ฝนกรด

ฝนกรด (อังกฤษ: acid rain) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติอันเกิดเนื่องมาจากมลภาวะทางอากาศ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดมาจากการกระบวนการผลิตไฟฟ้าและอุตสาหกรรมทั่วไปของมนุษย์ โดยฝนกรดก่อให้เกิดปัญหาต่าง ๆ ต่อสภาพแวดล้อมมากมาย
ฝนกรด หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 โดยส่วนมากเกิดจากก๊าซ 2 ชนิด คือ
1. ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ( SO 2) ทำให้เกิดกรด ซัลฟุริก (H 2SO 4)
2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) ทำให้เกิดกรด ไนตริก (HN O 3)
ฝนกรดเป็นผลมาจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (sulfur dioxide: SO2) และไนโตรเจนออกไซด์ (nitrogen oxide: NO) โดยก๊าซทั้งสองชนิดนี้มักจะเกิดจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ และน้ำมัน ก๊าซทั้งสองชนิดนี้จะทำปฏิกิริยากับน้ำ (water: H2O) และสารเคมีอื่น ๆ ในชั้นบรรยากาศเพื่อก่อให้เกิดกรดซัลฟิวริก (sulfuric acid: H2SO4) , กรดไนตริก (nitric acid: HNO3) และสารมลพิษอื่น ๆ ก๊าซเหล่านี้มักจะทำปฏิกิริยากับสารเคมีจะส่งผลทำให้อากาศอบอ้าวอากาศร้อนชื้นทำให้เกิดมลพิษทางอากาศเมื่อไปโดนกับออกซิเจนอาจถูกกระแสลมพัดพาไปหลายร้อยกิโลเมตร และมักจะกลับสู่พื้นโลกโดยฝน หิมะ หมอก หรือแม้แต่ในรูปฝุ่นผงละออง
ความเสียหายอันเกิดมาจากฝนกรดได้แพร่ขยายไปทั่วอเมริกาเหนือ ยุโรป ญี่ปุ่น จีน และเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ฝนกรดจะละลายปุ๋ยในดิน ทำให้พืชเติบโตช้า เมื่อไหลลงแหล่งน้ำ ก็จะทำให้แหล่งน้ำนั้น ๆ ไม่เอื้ออำนวยให้สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ได้ หรือแม้แต่ในเมืองเอง ฝนกรดก็ก่อให้เกิดปัญหากับสิ่งก่อสร้างต่าง ๆ หรืออาจจะจับตัวรวมกับหมอกก่อให้เกิดหมอกควันพิษ (smog) ที่ทำอันตรายกับระบบทางเดินหายใจ และอาจรุนแรงถึงชีวิตได้หากมีมากถึงระดับหนึ่ง

การเกิดฝนกรด
กระบวนการที่ก่อให้เกิดฝนกรดนั้น เริ่มต้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลต่าง ๆ การเผาไหม้คือปฏิกิริยาเคมีที่ออกซิเจน (oxygen: O2) ในอากาศรวมตัวกับคาร์บอน (carbon: C) , ไนโตรเจน (nitrogen: N) , ซัลเฟอร์ (sulfur: S) และสารอื่น ๆ ที่ประกอบอยู่ในสารที่เกิดการเผาไหม้ โดยผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นเป็นก๊าซนั้นเราเรียกว่าก๊าซออกไซด์ โดยเมื่อใดก็ตามสิ่งที่ถูกเผาไหม้นั้น มีไนโตรเจนหรือซัลเฟอร์เป็นส่วนประกอบด้วยแล้ว ก็จะเป็นผลทำให้สารออกไซด์เหล่านี้ก่อกำเนิดขึ้นมาได้ ในประเทศอเมริกา 70% ของซัลเฟอร์ไดออกไซด์เกิดมาจากโรงงานไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งแหล่งที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง ในแคนาดา อุตสาห์กรรมบางอย่าง เช่นการกลั่นน้ำมัน การหลอมโลหะ ก่อสารซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในบรรยากาศสูงถึง 61% ส่วนไนโตรเจนออกไซด์นั้น เกิดได้จากมากมายหลายแหล่ง เนื่องจากสารอินทรีย์หลาย ๆ ชนิดมักจะมีไนโตรเจนประกอบอยู่ โดยควันพิษจากรถยนต์นั้นกินส่วนแบ่งเยอะที่สุด อย่างไรก็ตามแหล่งการเกิดไนโตรเจนออกไซด์ที่สำคัญอีกแหล่งก็คือ การเผาศพ
เมื่อก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และไนโตรเจนออกไซด์เข้าสู่บรรยากาศแล้ว จะทำปฏิกิริยากับไอน้ำและสารเคมีอื่น ๆ ในบรรยากาศ ก่อให้เกิดกรดซัลฟูริก กรดไนตริกและสารผลพิษอื่น ๆ ประเภทไนเตรดและซัลเฟต โดยสารเหล่านี้อาจละลายตัวลงไปในฝน แล้วตกลงมาพร้อมกัน
กลไกการเปลี่ยนจากก๊าซ SO2 และ NOx เป็นตะกอนกรด

