גשם חומצי ומערכת האקולוגית שלנו

הגיאולוג ריץ 'אפריל מטפס על הגבעה הקטנה שמאחורי אוניברסיטת קולגייט ועושה את דרכו לבית הקברות. הוא נעצר לפני עמוד שיש לבן שהוקם בשנת 1852. הכתובת כמעט בלתי קריאה. עם הזמן, כל אבן שנחשפה לגורמים תישאר במזג האוויר, מסביר אפריל, אבל שיש זה מזג אויר בצורה לא טבעית. האשם? גשם חומצי.

אפריל מושך מכיסו בקבוקון חומצה כדי להפגין. הוא מפרק את הכובע ומניח לכמה טיפות לדלוף על האבן, שם הן מתייבשות ומבעבעות. הגשם שירד ברחבי צפון-מזרח במחצית השנייה של המאה העשרים לא היה חומצי כמו הנוזל בבקבוקון אפריל, אך העיקרון זהה. חומצה אוכלת שיש. בהינתן מספיק זמן זה יכול למחוק אפילו מילים שנועדו לנצח נצח.

ההשפעות של גשם חומצי מתרחשות הרבה מעבר לקברות. גשם חומצי השמיד את אוכלוסיות הדגים באגמים ובנחלים, פגע בקרקעות שבריריות ופגע במיליוני דונם של יער ברחבי העולם.

ההשפעות מרחיקות הלכת הללו ממחישות את ההשפעה העמוקה שיש לזיהום אוויר על הארץ. אך סיפור גשם חומצי הוא גם סיפור כיצד הבנת זיהום האוויר יכולה להוביל לפתרונות. בשל עדויות מדעיות מכריעות הקושרות בין פליטות תחנות כוח לגשם חומצי וגשם חומצי למוות אגמים, תקנות חדשות קיצצו את הפליטות באופן דרמטי וניקו את הגשם שיורד על ארצות הברית.

המונח 'גשם חומצי' נטבע באמצע שנות ה- 1800, אז רוברט אנגוס סמית ', כימאי סקוטי העובד בלונדון, הבחין כי גשם נוטה להיות חומצי יותר באזורים עם יותר זיהום אוויר וכי מבנים מתפוררים מהר יותר באזורים שבהם פחם נמצא שרוף. אבל לקח מאה נוספת עד שהמדענים הבינו שגשם חומצי הוא בעיה סביבתית נפוצה. מדענים סקנדינביים החלו לתעד נזק חומצי לאגמים ונחלים בשנות החמישים. בשנת 1963, ג'ין ליקנס, אז בדרטמות ', ועמיתיהם החלו לאסוף ולבדוק את רמת החומציות של מי הגשם בהרים הלבנים של ניו המפשייר כחלק ממחקר מערכות אקולוגיות. הם הופתעו לגלות שזה די חומצי, אבל אין להם הרבה בסיס להשוואה; באותה עת מדענים לא מדדו באופן קבוע את רמת החומציות של מי הגשם.

אוהבים לקחו עבודה בקורנל כמה שנים אחר כך והקימו מכשירים לאיסוף מי גשמים באזור אגמי האצבעות, ועד מהרה הבחינו כי הגשם בניו יורק היה חומצי בערך כמו גשם בניו המפשייר. "זה היה הרמז הראשון שהיה לנו שאולי זו סוג של תופעה אזורית, " הוא אומר. אך לא למקבילים ולא לעמיתיו לא היה מושג ברור מה הסיבה.

Likens זכה במלגה שלקחה אותו לשוודיה בשנת 1969, אירוע סרנדיפיטי, לדבריו, מכיוון שהוא פגש את סוונטה אודן, מדען מאוניברסיטת אופסלה, שצפה באותן מגמות בשבדיה שקיים Likens בצפון מזרח ארצות הברית. אודן האצבע על גורם אפשרי. "הוא ניסה לבנות מקרה שייתכן ש- [גשם חומצי] נובע מפליטות שמגיעות מהאזורים המתועשים יותר באירופה", נזכר Likens.

