المطر الحامضي أسبابه وأشكاله والأضرار التي يسببها والحلول المناسبة

أي شكل من أشكال الترسيب مع المكونات الحمضية، مثل حامض الكبريتيك أو حمض النيتريك الذي يسقط على الأرض من الغلاف الجوي في أشكال رطبة أو جافة يسمى المطر الحامضي، أو الترسب الحمضي. ويمكن أن يشمل ذلك المطر والثلج والضباب والبرد أو حتى الغبار الحمضي.

وتم استخدام عبارة المطر الحامضي لأول مرة في عام 1852م، من قبل الكيميائي الاسكتلندي روبرت أنجوس سميث أثناء تحقيقاته في كيمياء مياه الأمطار بالقرب من المدن الصناعية في إنجلترا واسكتلندا.

أسباب حدوث المطر الحامضي

ينتج المطر الحامضي من انبعاث غاز ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي، وبعدها تنتقل بواسطة الرياح وتيارات الهواء، وتتفاعل مع الماء والأكسجين وغيرها من المواد الكيميائية الأخرى، وينتج عنها أحماض الكبريتيك والنتريك. ثم تختلط مع الماء والمواد الأخرى قبل أن تسقط على الأرض وهناك أسباب طبيعية وأسباب من صنع الإنسان سنشرحها كما يلي:

1 – المصادر الطبيعية

العامل المسبب الطبيعي الرئيسي للأمطار الحمضية هو الانبعاثات البركانية، حيث تنبعث من البراكين غازات منتجة للحمض لتكوين كميات أعلى من المعتاد من الأمطار الحمضية أو أي شكل آخر من أشكال هطول الأمطار مثل الضباب والثلج إلى حد يؤثر على الغطاء النباتي وصحة السكان داخل المناطق المحيطة.

كما تتسبب النباتات المتدهورة وحرائق الغابات والعمليات البيولوجية داخل البيئة في توليد غازات مكونة للأمطار الحمضية، مثل غاز ثنائي ميثيل كبريتيد وهو من الغازات البيولوجية الرئيسية المساهمة في العناصر المحتوية على الكبريت في الغلاف الجوي، تنتج ضربات الإضاءة بشكل طبيعي أكاسيد النيتريك التي تتفاعل مع جزيئات الماء عن طريق النشاط الكهربائي لإنتاج حمض النيتريك، وبالتالي تشكل المطر الحامضي.

2 – مصادر من صنع الإنسان

الأنشطة البشرية مثل المصانع ومنشآت توليد الطاقة والسيارات، تؤدي إلى انبعاث غازات كيميائية مثل الكبريت والنيتروجين والتي تساهم بشكل رئيسي في هطول الأمطار الحمضية. خصوصًا، بعد استخدام الفحم لتوليد الطاقة الكهربائية وهذا النشاط له دور كبير في الانبعاثات الغازية المؤدية إلى الأمطار الحمضية.

كما تطلق السيارات والمصانع معدلات عالية من الانبعاثات الغازية اليومية في الهواء، خاصة في المناطق الصناعية والمناطق الحضرية التي يوجد فيها أعدادًا كبيرة من السيارات.

حيث تتفاعل هذه الغازات في الغلاف الجوي مع الماء والأكسجين والمواد الكيميائية الأخرى لتكوين مركبات حمضية مختلفة مثل حامض الكبريتيك ونترات الأمونيوم وحمض النيتريك، بالتالي تكون نسبة الأمطار الحامضية عالية جدًا.

أشكال المطر الحامضي أو الترسيب الحمضي

الترسيب الرطب

الترسب الرطب هو عبارة عن مطر حامضي، حيث تسقط أحماض الكبريتيك والنتريك التي تتكون في الغلاف الجوي على الأرض ممزوجة مع الهطولات كالأمطار أو الثلوج أو البرد أو الضباب.

الترسيب الجاف

عندما لا توجد رطوبة في الغلاف الجوي تبقى الجسيمات والغازات الحمضية عالقة في الغلاف الجوي، وقد تترسب الجزيئات والغازات الحمضية على أسطح المسطحات المائية والنباتات والمباني، بسرعة أو قد تتفاعل أثناء النقل الجوي لتكوين جزيئات أكبر يمكن أن تكون ضارة بصحة الإنسان. فعند هطول الأمطار يتم غسل الأحماض المتراكمة على سطح ما عند هطول الأمطار، تتدفق هذه المياه الحمضية فوق الأرض وعبرها، ويمكن أن تضر بالنباتات والحياة البرية.

