PROBLEME IM ZUSAMMENHANG MIT SAUREN UND BASISCHEN SUBSTANZEN IN DER UMWELT - UMGEBUNG - 2024

Die Hauptprobleme im Zusammenhang mit sauren und basischen Substanzen , die sich auf die Umwelt auswirken, hängen direkt mit den von ihnen induzierten pH-Änderungen und ihrer indirekten oder direkten Wirkung auf Lebewesen zusammen.

Sowohl saure als auch basische Substanzen können schwerwiegende Umweltprobleme verursachen. Insbesondere die Versauerung der Umwelt verursacht die Probleme des sauren Regens, der Versauerung von Ozeanen, Süßwasserkörpern und Böden. Die Alkalisierung manifestiert sich insbesondere in Bodenänderungen des basischen pH-Werts.

Abbildung 1. Von saurem Regen betroffener Wald. Quelle: Lovecz, aus Wikimedia Commons

Ein Umweltproblem kann als eine Situation definiert werden, die die Integrität eines Ökosystems gefährdet und als Folge einer Störung der natürlichen Umwelt auftritt.

Menschliche Aktivitäten haben zu extremen Umweltproblemen geführt. Die derzeitige Produktionsweise mit intensiver Nutzung der natürlichen Ressourcen und einer Überlastung der Schadstoffe verletzt die Tragfähigkeit und Widerstandsfähigkeit der Umwelt.

Die einzigartigen Möglichkeiten, große Landflächen zu verändern, große Mengen giftiger Substanzen in die Atmosphäre abzugeben und Gewässer in sehr kurzen Zeiträumen zu beeinflussen und dramatische Auswirkungen auf die Umwelt zu haben, sind ausschließlich der menschlichen Spezies vorbehalten.

Saure Substanzen werden durch einige industrielle Abwässer, Bergbautätigkeiten, die Verwendung von Bodensäuredüngern und Gasemissionen, die mit Regenwasser oder Luftfeuchtigkeit reagieren und saure Verbindungen erzeugen, in die Umwelt eingeleitet.

Abbildung 2. Produktion umweltschädlicher Industrieemissionen. Quelle: pixabay.com.

Grundlegende oder alkalische Substanzen können auch aus verschiedenen industriellen Abwässern und Bergbauaktivitäten stammen.

Welche Probleme im Zusammenhang mit sauren und basischen Substanzen wirken sich auf die Umwelt aus?

-Umweltprobleme durch Versauerung: Quellen

Abwässer

Säureabwässer aus einigen Industrien und Säureabbaukanälen enthalten hauptsächlich Säuren: Salzsäure (HCl), Schwefelsäure (H ₂ SO ₄ ), Salpetersäure (HNO ₃ ) und Flusssäure (HF).

Die Metallurgie-, Kunststoff-, Farbstoff-, Sprengstoff-, Pharma- und Harzindustrie erzeugt Säureentladungen.

Abbildung 3. Einleitung von Industrieabwässern. Quelle: Nigel Wylie, über Wikimedia Commons

Emissionen

Die Emissionen von Kohlendioxid (CO ₂ ), Schwefeldioxid (SO ₂ ) und Stickoxiden (NO, NO ₂ ) in die Atmosphäre aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle, Öl und Erdgas sind keine Ursache nur durch die globale Erwärmung des Planeten, aber durch sauren Regen.

CO ₂ -Emissionen führen auch zur Versauerung der Ozeane und Oberflächen-Süßwasserkörper (Seen und Flüsse), ein Umweltproblem von katastrophalen Ausmaßen.

Düngemittel

Eine längere Verwendung von anorganischen Düngemitteln, die Ammoniakstickstoff und Superphosphate enthalten, hat eine Restwirkung auf die Versauerung der Böden.

Auch das Aufbringen großer Mengen organischer Stoffe auf sehr feuchte Böden führt aufgrund der Wirkung von Huminsäuren und anderen erzeugten organischen Säuren zu einer Versauerung.

Zu den besorgniserregendsten Umweltproblemen, die durch saure Substanzen verursacht werden, gehören saurer Regen, Versauerung der Böden und Versauerung der Landmeere.

Saurer Regen

Die Gase Schwefeldioxid (SO ₂ ) und Stickoxide (NO und NO ₂ ), die bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe in Industrie, Kraftwerken, im Luft-, See- und Landverkehr sowie beim Schmelzen zur Gewinnung von Metallen entstehen sind die Ursache dafür, dass die regnerischen Niederschläge sauer sind.

In der Troposphäre wird SO ₂ oxidiert, um Schwefelsäure (H ₂ SO ₄ ), eine starke Säure, zu bilden, und Stickoxide werden ebenfalls in Salpetersäure, eine andere starke Säure, umgewandelt.

Bei Regen werden diese in Form von Aerosolen in der Atmosphäre vorhandenen Säuren in das Regenwasser eingebaut und angesäuert.

Gebäude

Saures Regenwasser greift Gebäude, Brücken und Denkmäler an, da es mit Kalziumkarbonat (CaCO ₃ ) aus Kalkstein in Gebäuden und Marmor sowie mit Metallen reagiert . Saurer Regen säuert auch Böden und Gewässer auf dem Planeten an.

