Die Chemie des sauren Regens

4.7 Die Chemie des sauren Regens

Säure-Base-Reaktionen können starke Auswirkungen auf die Umwelt haben. So hat beispielsweise der dramatische Anstieg des Säuregehalts von Regen und Schnee in den letzten 150 Jahren dazu geführt, dass sich Marmor- und Kalksteinoberflächen auflösen, die Korrosion von Metallgegenständen beschleunigt wird und der pH-Wert von natürlichen Gewässern sinkt. Dieses Umweltproblem wird als saurer Regen bezeichnetNiederschläge, die aufgrund menschlicher Aktivitäten dramatisch saurer werden, haben erhebliche Folgen für alle lebenden Organismen. Um sauren Regen zu verstehen, muss man die Säure-Base-Reaktionen in wässriger Lösung verstehen.

Der Begriff saurer Regen ist eigentlich etwas irreführend, denn selbst reines Regenwasser, das in zivilisationsfernen Gebieten gesammelt wird, ist leicht sauer (pH ≈ 5,6), und zwar aufgrund von gelöstem Kohlendioxid, das mit Wasser zu Kohlensäure, einer schwachen Säure, reagiert:

Dem englischen Chemiker Robert Angus Smith wird allgemein zugeschrieben, dass er 1872 den Begriff „saurer Regen“ prägte, um den erhöhten Säuregehalt des Regens in britischen Industriezentren (wie Manchester) zu beschreiben, der offenbar durch die ungezügelten Exzesse der frühen industriellen Revolution verursacht wurde, obwohl der Zusammenhang noch nicht verstanden wurde. Zu dieser Zeit gab es keine gute Möglichkeit, die Wasserstoffionenkonzentration zu messen, so dass es schwierig ist, den tatsächlichen pH-Wert des von Smith beobachteten Regens zu ermitteln. Typische pH-Werte für Regen in den kontinentalen Vereinigten Staaten liegen heute zwischen 4 und 4,5, wobei für Gebiete wie Los Angeles Werte von bis zu 2,0 gemeldet werden. Abbildung 4.15 „A Plot of pH versus , der in einigen Böden vorhanden ist, ist unlöslich. Bei niedrigeren pH-Werten löst sich Al(OH)3 jedoch über die folgende Reaktion:

Das Ergebnis ist ein erhöhter Gehalt an Al3+-Ionen im Grundwasser. Da das Al3+-Ion für Pflanzen giftig ist, können hohe Konzentrationen das Pflanzenwachstum beeinträchtigen. Saurer Regen kann auch die Blätter und Wurzeln der Pflanzen so sehr schwächen, dass sie anderen Belastungen nicht mehr standhalten können. Die Kombination der beiden Effekte kann zu erheblichen Schäden an etablierten Wäldern führen, wie dem Schwarzwald in Deutschland und den Wäldern im Nordosten der Vereinigten Staaten und Kanadas sowie in anderen Ländern (Abbildung 4.19 „Saurer Regen – Schäden an einem Wald in der Tschechischen Republik“).