تعتمد كمية الحموضة في الغلاف الجوي التي تترسب على الأرض من خلال الترسيب الجاف على كمية الأمطار التي تتلقاها المنطقة، مثلًا في المناطق الصحراوية، تكون نسبة الترسيب الجاف أعلى من الترسيب الرطب لانخفاض معدل الأمطار فيها خلال العام.

كيف يتم قياس المطر الحمضي؟

درجة حموضة المطر العادي حوالي 5.6، لأنه حامضي قليلًا لأن ثاني أكسيد الكربون (CO2) يذوب فيه مكونًا حمض كربونيك ضعيف. وعادة ما يكون للمطر الحمضي أس هيدروجيني بين 4.2 و 4.4.

يتم قياس الحموضة والقلوية باستخدام مقياس الأس الهيدروجيني

• يكون محايدًا عندما يكون الأس الهدروجيني 7.0 .
• حموضة زائدة عندما ينخفض الرقم الهيدروجيني للمادة (أقل من 7).
• قلوي عندما يرتفع الرقم الهيدروجيني للمادة أكبر من 7 زادت قلويتها.

يعتمد علماء الأبحاث وعلماء البيئة والمصممون على شبكة الاتجاهات الوطنية (NTN) التابعة للبرنامج الوطني لترسيب الغلاف الجوي (NADP) لقياسات الترسيب الرطب. تجمع NADP / NTN المطر الحمضي في أكثر من 250 موقع مراقبة في جميع أنحاء الولايات المتحدة وكندا وألاسكا وهاواي وجزر فيرجن الأمريكية. لكن يوجد صعوبة في قياس الترسبات الجافة على عكس الترسبات الرطبة، لتكلفته العالية.

معادلات تكوين المطر الحامضي

يمكن أن يحدث تحمض التربة أيضًا عندما يكون ترسب الأمونيا (NH3) والأمونيوم (NH4 +) مرتفعًا. يؤدي ترسب الأمونيا والأمونيوم إلى إنتاج H + (مما يؤدي إلى التحمض) عندما يتم تحويل هذه المواد الكيميائية إلى نترات (NO3−) بواسطة البكتيريا في عملية تسمى النترجة:

NH₃ + O2 → NO₂⁻ + 3H⁺ + 2e⁻

NO₂⁻ + H₂O → NO₃⁻ + 2H⁺ + 2e⁻

مصادر NH3 و NH4 + هي إلى حد كبير الأنشطة الزراعية، وخاصة إنتاج الثروة الحيوانية (الدجاج والخنازير والماشية). ويأتي حوالي 80 % من انبعاثات NH3 في الولايات المتحدة وأوروبا من القطاع الزراعي. ويؤدي تبخر أو تطاير فضلات الحيوانات إلى إطلاق NH3 في الغلاف الجوي. وتؤدي هذه العمليةإلى ترسب الأمونيا بالقرب من مصدر الانبعاث. ومع ذلك، يمكن تحويل NH3 إلى جسيمات الأمونيوم التي يمكن نقلها وترسيبها على شكل ترسيب رطب وجاف على بعد مئات الكيلومترات من مصدر الانبعاث.

أضرار المطر الحامضي

إلى جانب التغيير السلبي في كيمياء التربة، فقد ثبت أن للأمطار الحمضية تأثيرات كبيرة على البيئة والصحة العامة في العالم.

1 – التأثير على البيئة المائية

تتساقط الأمطار الحمضية بشكل مباشر على المسطحات المائية أو تتدفق من الغابات والطرق والحقول لتصب في الجداول والأنهار والبحيرات، ومع تراكم الأحماض خلال فترة ينخفض الرقم الهيدروجيني الكلي للمسطح المائي.

بينما تحتاج النباتات والحيوانات المائية إلى مستوى معين من الأس الهيدروجيني لتبقى على قيد الحياة والذي يبلغ حوالي 4.8، وإذا انخفض مستوى الأس الهيدروجيني عن ذلك المستوى تكون حياة تلك الكائنات المائية مهددة بالخطر.