เกิดได้ ทั้งในสถานะก๊าซและของเหลว

1.ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2)

สถานะก๊าซ

เกิด ทั้งหมด 2 ปฎิกิริยาด้วย กัน

1.1 โฟโต้ออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ โดย UV ซึ่ง มีศักยภาพสูงในการกระตุ้นโมเลกุลและนำไปสู่ออกซิเดชัน

1.2 ปฎิกิริยาของซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับออกซิเจนใน บรรยากาศ ดังนี้

SO2 + O2 ---> 2SO3

SO3+H2O ---> H2SO4

แต่พบ ว่าปฎิกิริยาทั้ง 2 ปฎิ กิริยา ไม่มีความสำคัญมากนัก เนื่องจากเกิดได้ช้ามาก ปฎิกิริยาที่มีความ สำคัญ คือ

HO + SO2 (+M) ---> H2SO4

สถานะของเหลว

ในสถานะนี้ SO2 จะมี 3 รูป

[S (IV)] ---> [SO2 (aq)] + [HSO3-] + [SO3 2-]

ซึ่ง เกิดการแตกตัว โดย 2 กระบวน การนี้

SO2 (aq) --> H+ + HSO3 2-

HSO3- (aq)---> H+ + SO3 2-

การเกิด ออกซิเดชั่นของซัลเฟอร์ไดออกไซด์ เกิดโดยโมเลกุลของออกซิเจนกับตัวกระตุ้นจำพวกโลหะเช่น Fe3+ หรือ Mn2+ หรือทั้ง 2 อย่างรวมกัน อย่างไรก็ตามการเกิดออกซิเดชั่นโดย โอโซนเป็นกระบวนการที่น่าสนใจเนื่องจากไม่ต้องมีตัวกระตุ้นและมีปริมาณใน บรรยากาศมาก เช่น ปฎิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับตัวกลาง(Intermediate) และไอออนของกรด peroxymonosulfurous ดังสมการ

HSO3- + H2O2--->A- + H2O

A- + H+ ---> H2SO4

2. ออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx)

สถานะก๊าซ

ตัวการ หลักในการเกิดกรดไนตริก คือ อนุมูลของไฮโดรเจน

HO + NO2 [+M] ----> HONO2 (+M)

จากนั้น จะเกิดออกซิเดชันโดยออกซิเจนในบรรยากาศอีกมาก แต่ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างเป็นตัวการหลักของการเกิดกรดไนตริ ก

สถานะของเหลว มี 3 รูป

2N2O(g) + H2O (l) ---->2H+ + NO3- + NO2-

NO (g) + H2O (l) -----> 2H+ + 2NO3- + NO (g)

3N2O(g) + H2O (l) ----> 2H+ + 2NO3- + NO (g)

ปฎิกิริยาออกไซด์ของไนโตรเจน เหล่านี้เกิดที่ความกดบางระดับและมีเสถียรภาพต่ำ การเพิ่มขึ้นของปฎิกิริยาเกิดเมื่อมีตัวกระตุ้นจำพวกโลหะ





