HUJAN ASID: BAGAIMANA IA TERBENTUK, KOMPOSISI, REAKSI DAN KESANNYA - PERSEKITARAN - 2025

Hujan asid adalah pemendapan bahan basah atau kering yang menghasilkan pH di bawah 5.6. Kerpasan ini boleh basah (dicairkan dalam air hujan) atau kering (deposit zarah atau aerosol).

Istilah "hujan asid" pertama kali dicadangkan oleh penyelidik Inggeris Robert Angus Smith pada tahun 1850, di tengah-tengah Revolusi Industri. Asid yang paling banyak yang terbentuk di atmosfera adalah nitrat dan sulfurik dengan pengoksidaan bahan pencemar semula jadi atau buatan.

Peta hujan asid. Sumber: Alfredsito94

Bahan pencemar yang paling relevan adalah oksida: NO2, NO3, SO2, yang sumber semula jadi adalah letusan gunung berapi, kebakaran hutan dan degradasi bakteria. Sumber buatan adalah pelepasan gas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil (aktiviti industri dan lalu lintas kenderaan).

Hujan asid menyebabkan kesan negatif terhadap alam sekitar seperti pengasidan tanah dan perairan, yang mempengaruhi makhluk hidup, termasuk manusia. Juga, tanah dan air tercemar dengan logam berat, dan eutrofikasi berlaku di badan air.

Pada peringkat tumbuh-tumbuhan, kerosakan langsung pada daun berlaku dan pertumbuhan tanaman terjejas. Di samping itu, pengasidan tanah melumpuhkan nutrien dan mempengaruhi mikoriza (kulat tanah). Begitu juga dengan bangunan, mesin, monumen dan karya seni yang terdedah kepada unsur-unsur yang serius teroksidasi atau terhakis akibat kesan asid yang diendapkan.

Untuk mengatasi kesan hujan asid, beberapa langkah penting dapat diambil seperti melindungi monumen dan membetulkan pengasidan tanah dan perairan. Walau bagaimanapun, penyelesaian asas untuk hujan asid adalah mengurangkan pelepasan ke atmosfera sebatian kimia yang merupakan pendahulu pembentukan asid.

Bagaimana hujan asid terbentuk?

Kabut asid disebabkan oleh pelepasan SO2 dari kilang PDVSA di Curaçao. Sumber: HdeK

Prekursor kimia

Fenomena hujan asid bermula dengan pelepasan ke atmosfera sebatian kimia yang merupakan pendahulu kepada pembentukan asid. Sebatian ini dapat dipancarkan oleh sumber semula jadi atau buatan.

Sumber semula jadi merangkumi letusan gunung berapi, kebakaran tumbuh-tumbuhan, dan pelepasan lautan. Sebagai sumber buatan bertindak pelepasan industri, pelepasan dari kenderaan bermotor pembakaran atau pembakaran sampah.

Sumber-sumber ini mengeluarkan pelbagai sebatian yang dapat menghasilkan asid di atmosfera. Walau bagaimanapun, yang paling penting ialah nitrogen oksida dan sulfur oksida.

Nitrogen oksida dikenali sebagai NOx, dan termasuk nitrogen dioksida (NO2) dan nitrous oxide (NO). Sebahagiannya, sulfur oksida adalah SO2 atau sulfur dioksida.

Proses troposfera dan asid yang dihasilkan

Fenomena hujan asid berlaku di troposfer (zon atmosfer yang bergerak dari permukaan bumi hingga ketinggian 16 km).

Di troposfera, arus udara dapat membawa sebatian ini ke mana-mana bahagian planet ini, menjadikannya masalah global. Dalam proses ini, nitrogen dan sulfur oksida berinteraksi dengan sebatian lain untuk membentuk asid nitrik dan asid sulfurik.

Sokongan tindak balas

Tindak balas kimia boleh dilakukan sama ada pada zarah pepejal dalam penggantungan atau titisan air dalam penggantungan.

Asid nitrat terbentuk terutamanya dalam fasa gas, kerana kelarutannya yang rendah dalam air. Sebaliknya, asid sulfurik lebih larut dalam air, menjadi penyusun utama hujan asid.

Asid nitrik

Untuk pembentukan asid nitrik (HNO3), nitrogen oksida bertindak balas dengan air, dengan radikal seperti OH (pada tahap yang lebih rendah dengan HO2 dan CH3O2), atau dengan ozon troposfera (O3).

