MƯA AXIT: NÓ ĐƯỢC HÌNH THÀNH NHƯ THẾ NÀO, THÀNH PHẦN, PHẢN ỨNG VÀ ẢNH HƯỞNG - MÔI TRƯỜNG - 2026

Các mưa axit là mưa ướt hay khô các chất mà tạo ra một độ pH dưới 5,6. Sự kết tủa này có thể ướt (pha loãng trong nước mưa) hoặc khô (lắng đọng dạng hạt hoặc sol khí).

Thuật ngữ "mưa axit" lần đầu tiên được đề xuất bởi nhà nghiên cứu người Anh Robert Angus Smith vào năm 1850, giữa cuộc Cách mạng Công nghiệp. Các axit phong phú nhất được hình thành trong khí quyển là nitric và sulfuric do quá trình oxy hóa các chất ô nhiễm tự nhiên hoặc nhân tạo.

Bản đồ mưa axit. Nguồn: Alfredsito94

Các chất ô nhiễm liên quan nhất là các oxit: NO2, NO3, SO2, có nguồn gốc tự nhiên là núi lửa phun, cháy rừng và sự suy thoái của vi khuẩn. Các nguồn nhân tạo là khí thải do đốt nhiên liệu hóa thạch (hoạt động công nghiệp và giao thông ô tô).

Mưa axit gây ra những tác động tiêu cực đến môi trường như axit hóa đất và nước, ảnh hưởng đến sinh vật, kể cả con người. Ngoài ra, đất và nước bị ô nhiễm kim loại nặng, và hiện tượng phú dưỡng xảy ra trong các thủy vực.

Ở cấp độ thực bì, lá bị hại trực tiếp và sự phát triển của cây bị ảnh hưởng. Ngoài ra, sự chua hóa đất làm cố định chất dinh dưỡng và ảnh hưởng đến mycorrhizae (nấm đất). Tương tự như vậy, các tòa nhà, máy móc, tượng đài và tác phẩm nghệ thuật tiếp xúc với các yếu tố này sẽ bị rỉ sét hoặc ăn mòn nghiêm trọng do tác dụng của axit kết tủa.

Để khắc phục hậu quả của mưa axit, một số biện pháp cần thiết có thể được thực hiện như bảo vệ các di tích và khắc phục tình trạng axit hóa đất và nước. Tuy nhiên, giải pháp cơ bản cho mưa axit là giảm phát thải vào khí quyển các hợp chất hóa học là tiền chất của sự hình thành axit.

Mưa axit được hình thành như thế nào?

Sương mù axit do khí thải SO2 từ nhà máy lọc dầu của PDVSA ở Curaçao. Nguồn: HdeK

Tiền chất hóa học

Hiện tượng mưa axit bắt đầu bằng việc phát thải vào khí quyển các hợp chất hóa học tiền thân để hình thành axit. Các hợp chất này có thể được phát ra từ các nguồn tự nhiên hoặc nhân tạo.

Các nguồn tự nhiên bao gồm phun trào núi lửa, cháy thảm thực vật và khí thải đại dương. Do các nguồn nhân tạo tác động đến khí thải công nghiệp, khí thải từ các phương tiện cơ giới đốt cháy hoặc đốt chất thải.

Các nguồn này thải ra các hợp chất khác nhau có thể tạo ra axit trong khí quyển. Tuy nhiên, quan trọng nhất là oxit nitơ và oxit lưu huỳnh.

Oxit nitơ được gọi là NOx, và bao gồm nitơ đioxit (NO2) và nitơ oxit (NO). Về phần mình, oxit lưu huỳnh là SO2 hoặc lưu huỳnh đioxit.

Quá trình đối lưu và các axit được tạo ra

Hiện tượng mưa axit xảy ra ở tầng đối lưu (vùng khí quyển đi từ bề mặt trái đất lên độ cao 16 km).