ภาพแสดงกระบวนการเกิดฝนกรด

ผลกระทบจากฝนกรด
ฝนกรดจะทำปฏิกิริยาเคมีกับวัตถุใด ๆ ที่มันสัมผัส กรดคือสารเคมีใด ๆ ที่ทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ โดยจะจ่ายอะตอมไฮโดรเจน (hydrogen: H) ออกไป ความเป็นกรดของสารใด ๆ เกิดจากการที่มีอะตอมไฮโดรเจนอิสระมากมายเกิดขึ้นจากการละลายสารนั้น ๆ ในน้ำ การวัดค่าสารที่เป็นกรดเราใช้มาตรา pH เป็นหน่วยในการวัด โดยจะมีค่าเป็นไปได้ตั้งแต่ 0 ถึง 14 การที่สารใด ๆ นั้นจะเป็นกรดได้ นั้นหมายถึงสารนั้น ๆ จะต้องมีค่า pH ตั้งแต่ 1 ถึง 6 โดยค่ายิ่งน้อยเท่าไหร่ หมายถึงยิ่งเป็นกรดแก่มากเท่านั้น ในทางกลับกัน สารที่มีค่า pH ตั้งแต่ 8 ถึง 14 เราจะเรียกว่าเบส (bases หรือ alkalis) โดยสารเหล่านี้จะทำการรับอะตอมไฮโดรเจนแทน น้ำบริสุทธิ์มีค่า pH เป็น 7 กล่าวคือไม่ได้เป็นกรด และเป็นเบส เราเรียกสารแบบนี้ว่า สารที่เป็นกลาง โดยทั่วไปแล้วถ้าฝน หิมะ หรือหมอกที่มีค่า pH น้อยกว่า 5.6 เราจะถือว่าฝน หิมะ หรือหมอกเหล่านี้เป็นพิษ เมื่อใดก็ตามที่กรดรวมตัวกับเบส เบสจะทำให้ความเป็นกรดลดน้อยลงมาได้ ซึ่งฝนในบรรยากาศปกติจะมีฤทธิ์เป็นกรดอ่อน ๆ อยู่แล้ว มักจะทำปฏิกิริยากับเบสอื่น ๆ ในธรรมชาติทำให้เกิดสมดุลขึ้น แต่เมื่อใดก็ตามที่ปริมาณกรดในบรรยากาศเพิ่มขึ้น จึงทำให้สมดุลตรงนี้เสียหายไป จึงทำให้เกิดความเสียหายต่าง ๆ กับสภาพแวดล้อมมากมาย ตั้งแต่ดิน น้ำฝสัตว์ต่าง ๆ รวมไปถึงสิ่งก่อสร้างของมนุษย์เอง


ผลกระทบที่มีต่อดิน
ฝนกรดจะทำการละลายและพัดพาปุ๋ยและสารอาหารที่จำเป็นในการเจริญเติบโตของต้นไม้ไป นอกจากนี้แล้วอาจจะยังละลายสารพิษอื่น ๆ ที่มีอยู่ทั่วไปในดิน เช่นอะลูมิเนียม (aluminum: Al) และปรอท (mercury: Hg) โดยพัดพาสารเหล่านี้ลงไปในแหล่งน้ำ ก่อให้เกิดอันตรายกับระบบนิเวศน์ในน้ำต่อไป



ผลกระทบที่มีต่อต้นไม้
นอกจากต้นไม้จะได้รับผลกระทบจากการที่สารอาหารในดินถูกชะล้างไปแล้ว ฝนกรดเหล่านี้ยังเป็นอันตรายต่อใบของพืชด้วย โดยการกัดกร่อนใบ ทำให้เกิดรูโหว่ ทำให้พืชขาดความสามารถในการผลิตอาหารจากการสังเคราะห์ด้วยแสง (photosynthesis: ความสามารถในการสร้างอาหารของพืชโดยใช้น้ำ ออกซิเจน และแสงเป็นวัตถุดิบ) นอกจากนี้แล้วเชื้อโรคต่าง ๆ อาจทำอันตรายกับพืชได้โดยเข้าผ่านทางแผลที่ใบ ทำให้ต้นไม้อ่อนแอต่อสภาวะอื่นๆ อีกมากมาย ไม่ว่าจะเป็นความร้อน ความเย็น หรือความแห้งแล้ง และสามารถทำให้ต้นไม้ยืนต้นตายจากรากขึ้นไปถึงใบ เพราะแร่ธาตุในดิน เช่น แคลเซียม ฟอสฟอรัส เป็นต้น โดนชะล้างจากฝนกรด ทำให้ต้นไม้ไม่มีแร่ธาตุจะใช้



