Saurer Regen

Als Saurer Regen wird Niederschlag bezeichnet, dessen pH-Wert niedriger ist als der pH-Wert, der sich in reinem Wasser durch den natürlichen Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre einstellt.

Chemie

Kohlendioxid (CO₂) löst sich in Wasser unter Bildung von Kohlensäure (H₂CO₃), die wiederum in dissoziierter Form vorliegt

Die hierbei freiwerdenden H⁺-Ionen (Protonen) senken den pH-Wert. Der natürliche pH-Wert des Niederschlages liegt im schwach sauren Bereich bei 5,6. Niederschlag, der einen geringeren pH-Wert als 5,46 hat, wird als saurer Niederschlag bzw. saurer Regen bezeichnet. In vielen Gegenden der Welt fällt Niederschlag mit einem pH-Wert kleiner 5. Ursache hierfür sind hauptsächlich die Gase Schwefeldioxid (SO₂) und Stickoxide, hauptsächlich NO und (NO₂) bzw. allgemein formuliert (NO_x). Diese Gase bilden mit Wasser zusammen schweflige Säure (H₂SO₃), Salpetersäure (HNO₃) und salpetrige Säure, wobei jene Säuren im Wesentlichen für den sauren pH-Wert der Niederschläge verantwortlich sind.

Verursacher der Schwefeldioxid- und Stickoxidemissionen sind die fossil gefeuerten Kraftwerke und, nachdem die Kraftwerke mit Rauchgaswäschern ausgestattet worden sind (Großfeuerungsanlagenverordnung), v.a. der Verkehr.

Kohlenstoffdioxid:

CO₂ + H₂O → H₂CO₃

Stickoxide:

2 NO₂ + H₂O → HNO₂ + HNO₃
N₂O₄ + H₂O → HNO₂ + HNO₃

Schwefeloxide:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃
SO₃ + H₂O → H₂SO₄

In tropischen Gebieten können auch organische Säuren, z. B. Ameisensäure (HCOOH), einen wesentlichen Anteil an der Absenkung des pH-Wertes von Niederschlägen haben.

Neben dem Sauren Regen muss ebenfalls der Eintrag von Schadstoffen mit dem Nebel (Saurer Nebel) in Betracht gezogen werden. Gerade in den Höhenlagen ist die Wirkung des Nebelwassereintrages, da Nebel effizienter Schadstoffe aus der Luft wäscht als Regen, von vergleichbarer Größe.

Auswirkung

Auf Pflanzen

Kalkausbringen_wiki.jpg Saurer Regen kann durch die Versäuerung des Bodens Pflanzen schädigen und wird ursächlich mit dem Waldsterben in Verbindung gebracht. Die vom Waldsterben im Wesentlichen betroffenen Wälder liegen in Regionen mit häufigen und ergiebigen Niederschlägen, die zudem relativ niedrige Jahresdurchschnittstemperaturen aufweisen. Dies trifft in Deutschland insbesondere auf Wälder in höheren Lagen der Mittelgebirge und der Alpen zu. Da die aufgetretenen Krankheits-Bilder sehr unterschiedlich sind (neben gesunden Beständen kommen in vergleichbarer Lage auch stark geschädigte vor), werden neben den sauren Niederschlägen heute auch noch andere Ursachen für das Waldsterben vermutet (unter anderem Änderungen des Klimas, Schädigung geschwächter Bäume durch Pilze, Bakterien, waldbauliche Fehler).

Als Gegenmaßnahme versucht man in vielen Gegenden Europas (in der Schweiz verboten), mit Kalk die Übersäuerung zu neutralisieren. Vielerorts werden hierzu große Mengen Kalk per Hubschrauber verstreut.

Durch die Übersäuerung des Bodens wird die natürliche Zusammensetzung des Bodens gestört. Es werden giftige Schwermetallionen freigesetzt, die die Feinwurzeln der Bäume absterben lassen. Dadurch entstehen Störungen im Wasser- und Nährstoffhaushalt des Baumes, und seine Widerstandskraft nimmt stark ab. Diese Bäume sind nun anfälliger was Krankheiten und natürliche Belastungen betrifft. Selbst Bodenfrost oder ein Schädlingsbefall können jetzt erhebliche Schäden anrichten. Durch den sauren Regen werden also nicht nur die Jungbäume am Wachstum behindert, sondern auch die ausgewachsenen Bäume werden stark beschädigt. Zunächst wirkt sich der Befall auf die Blatt- oder Nadelkronen der Bäume aus, denn die Blätter oder Nadeln werden abgeworfen, dies führt zu einer Kronenverlichtung. Außerdem kann Wipfeldürre entstehen, schließlich stirbt der Baum ab.

Auf Gewässer

Gewässer werden zunehmend durch Säureaustrag belastet. Dabei erfolgt der Säureeintrag weniger direkt über die sauren Niederschläge als eher indirekt über die Kläranlage. Durch den Bodenabfluss und als Folge des Säureeintrags, reichern sich im Wasser Metall-Kationen, z.B. Al³⁺, an, die als Zellgifte wirken und zu einer Artenverarmung führen können.

Auf Gebäude

Der saure Regen greift insbesondere Sand- und Kalkstein an, aber auch Betonkonstruktionen. Beispielsweise reagiert Schwefelsäure mit Kalkstein zu Gips. Dadurch schreitet die Verwitterung von Gebäuden wesentlich schneller voran und zahlreiche Gebäude und Kulturdenkmäler werden so stark beschädigt oder zerstört.

Marmor löst sich in Säuren, da er aus Calciumcarbonat besteht. Wenn saurer Regen auf Marmor trifft, entstehen vielfältige Schäden. Dazu gehören angeraute Oberflächen, Abtragung von Material und Verlust von gemeißelten Feinstrukturen. Die Zerstörung kann die gesamte Fläche betreffen oder punktuell an reaktiven Stellen auftreten. Das Calciumcarbonat reagiert mit den gelösten Wasserstoffionen im sauren Regen. Bei dieser Reaktion zerfällt es in Calciumionen, Kohlendioxyd und Wasser:
CaCO₃ + 2H⁺ -> Ca²⁺ +CO₂ + H₂O.

Außerdem läuft eine Reaktion mit Salpetersäure ab, in der Calciumcarbonat angegriffen wird:
CaCO₃ + 2HNO₃ -> Ca²⁺ + 2NO₃^- + H₂O + CO₂

Dann reagieren die Sulfationen der Schwefelsäure mit den Calciumionen und überziehen den Marmor oder Kalkstein mit einer weißen Schicht von Gips:
Ca²⁺ +SO₄^2- + 2H₂O -> CaSO₄ + 2H₂O

Der Regen trägt mit der Zeit einen Teil der Gipskruste ab. Die führt zu kleinen Rissen und zunehmender Erosion.

Die Wiederherstellung von beschädigtem Kulturgut und Gebäuden ist sehr kostspielig. Allein für die Westminster Abby in London wurden bis zum Jahr 1990 bis zu 10 Mio. Pfund ausgelegt, um vom sauren Regen verursachte Schäden zu beseitigen. In Geld nicht aufzuwiegen sind jedoch die Schäden an den Kulturschätzen der Erde. Taj Mahal in Indien und die Akropolis in Athen hatten ebenso unter der Säureeinwirkung zu leiden wie das kanadische Parlamentsgebäude oder das US Capitol.

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