosistemes forestals arboris.

Un altre tema relacionat són les dades sobre producció de biomassa i els possibles usos energètics d'aquesta. També es vol aprofundir en el coneixement de l'evolució de determinats paràmetres en els diferents tipus d'ecosistemes sotmesos a pertorbacions.

L' utilitat que tenen aquestes xarxes és precisament gràcies a la metodologia compartida (xarxa sistemàtica) i l'acumulació de dades de terminis de temps perllongats.

Estudi pluja àcida a Catalunya

A la xarxa de nivell I de Catalunya hi ha 76 punts en que s'estudien la defoliació i decoloració d'uns 1.824 arbres, per el que fa a la xarxa de nivell II de Catalunya només hi ha cinc parcel•les amb un total de 439 arbres.

Hi ha també la Red de Vigilància y Previsión de la Contaminació Atmosfèrica (XVPCA) que és un sistema de detecció dels nivells de emissió dels contaminants principals a diferents punts de Catalunya. Algunes de les estacions automàtiques de la XVPCA són estacions rurals de mesurament de contaminants secundaris que estan equipades amb sensors automàtics, que analitzen l’acidesa de la pluja. L’objectiu és el d’obtenir una informació com més àmplia millor sobre els nivells de precipitació àcida a Catalunya.

A Catalunya, de moment, no s'acostumen a mesurar valors de pH tan àcids com els de l’Europa central i del nord, els sòls calcaris i l’aerosol saharià neutralitzen ràpidament el seu efecte. La pluja mesurada a les estacions de la XVPCA només és àcida de manera molt esporàdica, i en canvi, molt sovint és alcalina.

Excepcionalment, entre els anys 1978-1983 la central tèrmica de Cercs (Berguedà) va ser denunciada per un delicte ecològic al provocar l’abocament de pluja àcida a una zona forestal de 30.000 hectarees que va quedar greument deteriorada. (Deposició seca).

Durant l’any 2001 a Catalunya es va analitzar pluja d’onze punts diferents per tal de saber-ne el pH (un d’ells proper a la central tèrmica anteriorment comentada). Tenint en compte que el pH aproximat de la pluja és de l’ordre 5.6 es podrà saber si Catalunya està afectada pel problema de la pluja àcida. Es van obtenir els resultats següents:

Tipus d’àrea	Població	pH
Suburbana – Industrial	Barcelona (Port – Dàrsena)	6.8
Rural	Agullana (Girona)	7.0
Rural	Santa Maria de Palautordera (Girona)	5.5
Rural	Santa Pau (Girona)	6.8
Rural	Begur (Empordà)	5.7
Rural – Industrial	Cercs (Alt Llobregat)	6.5
Rural	Bellver de Cerdanya (Pirineu Oriental)	7.0
Rural	Pardines (Pirineu Oriental)	7.3
Rural	Sort (Pirineu Occidental)	7.3
Rural	Gandesa (Terres de l’Ebre)	7.4
Rural	La Sènia (Terres de l’Ebre)	7.1

Donat a què en tots els punts de mesura s’obté un pH de 5.5 o superior es pot concloure que el problema ambiental de la pluja àcida no és greu a Catalunya en comparació amb l’Europa central i del Nord. Els sols calcaris i l’aerosol saharià en neutralitzen l’efecte.

L’any 2003 es va donar a conèixer un informe similar que mantenia la conclusió anterior.

Formació de la pluja àcida

Una gran part del SO₂ (diòxid de sofre) emès a l’atmosfera es deu a les erupcions volcàniques, que són fenòmens irregulars que tenen lloc de forma natural. Tot i així una altra font de SO₂ a destacar es la indústria metal•lúrgica. El SO₂ però, pot procedir també d’altres compostos derivats com per exemple el sulfur de dimetil, (CH₃)₂ S, i altres derivats com el sulfur d’hidrogen, H₂ S. Aquests compostos derivats poden oxidar-se amb oxigen atomosferic donant lloc a SO₂. Finalment el SO₂ s’oxida a SO3 (reaccionant amb radicals hidroxil i oxigen). Aquest SO₃ que pot quedar dissolt a les gotes de pluja, és el que prové de les emissions de SO₂ en procesos d’obtenció d’energia: el carbó, el petroli i altres combustibles fòssils contenen sofre en quantitats variables però significatives (generalment més de l'1%). Degut a una combustió aquest sofre s’oxida a diòxid de sofre.

S + O₂ → SO₂

Per exemple en els processos que tenen lloc a la indústria metal•lúrgica es genera SO₂. En fase gasosa el diòxid de sofre s’oxida per reacció amb el radical hidroxil degut a una reacció intermolecular.

SO₂ + OH• → HOSO₂ •

HOSO₂ • + O₂ → HO₂ • + SO₃

El triòxid de sofre (SO₃) degut a la seva reacció amb aigua atmosferica es converteix en àcid sulfúric (H₂ SO₄).

