Saurer Regen

Saurer Regen

Alssauren Regenbezeichnet manNiederschlag,dessenpH-Wertbei etwa 4,2–4,8 liegt und damit niedriger ist als der pH-Wert von 5,5 bis 5,7, der sich in reinem Regenwasser durch den natürlichenKohlenstoffdioxidgehaltderAtmosphäreeinstellt.

Hauptursache für den sauren Regen ist dieLuftverschmutzung,insbesondere durch säurebildendeAbgase.Aber auch in der Umgebung von aktivenVulkanenkommt es zu sauren Niederschlägen. Saurer Regen schädigt Natur und Umwelt und ist ein Hauptverursacher vonWaldschäden.Der Zusammenhang zwischen Umweltbelastung und Industrialisierung in Europa wurde zum Beispiel in den skandinavischen Ländern beobachtet.Saurer Regen wird auch durch Transmission (Verteilung der Schadstoffemissionen in der Atmosphäre durch Wind etc.) in weit entfernte Regionen verursacht. Das bedeutet, dass Verursacher und Empfänger von saurem Regen oft verschiedene Staaten sind. Ein weiteres Beispiel ist dietransnationale Umweltverschmutzung in Ostasienseit den 1990er Jahren.

Neben dem sauren Regen muss ebenfalls die Schädigung von Pflanzen durchNebel(saurer Nebel)in Betracht gezogen werden. Nebelwasser ist häufig deutlich saurer (hat einen niedrigeren pH-Wert) als Regenwasser, da Nebel effizienter Schadstoffe aus der Luft aufnimmt als Regen.

Ursachen

→Hauptartikel:Luftverschmutzung

Hauptverantwortlich für sauren Regen ist die Luftverschmutzung durchAbgase.Die Schwefelverunreinigungen der Atmosphäre stammen hauptsächlich aus Verbrennungen vonschwefelhaltigenfossilen Brennstoffen(Kohle,Erdölund Erdölprodukte), die als Heiz- und Treibstoffe verwendet werden. Daneben stammen sie auch ausvulkanischen Exhalationen.Der größte Teil des Schwefels liegt in der Atmosphäre alsSchwefeldioxidvor, das primäre Produkt derOxidationschwefelhaltigerorganischer Stoffe.

(S)_org+ O₂→ SO₂

Die Schwefeldioxid-Konzentrationen in der Atmosphäre über Deutschland liegen gegenwärtig unter 25 Mikrogramm je Kubikmeter. In geringeren Konzentrationen als Schwefeldioxid istSchwefeltrioxidin der Atmosphäre enthalten, das durch Oxidation von Schwefeldioxid mitSauerstoff(Dioxygen, O₂) gebildet wird und besonders in vulkanischen Exhalationen enthalten ist:

2 SO₂+ O₂→ 2 SO₃

Sowohl Schwefeldioxid wie auch Schwefeltrioxid lösen sich in Wasser und bilden dabeiSchweflige Säure(H₂SO₃) beziehungsweiseSchwefelsäure(H₂SO₄):

SO₂+ H₂O → H₂SO₃

SO₃+ H₂O → H₂SO₄

Wolkenwasser wie auch Niederschläge enthalten diese Säuren (neben Kohlensäure) in unterschiedlichen Konzentrationen und sind deshalb schwächer oder stärker sauer (pH-Werte etwa 5,5 bis 4,2).

Weiterhin entstehen bei der Verbrennung – insbesondere bei hohen Temperaturen (sieheZeldovich-Mechanismus) –Stickoxide(NO_x) durch Umwandlung des im Brennstoff und in derLuftenthaltenenStickstoffs.Diese bilden mitWasserundSauerstoffsowohlSalpetrige Säure(HNO₂) als auchSalpetersäure(HNO₃). Hier gibt es verschiedene chemische Reaktionen:

2 NO₂+ H₂O → HNO₂+ HNO₃

N₂O₄+ H₂O → HNO₂+ HNO₃

Die Schwefeloxide sind zu etwa zwei Dritteln, die Stickoxide zu etwa einem Drittel für die Versauerung der Niederschläge verantwortlich.

Auswirkung

Auf Pflanzen

Abgestorbene Fichten imErzgebirge(1998)

Saurer Regen kann durch die Versauerung des Bodens Pflanzen schädigen und wurde ursächlich mit neuartigen Waldschäden in Verbindung gebracht. Die 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.