Trong tầng đối lưu, các dòng không khí có thể mang các hợp chất này qua bất kỳ phần nào của hành tinh, khiến nó trở thành một vấn đề toàn cầu. Trong quá trình này, nitơ và oxit lưu huỳnh tương tác với các hợp chất khác để tạo thành axit nitric và axit sunfuric tương ứng.

Hỗ trợ phản ứng

Các phản ứng hóa học có thể được thực hiện trên các hạt rắn ở dạng huyền phù hoặc trong các giọt nước ở dạng huyền phù.

Axit nitric được hình thành chủ yếu ở pha khí, do khả năng hòa tan trong nước thấp. Về phần mình, axit sunfuric dễ hòa tan hơn trong nước, là thành phần chính của mưa axit.

Axit nitric

Để tạo thành axit nitric (HNO3), các oxit nitơ phản ứng với nước, với các gốc như OH (ở mức độ thấp hơn với HO2 và CH3O2), hoặc với ozon tầng đối lưu (O3).

Axit sunfuric

Trong trường hợp sản xuất axit sunfuric (H2SO4), các gốc OH, HO2, CH3O2, nước và ozon cũng tham gia. Ngoài ra, nó có thể được tạo thành bằng cách phản ứng với hydro peroxit (H2O2) và các oxit kim loại khác nhau.

Axit carbonic

H2CO3 được tạo thành do phản ứng quang hóa của khí cacbonic với nước trong khí quyển.

Axit hydrochloric

HCl chỉ chiếm 2% mưa axit, và tiền chất của nó là metyl clorua (ClCH3). Hợp chất này đến từ đại dương và bị oxy hóa bởi các gốc OH để tạo thành axit clohydric.

Lượng mưa

Khi các hợp chất có tính axit (axit nitric hoặc axit sunfuric, và ở mức độ thấp hơn là axit clohydric) đã được hình thành, chúng sẽ kết tủa.

Sự kết tủa có thể là do sự lắng đọng của các hạt lơ lửng trong đó phản ứng axit hóa đã diễn ra trong pha khí. Một cách khác là để nước ngưng tụ kết tủa trong mưa nơi các axit được hình thành.

Thành phần

Độ chua tự nhiên của mưa gần với độ pH là 5,6, mặc dù ở một số khu vực không bị ô nhiễm giá trị là 5. Giá trị pH thấp này có liên quan đến sự hiện diện của axit có nguồn gốc tự nhiên.

Người ta coi rằng tùy thuộc vào độ pH, mưa có thể được phân loại thành:

a) Có tính axit nhẹ (pH từ 4,7 đến 5,6)
b) Axit trung bình (pH từ 4,3 đến 4,7)
c) Có tính axit mạnh (pH bằng hoặc nhỏ hơn 4,3).

Nếu mưa có nồng độ nitrat> 1,3 mg / L và sulphat> 3 mg / L thì ô nhiễm được coi là cao.

Mưa axit được hình thành trong hơn 2/3 trường hợp bởi sự hiện diện của axit sunfuric, sau đó là axit nitric dồi dào. Các thành phần khác có thể góp phần vào độ chua của mưa là axit clohydric và axit cacbonic.

Phản ứng hóa học của mưa axit

Sự hình thành axit sunfuric (H2SO4)

Quá trình sản xuất axit sunfuric có thể xảy ra trong pha khí hoặc trong pha lỏng.

Pha khí

Chỉ 3 đến 4% SO2 bị oxi hóa trong pha khí để tạo ra axit sunfuric. Có nhiều con đường hình thành axit sunfuric từ các tiền chất ở thể khí, ở đây thể hiện phản ứng của SO2 với ozon tầng đối lưu.

Phản ứng xảy ra theo hai giai đoạn:

1.- Lưu huỳnh đioxit phản ứng với ozon tầng đối lưu, tạo ra lưu huỳnh trioxit và giải phóng oxi.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Sau đó lưu huỳnh trioxit bị oxi hóa với hơi nước và tạo ra axit sunfuric.

