13.1.2 Nedbør over Nordamerika
Figur 13-1 viser de gennemsnitlige pH-værdier for nedbør målt over Nordamerika. pH-værdier under 5 er observeret over den østlige halvdel. Vi kan bestemme formen af denne surhedsgrad ved at undersøge nedbørens ioniske sammensætning; data for to typiske lokaliteter er vist i Se Mediankoncentrationer af ioner (meq l-1) i nedbør på to typiske lokaliteter i USA… For enhver nedbørsprøve skal summen af koncentrationerne af anioner, målt i enheder af ladningsækvivalenter pr. liter, være lig med summen af koncentrationerne af kationer, da ionerne stammer fra dissociation af neutrale molekyler. Denne ladningsbalance er nogenlunde opfyldt for dataene i Se Mediankoncentrationer af ioner (meq l-1) i nedbør på to typiske steder i USA.; en nøjagtig balance ville ikke kunne forventes, fordi koncentrationerne i tabellen er angivet som medianer for mange prøver.
Overvej dataene for stedet i New York i Se Mediankoncentrationer af ioner (meq l-1) i nedbør på to typiske steder i USA. Median pH-værdien på dette sted er 4,34, hvilket er typisk for sur regn i det nordøstlige USA. H+-ionen er den dominerende kation og er stort set afbalanceret af SO42- og NO3-, som er de dominerende anioner. Vi konkluderer, at H2SO4 og HNO3 er de dominerende bidragydere til nedbørens surhedsgrad. Begge er stærke syrer, som dissocieres kvantitativt i vand for at frigive H+:
(R5)
(R6)
Figur 13-1 Gennemsnitlig pH og koncentrationer af SO42-, NO3- og NH4+ (meq l-1) i nedbør over Nordamerika i 1970’erne.
- Mediankoncentrationer af ioner (meq l-1) i nedbør på to typiske lokaliteter i USA.
|
Ion |
landdistrikter New York State |
sydvest Minnesota |
||
|---|---|---|---|---|
|
SO42- |
||||
|
NO3- |
||||
|
Cl- |
||||
|
HCO3- |
||||
|
SUM ANIONER |
||||
|
H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
||
|
NH4+ |
||||
|
Ca2+ |
||||
|
Mg2+ |
||||
|
K+ |
||||
|
Na+ |
||||
|
SUM KATIONER |
Som vist i figur 13-1, SO42- og NO3- koncentrationer i hele USA er mere end nok til at udligne de lokale H+ koncentrationer. Mere generelt viser analyser af regnsammensætningen i alle industriområder i verden, at H2SO4 og HNO3 er hovedkomponenterne i sur regn.
Betragt nu dataene for det sydvestlige Minnesota-område i Se Mediankoncentrationer af ioner (meq l-1) i nedbør på to typiske steder i USA. Koncentrationerne af SO42- og NO3- er sammenlignelige med dem på stedet i New York, hvilket tyder på lignende tilførsler af H2SO4 og HNO3. H+-koncentrationen er imidlertid to størrelsesordener mindre; pH-værdien er tæt på neutral. Der må være baser, der neutraliserer syreniveauet. For at identificere disse baser undersøger vi, hvilke kationer der erstatter det H+ , der oprindeligt blev tilført ved dissociation af HNO3 og H2SO4. De vigtigste kationer er NH4+, Ca2+ og Na+, hvilket tyder på tilstedeværelsen i atmosfæren af ammoniak (NH3) og alkalisk jordstøv ( CaCO3, Na2CO3). Ammoniak opløst i regnvand opfanger H+:
(R7)Ligevægtskonstanten for (R7) er K = / = 1,6×109 M, således at/ = 1 for pH = 9,2. Ved de pH-værdier, der findes i regnvejr, opfører NH3 sig som en stærk base; det fjerner kvantitativt H+-ioner, og NH4+ optræder som kation, der erstatter H+. Neutralisering af H+ ved opløst jordstøv forløber på samme måde: