Kwaśne deszcze

Kwaśne deszcze powstają w wyniku pochłaniania przez kropelki wody i parę wodną gazowych i pyłowych zanieczyszczeń powietrza. Woda jest bowiem doskonałym rozpuszczalnikiem gazów i substancji stałych, których rozpuszczalność rośnie ze wzrostem temperatury.
Reakcje te mogą przebiegać w następujący sposób:
siarka + woda → trójtlenek siarki + woda → kwas siarkowy
dwutlenek siarki + woda → kwas siarkawy
dwutlenek azotu + woda → kwas azotowy
tlenek azotu + woda → kwas azotawy
chlorowodór + woda → kwas solny
dwutlenek węgla + woda → kwas węglowy.

Kwaśne deszcze mogą pochodzić ze źródeł naturalnych (np. wybuchy wulkanów, pożary lasów) oraz ze źródeł antropogenicznych (np. spalanie paliw, procesy technologiczne, transport).

Konsekwencje środowiskowe kwaśnych deszczów polegają głównie na: obumieraniu lasów, zakwaszaniu wód powierzchniowych co jest szczególnie niebezpieczne dla roślinności wodnej i ryb, zakwaszaniu gleb , wymywaniu z gleb substancji odżywczych, niszczeniu materiałów metalowych w wyniku korozji, erozji skał, a także niszczeniu zabytków architektury, rzeźb i innych trwałych obiektów pochodzenia naturalnego, szczególnie wapiennych.
Do dalszych niekorzystnych konsekwencji należy stepowienie łąk i wzrost zasolenia wód i gleb w wyniku tworzenia się łatwo rozpuszczalnych soli. W środowisku kwaśnym tworzą się też sprzyjające warunki do inwazji grzybów, które preferują ten rodzaj warunków. Kwaśny odczyn prowadzi także do zmniejszenia różnorodności biologicznej takich gatunków jak np. ślimaki i dżdżownice, a także wyginięcia poszczególnych gatunków flory bakteryjnej.
Kwasowość roztworu określa współczynnik pH, który jest ujemnym logarytmem dziesiętnym stężenia w nim jonów H+:
pH = - log [H+]

Współczynnik pH określa zakres odpowiadający stężeniu odczynu kwaśnego i zasadowego roztworu oraz wartość dla odczynu obojętnego:

Zakres współczynnika pH

Przykładowe wartości pH dla następujących roztworów wynoszą:
sok z cytryny - 2,2
ocet - 3,1
kwaśne mleko - 4,5
piwo - 4,6
kawa - 5,0
naturalna woda deszczowa - 5,6

czysta woda - 7,0
woda morska - 8,2
roztwór środków piorących - 10,5
amoniak - 12,0

Rekord kwasowości deszczu padł w 1978 roku w Pensylwanii (USA) gdzie pH wyniosło 2,2 (porównywalny z sokiem z cytryny).
Zgodnie z PN podział gleb w zależności od odczynu (pH) obejmuje 5 przedziałów:

Odczyn Zakres pH
Bardzo kwaśny do 4,5
Kwaśny 4,5 - 5,5
Lekko kwaśny 5,6 - 6,5
Obojętny 6,6 - 7,2
Zasadowy Od 7,2

Odczyn gleb ma wpływ na szereg niekorzystnych konsekwencji. Prawie wszystkie metale ciężkie są łatwiej przyswajalne przez rośliny z gleb kwaśnych niż z alkalicznych zasobnych w wapń czy magnez. Ograniczenie przyswajalności metali ciężkich przez rośliny występuje dopiero przy wzroście pH gleb do granic 6,5 – 7,5.
Na odczyn gleby mają głównie wpływ emisje pochodzące z ośrodków przemysłowych, a także dużych ośrodków miejskich. W warunkach tych stwierdza się odczyn okolicznych gleb o wartości poniżej 5,5 pH.
Nie bez znaczenia jest też wpływ miesięcy wiosennych, kiedy mają miejsce zwiększone opady. Zwiększone wymywanie zanieczyszczeń z atmosfery następuje także po okresie bezopadowym lub mało intensywnych opadów.
Kwas siarkowy i azotowy są uznane za główne źródło powstawania kwaśnych deszczy. Przemieszczają się one z wiatrem w postaci aerozoli i opadając następnie na powierzchnię ziemi powodują uszkodzenie ekosystemów, często setki kilometrów od miejsca emisji, nawet na odległość 500 km.
Badania odczynu opadów (pH) np. dla Krakowa i województwa krakowskiego wykazały następujące wartości:

Kraków Województwo
Średnio 5.09 4,85
Zakres 4,69 - 5,95 4,35 - 5,66

W ciągu roku deszcze o najniższym odczynie pH występowały w zimie i w czasie wczesnej wiosny, co spowodowane było wzrostem zużycia paliw energetycznych w okresie grzewczym, a tym samym wyższymi emisjami dwutlenku siarki. Najniższy odczyn wynosił w województwie krakowskim 3,63 pH.
Wyniki badań dotyczących stanu zakwaszenia gleb stanowią ważną informację o potrzebie i sposobie prowadzenia zabiegów agrotechnicznych.
Podstawowym zabiegiem agrotechnicznym dla gleb zakwaszonych jest ich wapnowanie.
Potrzeby wapnowania są określone przez ilość stosowanych nawozów wapniowych i ich formę w zależności od składu granulometrycznego gleby. W praktyce rolniczej wprowadzono pięć przedziałów określających potrzeby wapnowania: konieczne, potrzebne, wskazane, ograniczone i zbędne. Średnio w całym województwie krakowskim ok. 75% wszystkich gruntów rolnych wymaga wapnowania, a w Polsce 60%. Stosowanie wapnowania daje dobre wyniki co do gleb, jednak w odniesieniu do lasów może prowadzić do zwiększenia liczby szkodników.