Asid sulfurik

Dalam kes penghasilan asid sulfurik (H2SO4), radikal OH, HO2, CH3O2, air dan ozon juga turut serta. Selain itu, ia dapat dibentuk dengan bertindak balas dengan hidrogen peroksida (H2O2) dan pelbagai oksida logam.

Asid karbonik

H2CO3 terbentuk oleh tindak balas fotokimia karbon dioksida dengan air atmosfera.

Asid hidroklorik

HCl hanya mewakili 2% hujan asid, dan pendahulunya adalah metil klorida (ClCH3). Sebatian ini berasal dari lautan dan dioksidakan oleh radikal OH untuk membentuk asid hidroklorik.

Kerpasan

Sebaik sahaja sebatian berasid (asid nitrik atau asid sulfurik, dan pada tahap yang lebih rendah asid hidroklorik) terbentuk, mereka akan mendakan.

Pemendakan boleh dilakukan dengan pemendapan zarah terampai di mana reaksi pengasidan telah berlaku dalam fasa gas. Cara lain ialah air pekat memendam dalam hujan di mana asid terbentuk.

Komposisi

Keasidan semula jadi hujan mendekati pH 5.6, walaupun di beberapa kawasan yang tidak tercemar nilai 5. Nilai pH rendah ini telah dikaitkan dengan kehadiran asid yang berasal dari semula jadi.

Dianggap bahawa bergantung pada tahap pH, hujan dapat diklasifikasikan menjadi:

a) Sedikit berasid (pH antara 4.7 dan 5.6)
b) Asid sederhana (pH antara 4.3 dan 4.7)
c) Sangat berasid (pH kurang daripada atau sama dengan 4.3).

Sekiranya hujan mempunyai kepekatan> 1.3 mg / L untuk nitrat dan> 3 mg / L untuk sulfat, pencemaran dianggap tinggi.

Hujan asid disusun dalam lebih dari dua pertiga kes dengan adanya asid sulfurik, diikuti oleh asid nitrik. Komponen lain yang dapat menyumbang kepada keasidan hujan adalah asid hidroklorik dan asid karbonik.

Tindak balas kimia hujan asid

Pembentukan asid sulfurik (H2SO4)

Penghasilan asid sulfurik boleh berlaku pada fasa gas atau fasa cair.

Fasa gas

Hanya 3 hingga 4% SO2 teroksidasi dalam fasa gas untuk menghasilkan asid sulfurik. Terdapat banyak laluan untuk pembentukan asid sulfurik dari prekursor gas, di sini reaksi SO2 dengan ozon troposfera ditunjukkan.

Reaksi berlaku dalam dua peringkat:

1.- Sulfur dioksida bertindak balas dengan ozon troposfera, menghasilkan sulfur trioksida dan membebaskan oksigen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Kemudian sulfur trioksida mengoksidakan dengan wap air dan menghasilkan asid sulfurik.

SO3 + H2O = H2SO4

Fasa cecair

Dalam titisan air yang akan membentuk hujan, asid sulfurik dapat dihasilkan dengan beberapa cara:

1.- SO2 larut dalam air menghasilkan asid sulfurosa, dan ini dioksidakan oleh hidrogen peroksida:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mekanisme Fotokatalitik: Dalam kes ini, zarah oksida logam (besi, zink, titanium) diaktifkan berkat tindakan cahaya matahari (pengaktifan fotokimia) dan mengoksidasi SO2 yang menghasilkan asid sulfurik.

Pembentukan asid nitrik (HNO3)

Ozon troposfera O3 menghasilkan transformasi NO2 menjadi HNO3 dalam proses tiga peringkat:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Kesan terhadap persekitaran

Kesan hujan asid di hutan di Pergunungan Jizera di Republik Czech. Sumber: Lovecz

Pengasidan tanah dan kesannya terhadap tumbuh-tumbuhan

Kesan hujan asid pada tanah berbeza bergantung pada komposisinya. Contohnya, tanah berkapur, basal dan igneus mempunyai kapasiti yang lebih besar untuk meneutralkan keasidan.

Bagi mereka, tanah yang kaya dengan kuarza sebagai bahan lengai tidak mampu mengatur kandungan asid. Oleh itu, di tanah di mana hujan asid meningkatkan keasidan, ion logam yang beracun kepada tumbuhan dan haiwan dilepaskan dan terbawa.

Kes yang relevan adalah pembubaran aluminosilikat, yang melepaskan ion aluminium yang sangat berbahaya bagi tumbuh-tumbuhan.

Secara umum, keasidan tanah mengurangkan ketersediaan nutrien untuk tanaman. Selain itu, ini mendorong pembebasan dan pencucian kalsium, yang menyebabkan kekurangan pada tanaman.