• يغير المطر الحامضي الأس الهيدروجيني وتركيزات الألومنيوم بشكل كبير في المياه السطحية، مما يؤثر على الأسماك وكذلك أشكال الحياة المائية الأخرى. فعند مستويات الأس الهيدروجيني أقل من 5، لا يفقس معظم بيض السمك، بالتالي يمكن أن يؤدي انخفاض درجة الحموضة إلى موت الأسماك البالغة.
• كما انخفض التنوع البيولوجي بسبب زيادة حموضة البحيرات والأنهار الناتج عن جريان الأمطار الحمضية من مناطق مستجمعات المياه إليهما، كما قل عدد أنواع الأسماك والنباتات والحشرات في بعض البحيرات والأنهار والجداول، والقضاء على بعضها بشكل تام بسبب هطول الأمطار الحمضية الزائدة في المياه.

2 – التأثير على الغابات

كشفت دراسة استقصائية أجريت عام 1993م، في 27 دولة أوروبية عن أضرار تلوث الهواء أو موت 23% من 100000 شجرة تم إحصائها. ومن المحتمل أن يكون الموت ناتجًا عن العديد من العوامل، بما في ذلك الترسب الحمضي، مثلًا حموضة التربة وفقدان القدرة على التخزين المؤقت، ووجود الألومنيوم السام، والتأثيرات المباشرة للحمض على أوراق الشجر، والتعرض للأوزون على مستوى الأرض، والتخصيب الزائد الذي يحتمل إنه ترسب ناتج عن مركبات النيتروجين والإجهاد العام الناجم عن مجموعة من هذه العوامل.

يجعل الأشجار عرضة للأمراض والطقس القاسي والحشرات من خلال إتلاف الأوراق واللحاء مما يسبب توقف نموها. تظهر أضرار الغابات بسبب الأمطار الحمضية بشكل واضح في أوروبا الشرقية، وخاصة ألمانيا وبولندا وسويسرا.

3 – التأثير على التربة

يؤثر المطر الحامضي بشكل كبير على كيمياء التربة وعلم الأحياء، حيث تحتاج التربة الحفاظ على مستوى الأس الهيدروجيني الأمثل لاستمرارية النشاط البيولوجي. فعندما تتسرب الأمطار الحمضية في التربة، فهذا يعني ارتفاع درجة الحموضة فيها، مما يؤدي إلى إتلاف أو عكس الأنشطة البيولوجية والكيميائية للتربة. ومن ثم، فإن الكائنات الحية الدقيقة في تلك التربة لا تستطيع التكيف مع التغيرات في الأس الهيدروجيني وتموت.

الترب الحساسة للأحماض

توجد العديد من الترب في العديد من المناطق حساسة للأحماض وهي التي تميل إلى التحمض لقدرة التربة المنخفضة على تحييد الأحماض (ANC). بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي التحمض إلى إطلاق الألومنيوم المرتبط بالتربة، والذي يمكن أن يكون سامًا في شكله المذاب لكل من الحياة النباتية والحيوانية.

وغالبًا ما تدخل التركيزات العالية من الألمنيوم المذاب المنطلق من التربة في الجداول والبحيرات. بالتزامن مع ارتفاع الحموضة في البيئات المائية، ويمكن أن يتسبب الألمنيوم في إتلاف خياشيم الأسماك وبالتالي إعاقة التنفس.

الترب والأراضي الرطبة

يمكن أن تؤدي الحموضة العالية، خاصة من ترسب الكبريت، إلى تسريع تحويل عنصر الزئبق ميثيل الزئبق وهو سم عصبي من الأشكال القاتلة. يحدث هذا التحويل بشكل شائع في الأراضي الرطبة والتربة المشبعة بالمياه حيث توفر البيئات منخفضة الأكسجين ظروفًا مثالية لتكوين ميثيل الزئبق بواسطة البكتيريا. يتركز ميثيل الزئبق في الكائنات الحية عندما يتحرك صعودًا في السلسلة الغذائية، وهي ظاهرة تُعرف باسم التراكم الأحيائي.