ผลกระทบต่อแหล่งน้ำ
เมื่อฝนกรดตกลงมาและถูกดูดซึมลงสู่แหล่งน้ำต่าง ๆ ได้โดยง่าย น้ำบริสุทธิ์ในธรรมชาติทั่วไป มักเป็นกรดอ่อน ๆ หรือเบสอ่อน ๆ โดยค่า pH จะอยู่ที่ประมาณ 6 – 8 อย่างไรก็ตามฝนกรดอาจทำให้ค่า pH ในแหล่งน้ำบางแหล่งลดลงต่ำกว่านั้น ก่อให้เกิดปัญหาต่อสิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำนั้น ๆ รวมไปถึงความสามารถในการละลายออกซิเจนในน้ำที่ลดน้อยลง เมื่อน้ำไม่สามารถละลายออกซิเจนไว้ได้ สิ่งมีชีวิตใต้น้ำก็ไม่สามารถหายใจได้ตามปกติจึงต้องล้มตายไป ก่อให้เกิดผลกระทบโดยตรงกับระบบนิเวศน์ โดยสิ่งมีชีวิตทั่วไปจะเริ่มล้มตายเมื่อค่า pH เริ่มลดลงต่ำกว่า 6.0 ไข่ปลาจะไม่สามารถฟักออกเป็นตัวได้เมื่อค่า pH ลดลงถึง 5.0 และเมื่อใดก็ตามที่ค่า pH ของน้ำลดลงต่ำกว่า 4.5 แหล่งน้ำนั้นจะไม่สามารถค้ำจุนสิ่งมีชีวิตใด ๆ ได้อีก
สัตว์บกเองก็ใช่ว่าจะไม่ได้รับผลกระทบจากแหล่งน้ำที่เป็นกรด หอยทากที่อาศัยอยู่ใกล้แหล่งน้ำที่เป็นกรดจะเกิดปัญหากับเปลือกหอยของมัน ทำให้เปลือกไม่แข็งแรง และเมื่อนกกินหอยทากเหล่านี้เข้าไป ส่งผลให้นกขาดสารแคลเซียม ก่อให้เกิดปัญหาเปลือกไข่บางในนกบางชนิดอีกด้วย



ผลกระทบที่มีต่อสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์


ภาพความเสียหายจากฝนกรดที่ปราสาทลินคอล์นในอังกฤษ ทำให้เกิดก้อนปูนปูดขึ้นมาจากเนื้อหิน
และปัญหาตามมาคือเกิดปลวกขึ้นตามไม้จากสิ่งปลูกสร้างของมนุษย์
ฝนกรดอาจทำความเสียหายอย่างรุนแรงกับสิ่งปลูกสร้างต่าง ๆ ของมนุษย์ โดยสิ่งที่เห็นได้ชัดที่สุดคือปูนที่ถูกฝนกรดละลายออกมา ทำให้เกิดความเสียหายที่ยากจะซ่อมแซมได้ในบางกรณี ซึ่งสิ่งนี้กำลังเป็นปัญหาใหญ่ในการปกป้องสิ่งปลูกสร้างเก่า ๆ และสถานที่สำคัญของประวัติศาสตร์ของมนุษย์ชาติ เช่น วิหารพาร์เธนอน (Parthenon) เป็นต้น
ผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์
แหล่งน้ำที่เป็นกรดไม่ก่อให้เกิดปัญหากับมนุษย์เท่าไรนัก ไม่มีปัญหาอะไรถ้าเราจะว่ายน้ำในทะเลสาบที่เป็นกรด แต่อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่สำคัญไม่ได้อยู่ที่ความเป็นกรดของน้ำ หากแต่เป็นเพราะสารพิษที่ละลายมาจากดินลงสู่แหล่งน้ำต่างหาก ในสวีเดน มีทะเลสาบมากกว่าหนึ่งหมื่นแห่งที่ได้รับผลกระทบจากฝนกรด ทำให้มีสารปรอทละลายอยู่เป็นจำนวนมาก ประชาชนบริเวณแถบนั้นได้รับการเตือนโดยทางการไม่ให้รับประทานปลาที่จับมาจากแหล่งน้ำเหล่านั้น
สำหรับในอากาศ กรดเหล่านี้อาจรวมตัวกับสารเคมีอื่น ๆ ก่อให้เกิดหมอกควันที่เป็นอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจและทำให้หายใจได้ลำบาก โดยเฉพาะกับคนที่มีโรคหอบหืด หรือโรคทางเดินหายใจอื่น ๆ อยู่แล้ว อาการอาจกำเริบรุนแรงจนถึงแก่ชีวิตได้



ฝนกรด และสภาวะโลกร้อน
เป็นที่น่าแปลกใจที่ฝนกรดกลับมีประโยชน์ให้กับสิ่งแวดล้อมในจุดนี้ สารซัลเฟตที่ละลายอยู่ในบรรยากาศสามารถที่จะสะท้อนแสงอาทิตย์ออกไปจากโลกได้ ทำให้ความร้อนของโลกนั้นเพิ่มขึ้นช้าลง นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามลภาวะฝนกรดสามารถช่วยชะลอจุดวิกฤตของสภาวะโลกร้อนออกไปได้หลายสิบปีเลยทีเดียว