Kesan ke atas akuifer dan kesihatan manusia

Dalam kebanyakan kes, hujan asid tidak kelihatan atau terasa berbeza dari hujan biasa, juga tidak menimbulkan sensasi pada kulit. Kesannya terhadap kesihatan manusia tidak langsung, dan jarang menyebabkan kerosakan kulit kerana keasidan yang melampau.

Salah satu masalah dengan hujan asid adalah dengan menurunkan nilai pH di bawah 5, logam berat dilepaskan dan terbawa. Bahan pencemar seperti aluminium dan kadmium boleh memasuki akuarium bawah tanah.

Sekiranya air dari akuifer tercemar ini masuk ke dalam sumur yang digunakan untuk penggunaan manusia, ia boleh menyebabkan kerosakan serius pada kesihatan.

Kemerosotan bangunan, monumen dan bahan

Gargoyle rosak akibat hujan asid. Sumber: Nino Barbieri

Batu jenis berkapur

Konstruksi, monumen dan patung yang dibuat dengan batu kapur atau marmar terjejas teruk oleh hujan asid. Ini agak serius, kerana banyak bangunan bersejarah dan karya seni dibina dengan bahan-bahan ini.

Sekiranya batu kapur, hujan asid menyebabkan pembubaran batu kapur dan menyebabkan pengkristalan semula kalsit. Penghabluran semula ini menghasilkan nada keputihan di permukaan.

Dalam kes tertentu hujan dengan asid sulfurik, fenomena sulfasi berlaku. Melalui proses ini, permukaan batu diubah menjadi gipsum dan CO2 dilepaskan.

Marmer, walaupun lebih tahan, juga terkena hujan asid. Dalam kes ini, pengelupasan batu berlaku, sebab itulah lapisan dangkalnya terlepas.

Bahan lain yang tidak menghakis

Di beberapa bangunan, kemerosotan strukturnya kecil, tetapi juga dengan kesan negatif. Contohnya, simpanan asid kering menjadikan dinding kotor, sehingga meningkatkan kos penyelenggaraan.

Logam

Hujan asid menyebabkan kakisan logam kerana fenomena pengoksidaan. Ini menyebabkan kerugian ekonomi yang besar, kerana struktur, peralatan, mesin dan kenderaan dengan bahagian logam terjejas teruk.

flora dan fauna

Ikan dibunuh oleh hujan asid. Sumber: Perkhidmatan Ikan dan Hidupan Liar Amerika Syarikat.

Hujan asid mengubah keseimbangan semula jadi ekosistem akuatik dan daratan.

Tumbuhan dan haiwan di badan lentik air

Badan air lentik lebih mudah terkena pengasaman, kerana ia adalah ekosistem tertutup. Selain itu, pengumpulan asid di dalam air mempunyai akibat negatif terhadap kehidupan yang ditanggungnya.

Akibat pengasidan lain adalah pemendakan nitrat melalui hujan, yang menyebabkan eutrofikasi pada badan air. Nutrien yang berlebihan mengurangkan oksigen yang ada dan memberi kesan buruk kepada kelangsungan hidup haiwan akuatik.

Kesan negatif tidak langsung yang lain adalah pengambilan ion logam berat dari persekitaran daratan ke dalam badan air. Ion-ion ini dilepaskan ke dalam tanah dengan tindakan ion hidronium apabila keasidan meningkat.

Ketersediaan tumbuh-tumbuhan dan nutrien

Masalah yang paling serius yang disebabkan oleh pengasidan tanah adalah ketidakseimbangan nutrien penting dan peningkatan logam toksik.

Contohnya, aluminium dan magnesium dibebaskan dari zarah tanah dengan digantikan oleh hidrogen. Aluminium mempengaruhi struktur dan fungsi akar dan mengurangkan penyerapan kalsium yang penting untuk tanaman.

Sebaliknya, pengasidan tanah menyebabkan kerosakan pada mikoriza (kulat yang berkaitan dengan akar), yang penting dalam dinamika hutan.

Kerosakan langsung pada tumbuh-tumbuhan dan haiwan

Asid sulfurik menyebabkan kerosakan langsung pada daun dengan merosakkan klorofil dan menghasilkan klorosis (menguning daun). Dalam beberapa spesies, pertumbuhan dan pengeluaran benih yang berkurang menurun.

Amfibia (katak dan kodok) sangat terdedah kepada kesan keasidan dalam air. Sebilangan kerosakan adalah kecederaan langsung dan penurunan pertahanan terhadap patogen (terutama kulat kulit).