Likens ועמיתיו התחקו אחר הפליטות מתחנות כוח פחם ובדקו את נתוני הלוויין והמטוסים, והם מצאו קשר דומה למרחקים ארוכים. "בטח שהפליטות הגיעו בעיקר ממדינות במערב התיכון כמו אינדיאנה, אוהיו, אילינוי וקנטאקי", נזכר Likens. "הם עשו את דרכם, פשוטו כמשמעו, אלפי קילומטרים לניו אינגלנד ודרום-מזרח קנדה וירדו כחומצות."

הוא דיווח על ממצאיו במדע בשנת 1974, והסיפור נאסף מייד בעיתונים. לטענת הטלפון, הטלפון לא הפסיק לצלצל במשך חודשים. "זו הייתה החשיפה התקשורתית שבאמת הניחה גשם חומצי על המפה בצפון אמריקה."

גשם חומצי מתרחש, כך הבינו Likens ואודן ומדענים אחרים, כאשר דו תחמוצת הגופרית וחנקן החנקן נכנסים לאטמוספרה ומגיבים עם מים ליצירת חומצות גופרתיות וחנקניות. מקורות טבעיים בגזים אלה קיימים - הרי געש, למשל, מגששים דו תחמוצת הגופרית - אך הרוב המכריע נובע משריפת דלקים מאובנים, במיוחד על ידי תחנות כוח פחמיות. תיקי העישון הגבוהים מאפשרים לזיהום לנסוע למרחקים ארוכים. על פי מחקרים שנערכו על ידי Likens וחבריו, מי גשמים רגילים הם בעלי pH של 5.2. במהלך שנות השבעים והשמונים, כאשר גשם חומצי היה הגרוע ביותר, מדענים רשמו רמות pH נמוכות כמו 2.1, בערך פי אלף יותר חומציות.

הגיאולוג ריץ 'אפריל בוחן אבן מצבה המושחרת מגשם חומצי. (קסנדרה וויליארד) מורשתו של הגשם החומצי של האזור נראית בבירור בקרום השחור שעל מצבות קבורה בבית העלמין במדיסון ברחוב המילטון, ניו יורק. (קסנדרה וויליארד) גשם חומצי מאיץ את תהליך הבליה. עמוד שיש זה, שהוקם בשנות ה -50 של המאה העשרים, עבר מזג אויר קשה. הכיתוב שנחצב בצד השני של האנדרטה כמעט בלתי קריא. הוורידים הנראים בצד זה של העמוד מורכבים ממינרל עמיד יותר בפני בליה והשפעות גשם חומצי. (קסנדרה וויליארד) גשם חומצי יכול להפוך אבן גיר לגבס, מינרל רך הלוכד לכלוך. טרנספורמציה זו ניכרת בכתמים הכהים לאורך קו הגג של אולם התותרוף של אוניברסיטת קולגייט. (קסנדרה וויליארד) בית הקברות באוניברסיטת קולגייט, מכללה קטנה לאמנויות ליברליות בהמילטון, ניו יורק. (קסנדרה וויליארד)

גשם חומצי השפיע על אזורים רבים בארצות הברית, אך בצפון מזרח סבלה הנזק האקולוגי ביותר. הרי אדירונדק הוכחו כרגישים במיוחד. קרקעות רבות מכילות סידן קרבונט או מינרלים אחרים שיכולים לנטרל גשם חומצי לפני שהוא מחלחל לאגמים ונחלים. "לרוע המזל אין ל- Adirondacks כמעט אף אחד", אומר אפריל. כתוצאה מכך אגמים ונחלים הפכו במהירות לחומציים, והרגו דגים ובעלי חיים מימיים אחרים.

בסוף שנות השבעים, החוקרים סקרו 217 אגמים שגובהם מעל 2, 000 רגל באדירונדאקס וגילו כי 51 אחוז הם חומציים ביותר. החדשות היו כה עגומות, עד שהמדענים החלו לנסות לגדל זני פורל יותר סובלניים. עובד אחד של מדינת ניו יורק השווה את האזור לעמק המוות. כעבור עשור, מחקר גדול יותר שכלל 849 אגמים שגובהם יותר מ -1, 000 רגל גילה כי 55 אחוזים נטולי חיים לחלוטין או על סף התמוטטות.

