13.1.2 Nederbörd över Nordamerika
Figur 13-1 visar de genomsnittliga pH-värdena för nederbörd som uppmätts över Nordamerika. pH-värden som är lägre än 5 observeras över den östra halvan. Vi kan bestämma formen av denna surhet genom att undersöka jonkompositionen i nederbörden; data för två typiska platser visas i Se Mediankoncentrationer av joner (meq l-1) i nederbörd vid två typiska platser i USA…. För varje nederbördsprov måste summan av koncentrationerna av anjoner, mätt i laddningsekvivalenter per liter, vara lika stor som summan av koncentrationerna av katjoner, eftersom jonerna har sitt ursprung i dissocieringen av neutrala molekyler. Denna laddningsbalans är i stort sett uppfylld för uppgifterna i Se Mediankoncentrationer av joner (meq l-1) i nederbörd på två typiska platser i USA.; en exakt balans skulle inte förväntas eftersom koncentrationerna i tabellen anges som medianer över många prover.
Betrakta data för platsen i New York i Se Mediankoncentrationer av joner (meq l-1) i nederbörd vid två typiska platser i USA. Medianvärdet för pH vid den platsen är 4,34, vilket är typiskt för surt regn i nordöstra USA. H+-jonen är den dominerande katjonen och balanseras till stor del av SO42- och NO3-, som är de dominerande anjonerna. Vi drar slutsatsen att H2SO4 och HNO3 är de dominerande bidragsgivarna till nederbördens surhet. Båda är starka syror som dissocieras kvantitativt i vatten för att frigöra H+:
(R5)
(R6)
Figur 13-1 Genomsnittligt pH och koncentrationer av SO42-, NO3- och NH4+ (meq l-1) i nederbörd över Nordamerika under 1970-talet.
- Mediankoncentrationer av joner (meq l-1) i nederbörd vid två typiska platser i USA.
|
Jon |
landsbygd New York State |
sydväst Minnesota |
|
|---|---|---|---|
|
SO42- |
|||
|
NO3- |
|||
|
Cl- |
|||
|
HCO3- |
|||
|
SUM ANIONER |
|||
|
H+ (pH) |
46 (4.34) |
0.5 (6.31) |
|
|
NH4+ |
|||
|
Ca2+ |
|||
|
Mg2+ |
|||
|
K+ |
|||
|
Na+ |
|||
|
Summa katjoner |
Såsom visas i figur 13-1, SO42- och NO3-koncentrationerna i hela USA är mer än tillräckliga för att balansera de lokala H+-koncentrationerna. Mer generellt visar analyser av regnsammansättningen i alla industriområden i världen att H2SO4 och HNO3 är huvudkomponenterna i surt regn.
Betrakta nu uppgifterna för platsen i sydvästra Minnesota i Se Mediankoncentrationer av joner (meq l-1) i nederbörd på två typiska platser i USA…. Koncentrationerna av SO42- och NO3- är jämförbara med dem på platsen i New York, vilket tyder på liknande tillförsel av H2SO4 och HNO3. Koncentrationen av H+ är dock två storleksordningar lägre och pH är nära neutralt. Det måste finnas baser som neutraliserar surheten. För att identifiera dessa baser undersöker vi vilka katjoner som ersätter det H+ som ursprungligen tillfördes genom dissociation av HNO3 och H2SO4. De viktigaste katjonerna är NH4+, Ca2+ och Na+, vilket tyder på att det finns ammoniak (NH3) och alkaliskt jordstoft (CaCO3, Na2CO3) i atmosfären. Ammoniak som är löst i regnvatten tar upp H+:
(R7)Jämviktskonstanten för (R7) är K = / = 1,6×109 M, så att/ = 1 för pH = 9,2. Vid de pH-värden som förekommer i regn beter sig NH3 som en stark bas; den fångar upp H+-joner kvantitativt och NH4+ uppträder som katjon som ersätter H+. Neutralisering av H+ genom löst jordstoft sker på liknande sätt:
.