تتراكم تركيزات صغيرة من ميثيل الزئبق الموجود في العوالق النباتية والعوالق الحيوانية في الخلايا الدهنية للحيوانات التي تستهلكها. ونظرًا لأن الحيوانات في المستويات العليا من السلسلة الغذائية يجب أن تستهلك دائمًا أعدادًا كبيرة من الكائنات الحية من الكائنات السفلية، فإن تركيزات ميثيل الزئبق في الحيوانات المفترسة العليا، والتي ضمنها الإنسان، وتزداد إلى مستويات يمكن أن تصبح ضارة.

4 – التأثير على العمارة والمباني

يتفاعل المطر الحامضي مع المباني، وخاصة إذا كانت مبنية من الحجر الجيري، ومع المعادن وتسبب في تآكلها. هذا يترك المبنى ضعيفًا وعرضة للتعفن.

كما إن المباني الحديثة والسيارات والطائرات والجسور والأنابيب الفولاذية تتأثر جميعها بالأمطار الحمضية، بأضرار لا تعوض،بالإضافة إلى الحاق الضرر بالمباني التراثية القديمة.

5 – التأثير على الصحة العامة

وجود غاز ثاني أكسيد الكبريت وغازات أكسيد النيتروجين ومشتقاتهما مثل الكبريتات والنترات في الغلاف الجوي، يسبب عدم وضوح الرؤية وبالتالي قد يتسبب في وقوع الحوادث التي ينتج عنها إصابات ووفيات.

لا تتأثر صحة الإنسان بشكل مباشر بالأمطار الحمضية لأن مياه الأمطار الحمضية مخففة جدًا بحيث لا تسبب مشاكل صحية خطيرة. ومع ذلك، فإن الترسبات الجافة المعروفة أيضًا باسم الجسيمات الغازية في الهواء يمكن أن يسبب استنشاقها العديد من المشاكل الصحية الخطيرة، كما يمكن أن تسبب المستويات العالية من ترسبات الحمض في شكلها الجاف مشاكل في الرئة والقلب مثل التهاب الشعب الهوائية والربو.

6 – يؤثر بشكل مباشر على بعض أنواع الأشجار

تتضرر أشجار التنوب الأحمر (Picea rubens) الموجودة في المرتفعات العالية في شرق الولايات المتحدة بسبب الأحماض التي ترشح الكالسيوم من أغشية الخلايا في إبرها، مما يجعل الإبر أكثر عرضة للتلف الناتج عن التجمد خلال فصل الشتاء. غالبًا ما يكون الضرر أكبر في المناطق الجبلية، لأن هذه المناطق غالبًا ما تتلقى ترسبًا حمضيًا أكثر من المناطق السفلية وتكون البيئة الشتوية أكثر تطرفًا.

يمكن أن تتلف شجرة التنوب الحمراء بسبب زيادة تركيز الألومنيوم السام في التربة. كما يمكن أن تقلل هذه العمليات من امتصاص جذور الشجرة للمغذيات. كما أن أعداد القيقب السكري (Acer saccharum) آخذة في الانخفاض في شمال شرق الولايات المتحدة وأجزاء من شرق كندا.  ومن الأشجار الأخرى في هذه المنطقة التي تتأثر سلبًا بالترسيب الحمضي الحور الرجراج (Populus) ، البتولا (Betula) ، والرماد (Fraxinus).

7 – التأثير على جيولوجيا بعض المناطق

يجادل بعض العلماء بأن الترسبات الحمضية قد تؤثر على جيولوجيا بعض المناطق. واقترحت دراسة أجريت عام 2018م، لفحص انهيار الأرضي في جيويشان عام 2009 في جنوب غرب الصين أن المطر الحامضي ربما أضعف طبقة من الصخر الزيتي التي فصلت طبقات الصخور التي تحتوي على طبقة المياه الجوفية فوق الطبقات الصخرية، مما تسبب في انزلاق كتلة كبيرة من الصخور. على سفح الجبل وقتل 74 شخصًا.

8 – تأثيرات أخرى

يمكن أن يؤثر المطر الحامضي على شواهد القبور القديمة والتماثيل، بالإضافة إلى إنه يسبب تآكل المعادن مثل الفولاذ والبرونز والنحاس والحديد.