SO3 + H2O = H2SO4

Pha lỏng

Trong những giọt nước sẽ tạo thành mưa, axit sunfuric có thể được tạo ra theo một số cách:

1.- SO2 hòa tan trong nước tạo ra axit lưu huỳnh và chất này bị oxy hóa bởi hydro peroxit:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2. Cơ chế quang xúc tác: Trong trường hợp này, các hạt oxit kim loại (sắt, kẽm, titan) được kích hoạt nhờ tác dụng của ánh sáng mặt trời (hoạt hóa quang) và oxy hóa SO2 tạo ra axit sunfuric.

Sự hình thành axit nitric (HNO3)

Ôzôn đối lưu O3 tạo ra sự chuyển hóa NO2 thành HNO3 trong một quá trình ba giai đoạn:

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

Ảnh hưởng đến môi trường

Ảnh hưởng của mưa axit trong một khu rừng ở dãy núi Jizera ở Cộng hòa Séc. Nguồn: Lovecz

Axit hóa đất và ảnh hưởng của nó đối với thảm thực vật

Ảnh hưởng của mưa axit đến đất thay đổi tùy theo thành phần của nó. Ví dụ, đất có nguồn gốc từ đá vôi, đất bazan và đất lửa có khả năng trung hòa độ chua lớn hơn.

Về phần mình, đất giàu thạch anh như một vật liệu trơ không có khả năng điều chỉnh hàm lượng axit. Do đó, trong đất có mưa axit làm tăng độ chua, các ion kim loại độc hại đối với động thực vật được giải phóng và mang đi.

Một trường hợp liên quan là sự hòa tan các chất aluminosilicat, chúng giải phóng các ion nhôm rất có hại cho thảm thực vật.

Nói chung, độ chua của đất làm giảm sự sẵn có của các chất dinh dưỡng cho cây trồng. Ngoài ra, nó thúc đẩy quá trình giải phóng và rửa canxi, nguyên nhân gây thiếu hụt cho cây trồng.

Ảnh hưởng đến tầng chứa nước và sức khỏe con người

Trong hầu hết các trường hợp, mưa axit không có vẻ ngoài hoặc mùi vị khác với mưa bình thường, cũng như không tạo cảm giác trên da. Ảnh hưởng của nó đến sức khỏe con người là gián tiếp, và nó hiếm khi gây tổn thương da do tính axit quá cao.

Một trong những vấn đề của mưa axit là khi giảm giá trị pH xuống dưới 5, các kim loại nặng được giải phóng và mang đi. Các chất ô nhiễm này như nhôm và cadmium có thể xâm nhập vào các tầng chứa nước ngầm.

Nếu nước từ các tầng chứa nước ô nhiễm này chảy vào các giếng được sử dụng cho sinh hoạt của con người, nó có thể gây hại nghiêm trọng đến sức khỏe.

Sự xuống cấp của các tòa nhà, tượng đài và vật liệu

Gargoyle bị hư hại do mưa axit. Nguồn: Nino Barbieri

Đá loại vôi

Các công trình xây dựng, tượng đài và tác phẩm điêu khắc bằng đá vôi hoặc đá cẩm thạch bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi mưa axit. Điều này là khá nghiêm trọng, vì nhiều tòa nhà lịch sử và tác phẩm nghệ thuật được xây dựng bằng những vật liệu này.

Trong trường hợp đá vôi, mưa axit làm tan đá vôi và gây kết tinh lại canxit. Sự kết tinh lại này tạo ra tông màu trắng trên bề mặt.

Trong trường hợp cụ thể là mưa có axit sunfuric thì xảy ra hiện tượng sunfua hoá. Thông qua quá trình này, bề mặt đá chuyển hóa thành thạch cao và CO2 được giải phóng.

Đá cẩm thạch, mặc dù có khả năng chống chịu tốt hơn, nhưng cũng bị ảnh hưởng bởi mưa axit. Trong trường hợp này, đá bị tróc ra, đó là lý do tại sao các lớp bề mặt của đá bị tách ra.

