Naučná stezka

Acidifikace

Acidifikace je proces okyselování půdního nebo vodního prostředí způsobený nárůstem koncentrace vodíkových kationtů, které se do prostředí dostaly atmosférickým spadem emisí oxidu siřičitého, oxidů dusíku a amoniaku. Vedle narušení půd a vod dochází k přímému poškození vegetace kondenzovanými kyselinami vzniklými reakcí emitovaných sloučenin s vodou. Acidifikace se projevuje především v přírodním prostředí, antropogenní krajině, na lidském zdraví a surovinových zdrojích. Dopady acidifikace lze pozorovat na kvalitě půd, podzemní i povrchové vody, živých organismech, funkčnosti ekosystémů a na materiálech. Zasaženy jsou i pobřežní oblasti moří a oceánů.

Nejznámějšími případy je vyhynutí ryb a života vůbec ve skandinávských jezerech, úhyny lesů a poškození budov, soch a dalších materiálů. Kyselými spady dochází k rozleptávání historických památek, dochází tak k nevratným škodám na kulturním dědictví.

Celkové antropogenní emise síry jsou řádově srovnatelné s přírodními zdroji. Z globálního pohledu tedy lidstvo zdvojnásobuje množství sirných emisí. Lokálně dochází často i k řádově vyšším antropogenním emisím (severní Evropa, východ USA). Oxidy síry způsobují v Evropě zhruba 70% acidifikace, v severní Americe 60%. Za zbylá procenta jsou zodpovědné emise sloučenin dusíku. Ačkoliv většina kyselého znečištění dopadá na zemský povrch v oblasti produkce, určitá část může být transportována větrem tisíce kilometrů, než bude v podobě srážek vymyta z atmosféry.

Antropogenní emise oxidů síry do atmosféry bezprostředně souvisí s industrializací lidské společnosti. Znatelný nárůst emisí SO₂ započal v 19. století, k masivnímu nárůstu produkce však došlo až po roce 1945. Od 90. let již dochází k poklesu produkce emisí síry poklesem průmyslových aktivit ve střední Evropě a realizací odsiřovacích programů. Méně optimistická je prognóza produkce oxidů dusíku. S nárůstem dopravy roste i produkce těchto plynů, jejichž koncentrace v lokálním měřítku dosahuje kritických hodnot. V současnosti začíná být tedy acidifikace více ovlivněná produkcí oxidů dusíku pocházejících z dopravy.

Kyselý déšť

Již v roce 1850 použil Robert Angus Smith (1817-1884) ve své studii vodních srážek v Manchesteru "Air & Rain: the Beginnings of Chemical Climatology" pojem „kyselý déšť“. Od 40. let 20. století se ví, že kyselinotvorné sloučeniny síry a dusíku jsou transportovány v atmosféře na veliké vzdálenosti. Kyselinotvorné látky jsou takové, které se při styku s vodou (například v podobě vodní páry ve vzduchu) přetvářejí na kyseliny. Vznik kyselin v atmosféře se pak projevuje především na okyselování jezer a půd.

Kyselá Skandinávská jezera

V Evropě jsou acidifikací nejvíce postiženy jižní oblasti Skandinávie, kde je velké množství jezer bez života a kde pH půd rovněž výrazně pokleslo. Na začátku 20. století měla všechna skandinávská jezera, až na několik výjimek, pH vyšší než 6. V současnosti došlo k poklesu pH zaviněného lidmi u 17 000 jezer z celkového počtu 90 000. U velkého množství je pH již okolo 4,5. V období tání je třetina Švédských řek postižena poklesem pH. Dalšími zasaženými oblastmi jsou například USA, Kanada, Velká Británie a horské oblasti střední Evropy. V jižních oblastech Švédska došlo k poklesu pH půd o 0,3-1,0.

Kyselý zimní smog

Smog je umělá mlha, která je směsí pevných látek rozptýlených v atmosféře, zejména dýmu, mlhy a některých škodlivých plynů v ovzduší. Smogová situace vzniká za nepříznivých povětrnostních podmínek, zejména při inverzi, ve městech a průmyslových oblastech. Jedná se o kritickou situaci nebezpečnou pro zdraví lidí i přírody.

Kyselý (zimní či londýnský) smog vzniká v oblastech s vysokou koncentrací zařízení (elektráren, kotlů či domácích kamen) spalujících převážně tuhá paliva obsahující síru. Většinou vznik kyselého smogu pozorujeme v zimě, když se intenzivně topí uhlím či topnými oleji z ropy a kdy dochází k vypouštění kouře z komínů. Nejrizikovějšími složkami pro vznik smogu jsou oxid siřičitý, popílky s obsahem těžkých kovů a saze. Sloučeniny těžkých kovů katalyzují oxidaci SO₂ na SO₃, který s vodními parami tvoří mlhu zředěné kyseliny sírové se silnými dráždivými účinky na dýchací cesty.

Příklady neštěstí vyvolaných acidifikujícími látkami

Londýn, Velká Británie, 5. - 8. prosince 1952

Příčinou neštěstí byla hustá mlha a termální inverze. V ovzduší došlo k nárůstu koncentrace SO₂, F a prachových částic. Mnoho lidí mělo vážné dýchací potíže. Zaznamenány byly četné případy cyanózy, horečky a tvorby plicních tekutin. Zemřelo přibližně 4000 osob. Většina zemřelých byla vyšší věkové kategorie a před havárií měla srdeční či plicní choroby.

Donora, Pennsylvania, USA, 26. října 1948

Mnoho průmyslových aktivit v oblasti – ocelárny, výroba Zn, výroba H₂SO₄. Příčinou byla termální inverze a mlhavé počasí v oblasti. Současně s vysokými koncentracemi SO₂ a prachových částic. Onemocněla téměř polovina obyvatel – 14 tisíc lidí. 20 osob zemřelo.