ما هي الحلول لتقليل من خطر الأمطار الحامضية؟

1. تنظيف أنابيب العادم والمداخن

تأتي معظم الطاقة الكهربائية التي تدعم متطلبات الطاقة الحديثة من احتراق الوقود الأحفوري مثل النفط والغاز الطبيعي والفحم الذي ينتج أكاسيد النيتروجين (NOx) وثاني أكسيد الكبريت (SO2) وهما الغازين الرئيسيين في تشكل المطر الحامضي. ويمثل حرق الفحم إلى حد كبير من انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت بينما تنتج انبعاثات أكاسيد النيتروجين في الغالب من احتراق الوقود الأحفوري.

بالتالي يمكن استخدام فحم منخفض الكبريت أو القيام بغسيل الفحم واستخدام أجهزة لتنقية الغازات يعد من الحلول التقنية للتقليل من انبعاث غاز ثاني أكسيد الكبريت. كما إن إزالة الكبريت من غاز المداخن (FGD)، يساهم في التخلص كيميائيًا من ثاني أكسيد الكبريت من الغازات التي تترك في المداخن، ويمكنه القضاء على ما يصل إلى 95٪ من غازات ثاني أكسيد الكبريت.

كما يمكن التقليل من كميات ثنائي أكسيد الكبريت من خلال تحويل منشآت توليد الطاقة مثل الغاز الطبيعي بدلًا من الفحم فهذه طرق استراتيجيات الحد من الانبعاثات.

بالإضافة إلى أنه يتم التخفيف من انبعاثات أكاسيد النيتروجين الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري للسيارات باستخدام المحولات الحفازة. يتم تثبيت المحولات الحفازة على نظام أنبوب العادم لتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين. يعد تحسين البنزين الذي يحرق منظفًا أيضًا استراتيجية لتقليل انبعاث غازات أكاسيد النيتروجين.

2 – استعادة البيئات المتضررة

استخدام الحجر الجيري أو الجير، هي ممارسة يمكن للناس القيام بها لإصلاح الأضرار التي تسببها الأمطار الحمضية للبحيرات والأنهار والجداول. لأن إضافة الجير إلى المياه السطحية الحمضية يوازن حموضته. وهي من العمليات التي يتم استخدامها على نطاق واسع للحفاظ على درجة حموضة الماء عند المستوى المناسب، كما في السويد.

على الرغم من أن التجيير طريقة باهظة الثمن ويجب تكرارها بشكل متكرر. إلا إنه يقدم حلًا قصير المدى على حساب حل التحديات الأوسع نطاقاً لانبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين والمخاطر على صحة الإنسان. ومع ذلك، فهو يساعد على استعادة أشكال الحياة المائية والسماح لها بالبقاء على قيد الحياة من خلال تحسين المياه السطحية المحمضة بشكل مزمن.

3 – مصادر الطاقة البديلة

هناك مجموعة واسعة من مصادر الطاقة البديلة التي يمكن أن تولد الطاقة الكهربائية، ومنها الطاقة الشمسية وطاقة الرياح…الخ. حيث يوفر تسخير مصادر الطاقة البديلة البدائل الفعالة للطاقة الكهربائية بدلًا من استخدام الوقود الأحفوري.

كما يمكن لخلايا الوقود والغاز الطبيعي والبطاريات أيضًا أن تحل محل استخدام الوقود الأحفوري كمصادر أنظف للطاقة. وفي هذه الأيام جميع مصادر الطاقة لها تكاليف بيئية واقتصادية بالإضافة إلى فوائدها. الحل الوحيد هو استخدام الطاقة المستدامة التي يمكن أن تحمي المستقبل.

4 – الإجراءات الفردية والوطنية والحكومية والدولية

يساهم ملايين الأشخاص بشكل مباشر وغير مباشر، في انبعاثات ثاني أكسيد الكبريت وأكاسيد النيتروجين، لذلك يتطلب التخفيف من هذا التحدي أن يكون الأفراد أكثر إلمامًا بشأن الحفاظ على الطاقة وطرق تقليل الانبعاثات مثل:

• إطفاء الأنوار أو الأجهزة الكهربائية عند عدم استخدامها.
• التنقل بوسائل النقل العامة، كما يمكن استخدام وسائل النقل الكهربائية لتوفير الطاقة.
• التنقل في المركبات التي يكون انبعاث الغازات فيها منخفض.

المصادر

ما هو المطر الحمضي؟ – conserve-energy-future

ما هو المطر الحمضي؟ – epa

المطر الحامضي – britannica