Penyelesaian

Kurangkan pelepasan

Intinya untuk hujan asid adalah untuk mengurangkan pelepasan bahan kimia prekursor asid ke alam sekitar. Yang paling penting adalah sulfur dan nitrogen oksida.

Walau bagaimanapun, ini mempunyai beberapa kesulitan, kerana ini memberi kesan kepada kepentingan ekonomi dan pembangunan syarikat dan negara. Sebagai contoh, salah satu sumber utama sulfur dioksida adalah pembakaran arang batu, yang menyumbang lebih daripada 70% tenaga di China.

Terdapat beberapa alternatif teknologi yang dapat membantu mengurangkan pelepasan. Sebagai contoh, dalam industri apa yang disebut "tempat tidur cecair" menggabungkan penyerap (batu kapur atau dolomit) yang menahan SO2. Dalam kes kenderaan bermotor dan enjin pembakaran secara umum, pemangkin pemangkin mematuhi juga membantu mengurangkan pelepasan SO2.

Sebaliknya, beberapa negara telah melaksanakan program khusus untuk mengurangkan hujan asid. Sebagai contoh, Amerika Syarikat membangunkan Program Penilaian Pemendapan Asid Nasional (NAPAP). Di antara beberapa langkah yang dipertimbangkan oleh NAPAP adalah pelaksanaan penggunaan bahan bakar sulfur rendah.

Langkah lain yang mungkin dilakukan adalah penggantian armada kenderaan dengan kereta elektrik untuk mengurangkan hujan asid dan pemanasan global. Namun, walaupun teknologi ada untuk mencapainya, tekanan dari industri automotif dan minyak telah menangguhkan keputusan dalam hal ini. Faktor lain yang mempengaruhi adalah unsur budaya yang berkaitan dengan kelajuan yang diharapkan oleh kenderaan.

Gunakan langkah pembetulan keasidan

Dalam beberapa kes, pH tanah dan perairan dapat ditingkatkan dengan menambahkan alkali, misalnya dengan memasukkan sejumlah besar kapur. Walau bagaimanapun, amalan ini tidak dapat dilaksanakan di kawasan tanah yang sangat besar.

Perlindungan permukaan

Batu

Terdapat pelbagai kaedah untuk melindungi atau sekurang-kurangnya mengurangkan kerosakan batu di bawah kesan hujan asid. Salah satu kaedah ini adalah mencucinya dengan wap atau air panas.

Ejen kimia seperti asid hidrofluorik atau amonium bifluorida juga boleh digunakan. Setelah dicuci, batu itu dapat ditutup dengan menggunakan produk khas yang menyumbat liang, seperti barium hidroksida.

Logam

Permukaan logam yang boleh menghakis dapat dilindungi dengan melapisi mereka dengan logam yang tidak menghakis seperti zink.

Untuk ini, elektrodeposisi dapat digunakan, atau struktur logam yang akan dilindungi dapat direndam dalam logam pelindung dalam keadaan cair.

Rujukan

1. Espada L dan A. Sánchez (1995). Pengaruh hujan asid terhadap kakisan logam. hlm. 145-171. Dalam: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrokimia dan persekitaran di ambang abad XXI. Universiti La Coruña. Perkhidmatan Penerbitan. La Coruña, Sepanyol.
2. García-Ruiz G (2018). Perlindungan struktur bangunan di atmosfera yang menghakis. Projek Akhir Ijazah dalam Kejuruteraan dalam Teknologi Industri Universiti Politeknik Cartagena. Sekolah Menengah Teknik Kejuruteraan Industri. Cartagena, Sepanyol. 75 p.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos dan MA Hernández-García (2010). Hujan asid dan ekosistem hutan .. Revista Chapingo Perhutanan dan Sains Alam Sekitar Siri 16: 187-206.
4. Likens GE, CT Driscoll dan DC Buso (1996). Kesan Jangka Panjang Hujan Asid: Tindak Balas dan Pemulihan Ekosistem Hutan. Sains, 272; 244–246.
   Likens GE dan FH Bormann (1974). Hujan Asid: Masalah Alam Sekitar Serantau yang serius. Sains, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Kesan Hujan Asid terhadap Ekosistem Air Tawar. Sains, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Pencemaran udara dan hujan asid. Diagnosis fenomena di bandar Manizales. Fakulti Kejuruteraan dan Senibina. Universiti kebangsaan Colombia. Ibu pejabat Manizales. Editorial Blanecolor Ltda. Edisi pertama. Manizales, Colombia. 150 p.