New York, USA, 18. - 22. listopadu 1953

Podobná situace jako v Londýně 1952. Příčinou byla stagnace vzduchu a přítomnost vysokých koncentrací SO₂. Bylo poškozeno zdraví několika tisíc obyvatel. Několik z nich dokonce zemřelo.

Tokyo, Japonsko, 18. července 1970

Vysoké koncentrace oxidantů a SO₂ v atmosféře. Více než 6000 osob trpělo vážným podrážděním očí a bolestmi hrdla. V současnosti je v Tokiu čistý vzduch.

Příčiny a faktory ovlivňující acidifikaci

Hlavním faktorem ovlivňujícím intenzitu acidifikace je velikost emisí acidifikujících plynů. V případě acidifikace půd jsou významným faktorem složení a vlastnosti hornin, zejména zastoupení bazických kationtů Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺. Čím více je v půdách bazických kationtů, tím déle dokážou pufrovat kyselost z atmosférických depozic. Oblasti s bazickými horninami jako jsou vápence či magnezit jsou odolnější k acidifikaci. Vápencové oblasti dokáží acidifikaci poměrně dlouho odolávat. Rychlé příznaky acidifikace se projeví v oblastech s podložím tvořeným žulami a rulami. Do značné míry jsou k acidifikaci půd citlivé oblasti tvořené předkambrijskými a kambrijskými horninami, které zvětrávají pomalu a mají menší pufrační schopnost. Proto především v nich dochází k poklesu pH. Jedná se o většinu Evropy (především předkambrijská a kambrijská Skandinávie), oblasti severní i jižní Ameriky, rozsáhlé oblasti Asie a Afriky.

Acidifikující látky

Látkami zapříčiňujícími acidifikaci jsou SO₂, NO_x, NH_x, kyseliny (HCl) a H₂S. Jedná se o emise plynů, které při kontaktu s vodou vytvářejí disociované kyseliny, a tudíž uvolňují do roztoku kationty vodíku projevující se kyselou reakcí. Acidifikace se tedy projevuje okyselováním složek a dalších objektů životního prostředí působeného emisemi látek znečišťujících ovzduší. Oxid siřičitý SO₂ vzniká především spalováním fosilních surovin, zejména hnědého uhlí. Hlavním zdrojem oxidů dusíku NO_x jsou v současnosti emise z dopravy.

Důsledky acidifikace

Snížení pH, tedy zvýšení kyselosti, vod a půd má dalekosáhlé důsledky. Především se jedná o poškození horských lesů, kyselé povrchové vody bez ryb, podzemní vody s vysokým obsahem toxických kovů uvolněných z půd a hornin. Ve střední Evropě byly pozorovány masivní úhyny lesních porostů, především jehličnatých, v horských oblastech. Určitě mnozí z nás pamatují smutné fotografie Jizerských či Krušných hor s pahýly mrtvých stromů bez jehličí. Acidifikací dochází ke snížení celkové biodiverzity krajiny, k poklesu pestrosti rostlinných i živočišných druhů. Acidifikace způsobuje i nižší hospodářské výnosy polí či lesů. Kyselé depozice jsou totiž toxické pro rostliny a stromy, které po masivním kyselém spadu hynou.

Uvolňování toxických látek

Zasažené ekosystémy se stávají neobyvatelnými nejen v důsledku sníženého pH, ale i v důsledku následného vyluhování toxických kovů majících při nižším pH obvykle toxičtější podobu. Dochází takto k vyluhování i kovů vyskytujících se přirozeně, které v za normálních podmínek nepříznivě na ekosystémy nepůsobí. Jako příklad si uveďme hliník za běžných podmínek vázaný v hlinitokřemičitanech. Za sníženého pH se rozpouští a působí toxicky. Nárůst koncentrace toxické formy hliníku a dalších kovů způsobuje hromadný úhyn ryb a mnoha dalších vodních organismů. O kyselých jezerech začínáme hovořit, když jejich pH klesá k hodnotě 4,5. To už se do vody kromě hliníku začínají uvolňovat rozpustné formy dalších kovů (kadmium, železo, mangan, rtuť, měď a olovo).

Úbytek živin

V půdách dochází k vyluhování živin jako jsou sírany, chloridy, uhličitany a dusičnany které se dostávají do spodních půdních pater a stávají se nedostupnými pro rostliny. Současně dochází ve svrchních vrstvách půdy k poklesu koncentrace bazických kationtů (K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺) rovněž nutných pro růst rostlin, jež jsou nahrazeny vodíkovými kationty s následným poklesem pH. Podobně jako ve vodách zde pak dochází k uvolňování kationtů hliníku a manganu - iontů, jejichž vyšší koncentrace většině rostlin škodí.

Další důsledky acidifikace

Zvýšení propustnosti slunečního záření skrze vodní sloupec a umožnění pronikání škodlivého UV záření do větších hloubek. Acidifikovaná jezera jsou na pohled naprosto čirá a bez života.
Narušení přirozených mikrobiálních rozkladných procesů. Dochází ke kumulaci nerozložené rostlinné hmoty.
Změny ekosystémů a narušení krajinných procesů.
Podpora koroze materiálů.
Zničení vegetace (jehličnaté lesy).
Ohrožení lidského zdraví (zánět průdušek, rozedma plic, selhání srdeční činnosti).
Změny ve složení populací organismů, druhové biodiverzity a trofické struktury. Převládajícími rostlinami jsou rašeliníky rodu Sphagnum.

Acidifikace - panel (jpg) na úvodní stránku