Inhoud
- Zure regen en pH
- Hoe wordt regen zuur?
- Natuurlijk voorkomende zure regen
- Effecten van zure regen op gebouwen en monumenten
- Monumenten getroffen door zure regen
Zure regen, voor het eerst erkend in Zweden in 1872, werd lange tijd als een lokaal probleem beschouwd. Maar in de jaren 1950 bleek dat zure regen in Scandinavië afkomstig was uit Groot-Brittannië en Noord-Europa, maar dat zure regen een regionaal, zelfs mondiaal probleem was.
Hoewel regen van nature een beetje zuur is, versnellen de effecten van zure regen op gebouwen en monumenten de 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 (erg zuur) tot 14 (erg basisch).
Normale regen varieert in het algemeen van ongeveer 6,5 tot ongeveer 5,6 op de pH-schaal. Zure regen meet echter 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 zuiver totdat het iets anders raakt. Wanneer waterdamp condenseert rond een in de lucht zwevend deeltje, kan het water oplossen of reageren met het deeltje. Wanneer het deeltje stof of pollen is, draagt de regen het deeltje naar de grond.
Wanneer het deeltje chemicaliën vervoert of bevat, kan een reactie optreden. Terwijl waterdamp in de atmosfeer terugkaatst, reageren sommige watermoleculen met koolstofdioxidemoleculen om koolzuur te vormen, een zwak zuur.
Dit verlaagt de pH van de regen van 7 tot ongeveer 5, afhankelijk van de concentratie van koolzuur. Natuurlijke buffers in de grond bemiddelen meestal deze mild 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 vrij in de lucht en leveren ook deeltjes (rook, as en stof) waar waterdamp rond kan klonteren.
Waterdamp reageert met zwavelverbindingen zoals waterstofsulfide om zwavelzuur te vormen en met stikstofverbindingen om salpeterzuur te vormen. Deze zuren hebben veel lagere pH-waarden dan koolzuur.
Bij het verbranden van fossiele brandstoffen in auto's, vrachtwagens, fabrieken en krachtcentrales komen zwavel- en stikstofverbindingen vrij in de atmosfeer, net als vulkanen en bosbranden. In tegenstelling tot vulkaanuitbarstingen en bosbranden, gaan deze bronnen van luchtvervuiling echter nog lang door.
Deze pluimen van luchtvervuiling kunnen lange afstanden afleggen. De effecten van luchtvervuiling op materialen en structuren variëren van oppervlaktevuil en vlekken tot corrosie van de materialen.
Effecten van zure regen op gebouwen en monumenten
Veel voorkomende natuurlijke 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 ontbinding. 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 worden geëtst en gekleurd door zure regen en de verontreinigende stoffen die het draagt. 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.
Zure regenschade aan betonnen gebouwen in zwaar vervuilde steden zoals Hangzhou, China, kan enorm zijn. Koper, brons en andere metalen reageren ook met zuren. Corrosie van de bronzen platen op het 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 is een voorbeeld van hoe zure regen gebouwen beïnvloedt. Luchtvervuiling door een lokale raffinaderij heeft zure regen gevormd, waardoor het witte marmer geel werd.
Hoewel sommigen hebben betoogd 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. In 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 voldoende om versterkingsbanden toe te voegen tijdens de restauratie van 2004. Bovendien moet een zwarte korst die is achtergelaten door vuil dat is gevangen in het geëtste marmer, voorzichtig worden weggewassen.
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 kooldioxide. Calciumsulfaat is oplosbaar in water, dus wast weg van het standbeeld of sculptuur.
Helaas verdwijnen standbeelddetails als gevolg van zure regen terwijl de steen letterlijk wegspoelt.