ככל שהוכחו הממצאים המדעיים הקושרים גשם חומצי לפליטות תחנות כוח ונזקים אקולוגיים, קרבות בקרב התעשייה, מדענים ואנשי איכות הסביבה. "שנות השמונים הן תקופה שאני מכנה 'מלחמות הגשם החומצות'", אומר Likens. "הייתה מחלוקת גסה עצומה וגוררת עצומה." אנשי איכות הסביבה מגרינפיס טיפסו על מזכרות של תחנות כוח ותלו כרזות במחאה; מדענים העידו בפני הקונגרס על הקשר בין פליטות לגשם חומצי, חומרת ההשפעות והאם יש השפעה על חקיקה מוצעת; ותעשיית הכוח הטילה ספק במדע וטענה שהתקנות יביאו את שיעורי החשמל לשמיים.

הקונגרס העביר מספר תיקונים לחוק האוויר הנקי בשנת 1990 שקיצצו את הפליטות של דו תחמוצת הגופרית באמצעות תכנית סחר. המטרה הייתה הפחתה של 50 אחוז בפליטות דו תחמוצת הגופרית מרמות 1980. מטרה זו הושגה בשנת 2008, שנתיים לפני המועד האחרון, שנקבע לשנת 2010. פליטת דו תחמוצת הגופרית צנחה מ 17.3 מיליון טון בשנת 1980 ל 7.6 מיליון טון בשנת 2008, פחות מ 8.95 מיליון טון שנדרשו בשנת 2010.

ההשפעה הייתה מדהימה. דאג ברנס, מדען בסקר הגיאולוגי האמריקני בטרוי, ניו יורק, שמנחה את תוכנית הערכת המשקעים הלאומית לחומצות חומצה, אומר כי הגשם שירד בצפון מזרח היום הוא כמחצית חומצי כמו שהיה בראשית שנות השמונים. כתוצאה מכך, מי השטח הפכו לחומציים פחות ומערכות אקולוגיות שבריריות מתחילות להתאושש.

אולם במקומות רבים ההתאוששות איטית עד כאב. מדענים יודעים כיום כי גשם חומצי לא רק אגמים ונחלים מחוממים, אלא גם הסיר סידן מקרקעות יער. לדעיכה של סידן היו השפעות הרסניות על עצים, במיוחד מייפל סוכר ואדום אדום. גשם חומצי שולף סידן מהמחטים של אשוח אדום, מה שהופך אותם לרגישים יותר לקור. זה גם מדליף סידן ומגנזיום מהאדמה, שיכולים להלחיץ ​​את מייפל הסוכר. בנוסף, גשם חומצי מאפשר לאלומיניום להצטבר באדמה. כאשר עצים תופסים אלומיניום, שורשיהם יכולים להפוך שבירים.

יש חוקרים שניסו להוסיף חזרה סידן ליערות כדי להאיץ את ההחלמה. אפריל מעורב כיום בניסוי אחד כזה ב- Adirondacks. בארבע וחצי השנים האחרונות חדר הסידן רק ל -15 הסנטימטרים העליונים של אדמת היער. "לוקח הרבה זמן עד [הסידן] לרדת לאדמה", אומר אפריל, כך שזה לא יהיה תיקון מהיר.

אפריל מבקש לראות כי דו תחמוצת הגופרית ופליטות אחרות יצטמצמו עוד יותר. "עדיין יש לנו גשם חומצי, " הוא אומר. "אגמים מסוימים נראים כאילו הם מוכנים לחזור, ואם נקצץ את הפליטות יותר הם היו עושים."

מיכאל אופנהיימר, אוניברסיטת פרינסטון, שהיה שחקן מפתח במלחמות החומציות כמדען הראשי של קבוצת השימור של קרן ההגנה הסביבתית, מסכים. "אני חושב שצריך להיפטר ביעילות של דו תחמוצת הגופרית וחנקן החנקן", הוא אומר. "עלינו לפנות לאפס ולראות כמה קרוב אנו יכולים להגיע."

למרות שההשפעות של גשם חומצי מתמשכות, מרבית המדענים רואים בכך סיפור הצלחה סביבתי. "המדע זיהה את הבעיה. המדע סיפק את ההנחיות כיצד לנסות לפתור את הבעיה, "אומר Likens. "ההצלחה היא שנקטנו פעולה כחברה כדי לנסות להתמודד עם הבעיה."