การร้อนขึ้นของโลก


ผลกระทบจากฝนกรด อาจสรุปได้ดังนี้คือ
1. ฝนกรดจะทำลายธาตุอาหารบางชนิดในดิน เช่น ไนเตรต ฟอสเฟต ทำให้ดินเป็นกรดเพิ่มขึ้น มีผลต่อการ เพาะปลูก เช่นผลผลิตของพิชน้อยกว่าปกติ เพราะฝนกรดทำให้ดินเปรี้ยวจุลินทรีย์หลายชนิดในดินที่มีประโยชน์ต่อ การเจริญเติบโตของพืชถูกทำลาย ซึ่งจะมีผลกระทบในแง่การย่อยสลายในดินและการเจริญเติบโตของพืช
2. ฝนกรดทำลายวัสดุสิ่งก่อสร้างและอุปกรณ์บางชนิด คือ จะกัด กร่อนทำลายพวกโลหะ เช่น เหล็กเป็นสนิม เร็วขึ้น สังกะสีมุงหลังคา ที่ใกล้ ๆ โรงงานจะ ผุกร่อนเร็ว สังเกตได้ง่าย นอกจากนี้ยังทำให้ แอร์ ตู้เย็น หรือวัสดุอื่น ๆ เช่นปูนซีเมนต์หมดอายุเร็วขึ้น ผุกร่อนเร็วขึ้น เป็นต้น
3. ฝนกรดจะทำลายทรัพยากรธรรมชาติ เช่น ปู หอย กุ้ง อาจมีจำนวนลดลงหรือสูญพันธุ์ไปได้เพราะ ฝนกรดที่เกิดจากก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์และเกิด จากก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ จะทำให้น้ำในแม่น้ำทะเลสาบ มีความเป็นกรดเพิ่มขึ้น ถ้าเกิดอย่างรุนแรงอาจทำให้สัตว์น้ำดังกล่าวตาย เช่น อเมริกาตอนกลาง ค่า pH ของน้ำในทะเลสาบลดลง ทำให้ทะเลสาบ 85 แห่ง ไม่มีปลาซึ่งเหตุการณ์ทำนองนี้เกิดขึ้นในทะเลสาบ ในประเทศ สวีเดน ทะเลสาบบางแห่ง ป้องกัน ตัวเองจาก ฝนกรดได้เพราะในทะเลสาบนั้นมีสารพวกไบคาร์บอเนต หรือแร่ธาตุอื่นละลายอยู่.



การแก้ไขและป้องกันปัญหาฝนกรด
สามารถทำได้โดยการลดตัวการที่จะทำให้เกิดฝนกรด โดยลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลให้น้อยลง จะสามารถทำให้ค่าความเป็นกรดในน้ำฝนลดลงได้ สำหรับพวกเราควรระมัดระวัง การดื่มน้ำฝนที่เป็นกรดและสารพิษอื่นๆ ซึ่งตกลงมาผ่านอากาศที่เป็นมลพิษในเมืองใหญ่เช่น กรุงเทพฯ พบว่าน้ำฝนมีความเป็นกรดสูง คือ pH อยู่ระหว่าง 3.5-5.0 โดยเฉพาะช่วงที่ฝนตกใหม่ๆ น้ำฝนจะไม่สะอาด ส่วนในชนบทที่อากาศสะอาด เราจะสามารถดื่มน้ำฝนได้อย่างปลอดภัย


แหล่งข้อมูลอื่น
• National Acid Precipitation Assessment Program Report - a 98-page report to Congress
• Acid rain for schools
• Acid rain for schools - Hubbard Brook
• U.S. Environmental Protection Agency - New England Acid Rain Program (superficial)
• Acid Rain (more depth than ref. above)
• U.S. Geological Survey - What is acid rain?
• Acid rain analysis - freeware for simulation and evaluation of titration curves and pH calculations
• CBC Digital Archives – Acid Rain: Pollution and Politics
1. http://th.wikipedia.org/wiki/%E0%B8%9D%E0%B8%99%E0%B8%81%E0%B8%A3%E0%B8%94".
2. nakhamwit.ac.th/pingpong_web/env.htm
3. http://ozone.tmd.go.th/acid.htm