Durch die Übersäuerung des Bodens wird die natürliche Zusammensetzung gestört. Es werden giftigeSchwermetall­ionen sowieAluminium­ionen freigesetzt, die die Feinwurzeln der Bäume absterben lassen. Dadurch entstehen Störungen im Wasser- und Nährstoffhaushalt des Baumes, und seine Widerstandskraft nimmt stark ab. Die betroffenen Bäume sind anfälliger gegenüber Krankheiten und natürlichen Belastungen. Unter normalen Bedingungen harmlose Einwirkungen wie Bodenfrost oder ein Schädlingsbefall können am geschwächten Baum erhebliche Schäden anrichten. Zunächst wirkt sich die Schädigung auf die Blatt- oder Nadelkronen der Bäume aus, die Blätter oder Nadeln werden abgeworfen. Dies führt zu einer Kronenverlichtung. Außerdem kannWipfeldürreentstehen und der Baum schließlich absterben. Durch den sauren Regen werden außerdem Jungbäume am Wachstum gehindert.

Dadurch ist saurer Regen eine der Ursachen für Waldschäden. Die aufgetretenen Krankheitsbilder sind allerdings sehr unterschiedlich. Man findet neben gesunden Beständen in vergleichbaren Lagen auch stark geschädigte. Daher werden neben den sauren Niederschlägen inzwischen auch noch andere Ursachen für die Baumschädigungen vermutet wie etwa dieglobale Erwärmungoder Anfälligkeit bestimmter Baumarten gegenüber Bodenversauerung. Als Ursachen nachgewiesen werden konnten Mineralienmangel, Schädigung geschwächter Bäume durch Pilze,Bakterienund forstwirtschaftliche Fehler. Der saure Regen ist einer von mehreren Faktoren, deren Auswirkungen vor allem in den 1980er Jahren unter dem BegriffWaldsterbenzu einer intensiven öffentlichen Diskussion führten. Mit demWaldzustandsberichtwird in Deutschland versucht, hierfür wissenschaftliches Material darzustellen.

Auf Gewässer

Gewässerwerden zunehmend durch Säureeintrag belastet. Dabei erfolgt der Säureeintrag weniger direkt über die sauren Niederschläge als eher indirekt über die Zuflüsse. 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.

Die Geologie derEinzugsgebietevonFlüssenundSeenhat weiterhin einen großen Einfluss auf die Versauerung. Stehen im Einzugsgebiet vor allemGesteinean, die kaum neutralisierend auf den sauren Regen wirken (z. B.Granit,Gneis,Sandstein), sind diese Gewässer von der Versauerung besonders betroffen. Umgekehrt haben Gewässer, die im Einzugsgebiet großeKalksteinvorkommenhaben, kaum Probleme mit der Versauerung.

Der Anstieg der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre kann darüber hinaus zu einerVersauerung der Ozeaneführen und könnte so eine Bedrohung für das Fortbestehen der ozeanischenBiosphäredarstellen, da sich beispielsweise ab einem bestimmtenpH-Wertdie Kalkschalen von Muscheln und Schnecken auflösen, wobei gemäß folgender Gleichungen pro kg Kohlendioxid 2,27 kg Calciumcarbonat gelöst werden:

CO₂+ H₂O → H₂CO₃und

CaCO₃+ H₂CO₃→ 2 HCO₃⁻+ Ca²⁺

Auf Gebäude

Saurer Regen greift Kalkstein an, was über Jahre an alten Skulpturen zu beobachten ist.

Der schwefelsaure Regen greift insbesondereKalksandsteinundKalksteinan, aber auchBetonkonstruktionen.Dadurch schreitet dieVerwitterungvon Gebäuden wesentlich schneller voran, und zahlreiche Gebäude und Kulturdenkmäler werden so stark beschädigt oder zerstört. GelangtFluorin die Luft – z. B aus Abgasen der Chemischen Industrie – kann der dadurch angesäuerte Regen auch Fensterglas verätzen. AmKölner Domkonnte dieses Phänomen an einem mittelalterlichen Kirchenfenster beobachtet werden.

Auch Marmor wird angegriffen, 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 denOxoniumionenim sauren Regen. Bei dieser Reaktion zerfällt es in Calciumionen, Kohlendioxid und Wasser:

CaCO₃+ 2 H₃O⁺→ CO₂+ 3 H₂O + Ca²⁺

Dann reagieren die Sulfationen der Schwefelsäure mit den Calciumionen und überziehen den Marmor oder Kalkstein mit einer weißen Schicht von Gips:

Ca²⁺+ SO₄²⁻→ CaSO₄

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

Die Wiederherstellung von beschädigtem Kulturgut und Gebäuden ist sehr kostspielig. Allein für die Westminster Abbey in London wurden bis zum Jahr 1990 bis zu 10 Mio. Pfund aufgewendet, um vom sauren Regen bzw. Nebel („Smog“) verursachte Schäden zu beseitigen.

DasTaj Mahalin Indien und dieAkropolis in Athenhatten ebenso unter der Säureeinwirkung zu leiden wie das kanadische Parlamentsgebäude, dasKapitol in Washingtonund der Kölner Dom.

Viele Originalskulpturen wurden mittlerweile in Innenräume verlagert und im Außenbereich durch Kopien oder Abgüsse ersetzt.