Các vật liệu không ăn mòn khác

Trong một số tòa nhà, sự xuống cấp của cấu trúc là nhỏ, nhưng cũng có những tác động tiêu cực. Ví dụ, cặn axit khô làm bẩn tường, do đó làm tăng chi phí bảo trì.

Kim loại

Mưa axit gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại do hiện tượng oxi hóa. Điều này gây ra thiệt hại lớn về kinh tế, do các kết cấu, thiết bị, máy móc và phương tiện có bộ phận kim loại bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

hệ thực vật và động vật

Cá chết do mưa axit. Nguồn: United States Fish and Wildlife Service.

Mưa axit làm thay đổi sự cân bằng tự nhiên của các hệ sinh thái dưới nước và trên cạn.

Thực vật và động vật trong các vùng nước đậu lăng

Các vùng nước đậu lăng dễ bị axit hóa hơn, vì chúng là hệ sinh thái khép kín. Ngoài ra, sự tích tụ của axit trong nước có những hậu quả tiêu cực đến cuộc sống mà nó chứa đựng.

Một hậu quả khác của quá trình axit hóa là sự kết tủa của nitrat thông qua mưa, gây ra hiện tượng phú dưỡng trong các vùng nước. Các chất dinh dưỡng dư thừa làm giảm lượng oxy sẵn có và ảnh hưởng xấu đến sự tồn tại của động vật thủy sinh.

Một tác động tiêu cực gián tiếp khác là sự cuốn theo các ion kim loại nặng từ môi trường trên cạn vào các vùng nước. Các ion này được giải phóng vào đất do tác động của các ion hydronium khi độ chua tăng lên.

Sự sẵn có của thảm thực vật và chất dinh dưỡng

Các vấn đề nghiêm trọng nhất gây ra bởi quá trình chua hóa đất là sự bất động của các chất dinh dưỡng thiết yếu và sự gia tăng các kim loại độc hại.

Ví dụ, nhôm và magiê được giải phóng khỏi các hạt đất bằng cách được thay thế bằng hydro. Nhôm ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của rễ và làm giảm sự hấp thụ canxi cần thiết cho cây.

Mặt khác, quá trình chua hóa đất gây ra thiệt hại cho mycorrhizae (nấm gắn liền với rễ), rất cần thiết trong các động thái của rừng.

Thiệt hại trực tiếp đến cây trồng và vật nuôi

Axit sulfuric gây hại trực tiếp cho lá bằng cách phân hủy chất diệp lục và tạo ra hiện tượng úa (vàng lá). Ở một số loài, tốc độ tăng trưởng và sản xuất hạt giống giảm.

Các loài lưỡng cư (ếch và cóc) đặc biệt dễ bị ảnh hưởng bởi tác động của độ chua trong nước. Một số thiệt hại là tổn thương trực tiếp và giảm khả năng phòng vệ chống lại các tác nhân gây bệnh (đặc biệt là nấm da).

Các giải pháp

Giảm lượng khí thải

Điểm mấu chốt của mưa axit là giảm phát thải tiền chất axit ra môi trường. Quan trọng nhất trong số này là lưu huỳnh và oxit nitơ.

Tuy nhiên, điều này có một số khó khăn, vì nó bao hàm ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế và phát triển của các công ty và quốc gia. Ví dụ, một trong những nguồn chính của sulfur dioxide là đốt than đá, chiếm hơn 70% năng lượng ở Trung Quốc.

Có một số giải pháp thay thế công nghệ có thể giúp giảm lượng khí thải. Ví dụ, trong công nghiệp, cái gọi là "tầng sôi" kết hợp các chất hấp thụ (đá vôi hoặc dolomit) giữ lại SO2. Đối với các phương tiện cơ giới và động cơ đốt nói chung, việc tuân thủ các bộ chuyển đổi xúc tác cũng giúp giảm lượng khí thải SO2.