Abbildung 4. Schäden an Gebäuden durch sauren Regen, Wasserspeier der Kathedrale Notre Dame (Paris, Frankreich) mit Schäden am Rücken. Quelle: Michael Reeve, über Wikimedia Commons

Metalle im Boden

Saurer Regen verändert die Zusammensetzung des Bodens, verdrängt giftige Schwermetalle in die Bodenlösung und ins Grundwasser.

Bei sehr sauren pH-Werten kommt es aufgrund der Verdrängung von Kationen durch die in hohen Konzentrationen vorhandenen H ⁺ -Ionen zu einer starken Veränderung der Bodenmineralien . Dies führt zu Instabilität der Bodenstruktur, hohen Konzentrationen toxischer Elemente und geringer Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen.

Saure Böden mit einem pH-Wert von weniger als 5 enthalten hohe Konzentrationen und sind für die Pflanzenentwicklung von Aluminium (Al), Mangan (Mn) und Eisen (Fe) toxisch.

Zusätzlich ist die Verfügbarkeit der Nährstoffe Kalium (K), Phosphor (P), Schwefel (S), Natrium (Na), Molybdän (Mo), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) deutlich verringert.

Mikroorganismen

Saure Bedingungen erlauben nicht die Entwicklung von Bodenmikroorganismen (hauptsächlich Bakterien), die Zersetzer organischer Stoffe sind.

Stickstofffixierende Bakterien funktionieren bei pH-Werten zwischen 7 und 6,5 optimal. Die Fixierungsrate sinkt dramatisch, wenn der pH-Wert unter 6 liegt.

Mikroorganismen begünstigen auch die Aggregation von Bodenpartikeln, was die Strukturierung, Belüftung und gute Bodenentwässerung fördert, die für das Pflanzenwachstum wesentlich sind.

Versauerung von Ozeanen, Seen und Flüssen

Die Versauerung von Oberflächengewässern - Ozeanen, Seen und Flüssen - erfolgt hauptsächlich durch die Aufnahme von CO ₂ , das bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe anfällt .

Das Oberflächenwasser des Planeten fungiert als natürliche Senke für atmosphärisches CO ₂ . Insbesondere die Ozeane bilden die große Kohlendioxidsenke der Erde. CO ₂ wird von Wasser absorbiert und reagiert damit unter Bildung von Kohlensäure (H ₂ CO ₃ ):

CO ₂ + H ₂ O → H ₂ CO ₃

Kohlensäure dissoziiert im Wasser und trägt H ⁺ -Ionen zum Meerwasser bei:

H ₂ CO ₃ + H ₂ O → H ⁺ + HCO ₃ ^-

Übermäßige Konzentrationen von H ⁺ -Ionen führen zu einer Erhöhung des Säuregehalts der Meeresgewässer des Planeten.

Meeresökosysteme

Dieser Überschuss an Säure wirkt sich dramatisch auf die marinen Ökosysteme und insbesondere auf die Organismen aus, die Calciumcarbonat-Exoskelette (Schalen, Schalen und andere tragende oder schützende Strukturen) bilden, da H ⁺ -Ionen Calcium aus Carbonat verdrängen und es auflösen und verhindern ihre Bildung.

Die Arten von Korallen, Austern, Muscheln, Seeigeln, Krabben und Plankton mit Exoskeletten sind am unmittelbarsten von der Versauerung der Ozeane betroffen.

Das Leben aller Meerestiere hängt weitgehend von Korallenriffen ab, da sie die Gebiete mit der größten Artenvielfalt im Meer sind. Ein großer Teil der kleineren Fauna flüchtet und lebt dort und dient als Nahrung für die sekundären Verbraucher des marinen Ökosystems wie Fische, Wale und Delfine.

Die Versauerung durch überschüssiges CO ₂ in der Erdatmosphäre stellt eine ernsthafte Bedrohung für das gesamte marine Ökosystem dar. In der Geschichte des Planeten wurde noch nie ein Prozess der Versauerung des Ozeans mit den gegenwärtigen Raten aufgezeichnet - dem höchsten in den letzten 300 Millionen Jahren -, der auch seine Kapazität als Senke für CO ₂ verringert .

-Umweltprobleme durch Alkalisierung: Quellen

Industrie und Bergbau

Unter anderem in der Waschmittel- und Seifen-, Textil-, Färbe-, Papier- und Pharmaindustrie entstehen basische Abwässer, die hauptsächlich Natriumhydroxid (NaOH), eine starke Base und andere Basen wie Natriumcarbonat (Na ₂ CO) enthalten ₃ ), die eine schwache Basis ist.

Die Behandlung des Minerals Bauxit mit NaOH zur Extraktion von Aluminium erzeugt stark alkalischen Rotschlamm. Auch die Ölgewinnung und die petrochemische Industrie produzieren alkalische Abwässer.

Das Hauptumweltproblem von Grundstoffen ist die Alkalisierung von Böden.

Bodenalkalisierung

Alkalische Böden haben pH-Werte von mehr als 8,5, eine sehr schlechte Struktur mit verstreuten Partikeln und kompakten Kalkschichten zwischen 0,5 und 1 Meter Tiefe, die Wurzelwachstum und Infiltration, Versickerung und Entwässerung von Wasser verhindern.

Sie weisen toxische Konzentrationen von Natrium (Na) und Bor (B) auf und sind stark unfruchtbare Böden.

Abbildung 5. Alkalischer Boden. Quelle: Pixabay.com

Verweise

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