SO₃(g) + H₂ O (l) → H₂ SO₄(l)

El monòxid de nitrogen (NO) es forma per la reacció que té lloc entre oxigen i nitrogen a alta temperatura.

O₂ + N₂ → 2NO

Gran part de la formació de monòxid de nitrogen es deu a les reaccions que tenen lloc als motors tèrmics dels cotxes i avions, aquestes tenen lloc a temperaturas molt elevades. L’oxidació del monòxid de nitrogen amb l’oxigen atmosferic dóna lloc a diòxid de nitrogen.

O₂ + 2NO → 2NO₂

Aquest compost reacciona amb aigua i dóna lloc a àcid nítric (HNO₃), que es dissol en aigua.

3NO₂ + H₂ O → 2HNO₃ + NO

Mètodes de prevenció

Solucions tècniques

El gas més rellevant que porta a l’acidificació és el diòxid de sofre. La font principal d'aquesta substància a l'atmosfera és la combustió de carbó o de petroli, que inclou l'ús de vehicles(trànsit), centrals tèrmiques,explotació i manipulació de certs minerals de sofre, indústria del paper i del carbó (incloent embalatges, etc.), síntesi d'àcid sulfúric, etc.

Moltes centrals termoelèctriques de carbó fan ús de la dessulfuració de gasos de combustió per tal d’eliminar el sofre de les substàncies que emeten. Per una central termoelèctrica de carbó clàssica, aquesta dessulfuració permetrà eliminar més del 95 per cent del diòxid de sofre dels gasos provocats per la combustió. Un bon exemple de dessulfuració és el depurador de gasos que s’utilitza normalment. Aquest depurador consta d’una torre equipada amb un ventilador que extreu els fums calents de la xemeneia de la central tèrmica . La calç o la pedra calcària s’injecta dins d’aquesta torre per tal que es mescli amb els fums de la xemeneia i es combini amb el diòxid de sofre present. El carbonat de calci de la pedra calcària produeix sulfat de calci amb un pH neutre que el depurador pot extreure físicament. És a dir, el depurador converteix sulfurs contaminants en sulfats industrials.

En algunes zones, aquests sulfats són venuts a empreses químiques com a guix, sempre i quan la puresa del sulfat de calci sigui alta. En d’altres casos, són col•locats en abocadors. No obstant això, els efectes de la pluja àcida poden durar generacions, com els efectes del canvi del nivell de pH, que poden estimular la continua lixiviació de productes químics indesitjats cap a les fonts d’aigua naturals, matant insectes vulnerables i espècies de peixos, bloquejant així els esforços per a restaurar la vida nativa. Controlar les emissions dels vehicles redueix les emissions d’òxids de nitrogen dels vehicles de motor.

Els tractats internacionals

S’han acordat una sèrie de tractats internacionals sobre el transport a llarga distancia de contaminants atmosfèrics. Per exemple, el protocol de reducció d’emissions de sofre sota el Conveni sobre la contaminació atmosfèrica transfronterera a gran distancia. Canadà i els Estats Units van signar l’Acord per la qualitat de l’aire al 1991. Molts dels països europeus i el Canadà han signat els tractats

Solucions

Entre les mesures que es poden prendre per a reduir la emissió dels contaminants precursors d’aquest problema tenim les següents:

• Reduir el nivell màxim de sofre en diferents combustibles

• Treballar en conjunt amb les fonts fixes de la industria per establir disminucions en la emissió de SO_x i NO_x, fent servir tecnologies pel control d’emissió d’aquests òxids.

• Impulsar l’ús de gas natural en diverses industries

• Introduir el convertidor catalític en tres vies

• La conversió a gas en vehicles d’empreses mercantils i del govern

• Ampliació del sistema de transport elèctric

• Instal•lació d’equips de control en diferents establiments

• No agregar moltes substancies químiques en els cultius

• Adició d’un compost alcalí en llacs i rius per a neutralitzar el pH

• Control de les condicions de combustió (temperatura, oxigen, etc.).

Altres efectes de la contaminació atmosfèrica

Altres efectes de la contaminació atmosfèrica són:

• Boira fotoquímica: efecte local a curt termini.
• Forat de la capa d'ozó: efecte sobre la mateixa atmosfera, efecte global a llarg termini.
• Efecte hivernacle: efecte sobre la mateixa atmosfera, efecte global a llarg termini.

Bibliografia

• John McCormick, Acid Earth: The Global Threat of Acid Pollution (Londres: Earthscan, 1989) ISBN 1-85383-033-X
• Likens, G. E., R. F. Wright, J. N. Galloway i T. J. Butler. 1979. Acid rain. Sci. Amer. 241(4):43-51.
• Weathers, K. C. i G. E. Likens. 2006. Acid rain. p. 1549–1561. A: W. N. Rom (ed.). Environmental and Occupational Medicine. Lippincott-Raven Publ., Filadèlfia. Quarta edició.

Enllaços externs

• Què és la pluja àcida? al web del Servei Geològic dels Estats Units (anglès)