Mặt khác, một số quốc gia đã và đang thực hiện các chương trình cụ thể để giảm thiểu mưa axit. Ví dụ, Hoa Kỳ đã phát triển Chương trình Đánh giá Lượng mưa Axit Quốc gia (NAPAP). Trong số một số biện pháp mà NAPAP dự tính là việc thực hiện sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp.

Một biện pháp khả thi khác là thay thế đội xe bằng ô tô điện để giảm cả mưa axit và sự nóng lên toàn cầu. Tuy nhiên, mặc dù công nghệ tồn tại để đạt được điều này, áp lực từ ngành công nghiệp ô tô và dầu mỏ đã làm trì hoãn các quyết định về vấn đề này. Các yếu tố khác ảnh hưởng là các yếu tố văn hóa liên quan đến tốc độ mà một chiếc xe dự kiến ​​đạt được.

Áp dụng các biện pháp hiệu chỉnh độ chua

Trong một số trường hợp, độ pH của đất và nước có thể được tăng lên bằng cách thêm chất kiềm, ví dụ như kết hợp một lượng lớn vôi. Tuy nhiên, cách làm này không khả thi ở những khu đất quá rộng.

Bảo vệ bề mặt

Sỏi

Có nhiều phương pháp khác nhau để bảo vệ hoặc ít nhất là làm giảm sự hư hỏng của đá dưới tác dụng của mưa axit. Một trong những phương pháp này là rửa bằng hơi nước hoặc nước nóng.

Các tác nhân hóa học như axit flohydric hoặc amoni bifluoride cũng có thể được sử dụng. Sau khi rửa sạch, đá có thể được bịt kín bằng cách bôi các sản phẩm đặc biệt làm bít lỗ chân lông, chẳng hạn như bari hydroxit.

Kim loại

Các bề mặt kim loại chịu ăn mòn có thể được bảo vệ bằng cách phủ chúng bằng một kim loại không bị ăn mòn như kẽm.

Đối với điều này, có thể áp dụng phương pháp lắng đọng điện hoặc có thể nhúng kết cấu kim loại cần bảo vệ vào kim loại bảo vệ ở trạng thái lỏng.

Người giới thiệu

1. Espada L và A. Sánchez (1995). Ảnh hưởng của mưa axit đến sự ăn mòn kim loại. pp. 145-171. In: Sastre de Vicente M. (Coord.) Điện hóa và môi trường trước ngưỡng cửa thế kỷ XXI. Đại học La Coruña. Dịch vụ xuất bản. La Coruña, Tây Ban Nha.
2. García-Ruiz G (2018). Bảo vệ các công trình xây dựng trong môi trường ăn mòn. Dự án cuối cấp về Kỹ thuật trong Công nghệ Công nghiệp. Đại học Bách khoa Cartagena. Trường Kỹ thuật Công nghiệp Cao hơn. Cartagena, Tây Ban Nha. 75 tr.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos và MA Hernández-García (2010). Mưa axit và các hệ sinh thái rừng .. Revista Chapingo Lâm nghiệp và Khoa học Môi trường Series 16: 187-206.
4. Giống như GE, CT Driscoll và DC Buso (1996). Ảnh hưởng lâu dài của mưa axit: Ứng phó và phục hồi hệ sinh thái rừng. Khoa học, 272; 244–246.
   Giống như GE và FH Bormann (1974). Mưa axit: Một vấn đề môi trường nghiêm trọng trong khu vực. Khoa học, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Ảnh hưởng của mưa axit đối với hệ sinh thái nước ngọt. Khoa học, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Ô nhiễm không khí và mưa axit. Chẩn đoán hiện tượng ở thành phố Manizales. Khoa Kỹ thuật và Kiến trúc. Đại học quốc gia Colombia. Trụ sở chính tại Manizales. Biên tập Blanecolor Ltda. Ấn bản đầu tiên. Manizales, Colombia. 150 tr.