Gegenmaßnahmen

Bekämpfung der Symptome

Hubschrauber mit Streubehälter hebt zur Waldkalkung ab

Waldkalkung per Hubschrauber

Waldkalkung per Hubschrauber

Als Gegenmaßnahme versucht man in vielen Gegenden Europas (in der Schweiz gesetzlich nicht geregelt), mitKalkdie Übersäuerung zu neutralisieren. Vielerorts werden hierzu große Mengen Kalk per Hubschrauber verstreut.

In der Nähe von Kalk- oder Zementwerken mit schlechterEntstaubungkann die unbeabsichtigte Emission von Kalkstaub im Extremfall sogar zur Umkehrung des Phänomens führen und es entstehtbasischer Regen.Ein solcher Effekt kann auch eintreten, wenn große MengenAscheoder andere basische Stäube in die Luft geraten, etwa als Folge großflächigerWaldbrändeoder einesVulkanausbruches.

Bekämpfung der Ursachen

→Hauptartikel:Luftreinhaltung

International gibt es seit den 1970er Jahren Bestrebungen zu abgestimmten Maßnahmen. Diese Bestrebungen führten schließlich zu demÜbereinkommen über weiträumige grenzüberschreitende Luftverunreinigung.Demzufolge wurde seit den 80er-Jahren dazu übergegangen, bei den großen fossilen Kraftwerken die Rauchgase zuentschwefeln.Dabei wird das SO₂aus dem Abgas entfernt und meist zu CaSO₄(Gips) umgesetzt, welches sich alsREA-Gipsnutzen oder deponieren lässt. Dies ist bei Verbrennungsmotoren in Autos, Flugzeugen etc. und Gas- und Ölheizungen jedoch nicht möglich. Daher wird aus Kraftstoffen wie Benzin, Diesel, Kerosin sowie Heizöl und Erdgas der Schwefel mittels spezieller Verfahren vor dem Gebrauch entfernt. Dadurch konnte bisher in den westlichen Industrieländern der Eintrag von SO₂in die Atmosphäre erheblich verringert werden. Studien von Forschern des Instituts für Weltforstwirtschaft in Hamburg zur Berechnung der Versauerung auf Basis dynamischer Modelle weisen darauf hin, dass die Grenzwerte des internationalen Kooperationsprogrammes für die Erfassung und Überwachung der Auswirkungen von Luftverunreinigungen (ICP Forests) im Jahr 2020 mit wenigen lokalen Ausnahmen voraussichtlich nicht mehr überschritten werden.

Das Entfernen derStickstoffoxidegestaltet sich dagegen erheblich schwieriger. Diese entstehen ab einer bestimmten Temperatur bei allen Verbrennungsprozessen, sofern nicht in stickstofffreier Atmosphäre gearbeitet wird. Dies ist kaum bzw. nur mit großem Aufwand möglich, da unsere Atmosphäre zu 78,09 % ausStickstoffbesteht. Deshalb müsste die Bildung von Stickstoffoxiden im Abgas verringert werden, was inFahrzeugkatalysatorengeschieht, jedoch nicht zu 100 % möglich ist (sieheLambda-Fenster). Stickstoffoxide zusammen mit derUV-Strahlungder Sonne sind auch die Hauptursache für das Entstehen von bodennahemOzon.Somit braucht man entweder andere als die bisherigen Katalysatoren, oder man muss die Verbrennungsmotoren z. B.durch Elektromotoren ersetzen.

Literatur

• Gene E. LikensundF. Herbert Bormann:Acid Rain: A Serious Regional Environmental Problem.In:Science.Band 184, Nr. 4142, 1974, S. 1176–1179,doi:10.1126/science.184.4142.1176.
• Gerd Spelsberg:Rauchplage: 100 Jahre saurer Regen.Alano Verlag, Aachen 1984,ISBN 3-924007-05-5.
• Walter Jansen, Anke Block, Jürgen Knaack:Saurer Regen: Ursachen, Analytik, Beurteilung.Metzler Verlag, Stuttgart 1987,ISBN 3-476-30291-1.
• Gregory S. Wetstone, Armin Rosencranz:Weltbedrohung saurer Regen: Abwehrversuche in Europa und Nordamerika; eine Studie des Environmental Law Institute für denGerman Marshall Fundof the United States.Dreisam-Verlag, Freiburg i. Br. 1985,ISBN 3-921472-87-3.
• Lee, Meehye und Adeel Zafar:Managing air pollution problems in Korea.In: Adeel, Zafar (Hrsg.):East Asian experience in environmental governance: Response in a rapidly Developing region.United Nations Univ. Press 2003.
• Yamauchi, Makiko:The Japanese approach to governance of air pollution problems.In: Adeel, Zafar (Hrsg.):East Asian experience in environmental governance: Response in a rapidly Developing region.United Nations Univ. Press 2003.

Weblinks

Wiktionary: saurer Regen– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

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