13.1.2 Neerslag boven Noord-Amerika
Figuur 13-1 toont de gemiddelde pH-waarden van de neerslag gemeten boven Noord-Amerika. pH-waarden lager dan 5 worden waargenomen boven de oostelijke helft. We kunnen de vorm van deze zuurgraad bepalen door de ionensamenstelling van de neerslag te onderzoeken; gegevens voor twee typische plaatsen zijn weergegeven in Zie Mediane concentraties van ionen (meq l-1) in de neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten. Voor elk neerslagmonster moet de som van de concentraties van de anionen, gemeten in lading equivalenten per liter, gelijk zijn aan de som van de concentraties van de kationen, aangezien de ionen afkomstig zijn van de dissociatie van neutrale moleculen. Aan dit evenwicht wordt ruwweg voldaan voor de gegevens in Zie Mediaanconcentraties van ionen (meq l-1) in neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten; een exact evenwicht zou niet worden verwacht omdat de concentraties in de tabel worden gegeven als medianen over een groot aantal monsters.
Beschouw de gegevens voor de plaats in New York in Zie Mediane concentraties van ionen (meq l-1) in de neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten. De mediane pH op die plaats is 4,34, typisch voor zure regen in het noordoosten van de Verenigde Staten. Het H+ ion is het dominante kation en wordt grotendeels in evenwicht gehouden door SO42- en NO3-, die de dominante anionen zijn. Wij concluderen dat H2SO4 en HNO3 de dominante bijdragers zijn aan de zuurgraad van de neerslag. Beide zijn sterke zuren die kwantitatief in water uiteenvallen waarbij H+ vrijkomt:
(R5)
(R6)
Figuur 13-1 Gemiddelde pH en concentraties SO42-, NO3-, en NH4+ (meq l-1) in de neerslag boven Noord-Amerika gedurende de jaren zeventig.
- Mediane concentraties van ionen (meq l-1) in de neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten.
|
Ionen |
platteland New York State |
zuidwesten Minnesota |
|---|---|---|
|
SO42- |
||
|
NO3- |
||
|
Cl- |
||
|
HCO3- |
||
|
SAMENSTELLING |
||
|
H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
|
NH4+ |
||
|
Ca2+ |
||
|
Mg2+ |
||
|
K+ |
||
|
Na+ |
||
|
SUM CATIONS |
Zoals in figuur 13- wordt getoond, is het gehalte aan Mg2+
.1, zijn de SO42- en NO3- concentraties in de Verenigde Staten meer dan voldoende om de lokale H+ concentraties in evenwicht te houden. Meer in het algemeen blijkt uit analyses van de samenstelling van regen in alle industriële regio’s van de wereld dat H2SO4 en HNO3 de belangrijkste bestanddelen van zure regen zijn.
Beschouw nu de gegevens voor de plaats in zuidwest Minnesota in Zie Mediane concentraties van ionen (meq l-1) in de neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten. De concentraties van SO42- en NO3- zijn vergelijkbaar met die van de New Yorkse site, hetgeen wijst op een vergelijkbare toevoer van H2SO4 en HNO3. De H+-concentratie is echter twee orden van grootte lager; de pH-waarde ligt dicht bij neutraal. Er moeten basen zijn die de zuurgraad neutraliseren. Om deze basen te identificeren, onderzoeken wij welke kationen in de neerslag op twee typische plaatsen in de Verenigde Staten de plaats innemen van het H+ dat oorspronkelijk door de dissociatie van HNO3 en H2SO4 werd geleverd. De voornaamste kationen zijn NH4+, Ca2+, en Na+, hetgeen wijst op de aanwezigheid in de atmosfeer van ammoniak (NH3) en alkalisch bodemstof ( CaCO3, Na2CO3). Ammoniak, opgelost in regenwater, verjaagt H+:
(R7)De evenwichtsconstante voor (R7) is K = / = 1,6×109 M, zodat/ = 1 voor pH = 9,2. Bij de in regen gevonden pH-waarden gedraagt NH3 zich als een sterke base; het aast kwantitatief H+ ionen weg en NH4+ verschijnt als het kation dat H+ vervangt. Neutralisatie van H+ door opgelost bodemstof verloopt op dezelfde wijze: