كيف يتكون المطر الحمضي

تشكل الأمطار الحمضية مُشكلةً كبيرةً وتهديدًا بيئيًا لا يُستهان به، خصوصًا في البلدان النامية، التي تُحقّق معدّلات نموٍ اقتصاديٍ وصناعيٍ كبيرين دون وجود القوانين الرادعة والمُحددة لتنظيم انبعاثات الغازات المُشكلة للأمطار الحمضية، فما هي هذه الغازات وكيف تُساهم في تكون المطر الحمضي؟

هو مصطلحٌ واسعٌ يشمل أيّ شكلٍ من أشكال ترسيب المكونات الحمضية، مثل حمض الكبريتيك أو حمض النيتريك أو أيّ مادةٍ ترفع الأسّ الهيدروجيني للترسبات التي تتساقط من الغلاف الجويّ إلى الأرض، سواءً في أشكالٍ رطبةٍ أو جافةٍ، كالمطر أو الثلج أو الضباب أو البرد أو حتى ذرات الغبار الحمضيّ.

في الحالة الطبيعية المثالية تكون درجة حموضة التّساقطات أو الهطولات المطريّة من الغلاف الجوية مُتعادلة الحموضة، فلا هي حامضيةٌ ولا قاعديّةٌ، في حين على أرض الواقع تنخفض قيمة الأس الهيدروجيني للمطر الطبيعي ليُصبح حمضيّا ولو بدرجةٍ ضعيفةٍ بسبب امتصاص غاز ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي ليُشكل حمض الكربونيك، بالإضافة لتواجد حمض الكبريتيك (H₂SO₄) وحمض النيتريك (HNO₃) وحمض الهيدروكلوريك (HCl) بنسبٍ طبيعيةٍ قليلةٍ في الغلاف الجوي، إذ تقوم هذه الأحماض برفع الأسّ الهيدروجيني للهطولات أو الترسبات بدرجةٍ بسيطةٍ تزيد من حموضتها ولكن ليس بالشكل الكبير الذي يُمكّن من إطلاق اسم المطر الحمضي عليها.

ينتج الحمضان الرئيسيان المُشكلان للأمطار الحمضية (حامض الكبريتيك والنيتريتيك) عن وجود غازات أكسيد الكبريت (SO2) وأكاسيد النيتروجين (NO₁ و NO₂) في الغلاف الجوي، والتي تتفاعل مع الرطوبة الجوية وفق المعادلات الكيميائية التالية:

SO₂ + H₂O → H₂SO₄ ←→ H⁺ + HSO₄ ←→ ₂H⁺ + SO4₂

NO₂ + H₂O → HNO₃ ←→ H⁺ + NO₃

يحدث المطر الحمضيّ عند ارتفاع كميات الأحماض السابقة في الغلاف الجوي بدرجةٍ كبيرةٍ، بحيث يُخفّض الرقم الهيدروجيني للوسط إلى قيمٍ مُنخفضةٍ (أقل من 4.5)، كنتيجةٍ لارتفاع تراكيز كلٍ من أكاسيد الكبريت والنيتروجن في الغلاف الجوي.

تكون الزيادة في تراكيز الغازات المُسببة للمطر الخمضي ناتجةً عن أسبابٍ طبيعيةٍ كما هو الحال عند فوران البراكين الذي يُطلق كمياتٍ كبيرةٍ من غاز الكبريت، بالإضافة للعواصف الرعدية في طبقة التروبوسفير من الغلاف الجوي التي تُسبّب تفكّك جزيئات النيتروجن إلى شوارد النيتروجن وهذه بدورها تتحد مع الاوكسجين مُشكّلةً أكاسيد النيتروجين، أو ناتجةً عن النشاط البشري وخاصةً حرق الوقود الأحفوري، إذ يُسبب حرق الوقود لإنتاج الطّاقة في المعامل انبعاث غاز الكبريت الذي يتحد بدوره مع الأوكسجين لتكوين غاز ثاني أوكسيد الكبريت، وتتسبّب عوادم السيارات في تكوين أكاسيد النيتروجين في الهواء.

تحدث الترسبات الحمضيّة بشكلٍ أساسيٍ كنتيجةٍ للأنشطة البشرية، ولا سيما حرق الوقود الأحفوري (الفحم والنفط والغاز الطبيعي) وصهر خامات المعادن، ففي الولايات المتحدة، تُنتج المرافق الكهربائية ما يقرب من 70% من ثاني أكسيد الكبريت وحوالي 20% من انبعاثات أكاسيد النيتروجين، وينتج ما يقرب من 60 % من انبعاثات أكاسيد النيتروجين في الغلاف الجوي عن غازات عوادم المركبات.

عند تتبّع خريطة حصول الأمطار الحمضية خلال العقود الخمسة الماضية، لوُحظت تغيراتٌ في أماكن تجمّع وتركيز الأمطار الحمضية وتنشأ هذه التغيرات كنتيجةٍ للنشاط البشري بشكلٍ أساسي، ومن أكثر الأماكن على وجه الأرض التي تعرضت أو لاتزال تتعرض للأمطار الحمضية:

يغطي المثلث الأسود المناطق الحدودية الواقعة بين دول التشيك وألمانيا وبولندا، تلقت هذه المنطقة أمطارًا حمضيةً غزيرةً طوال السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي، ما أدى لموت غاباتٍ بأكملها، وتآكل خطوط السكك الحديدية ، ولكن انخفضت حاليًا الانبعاثات الناجمة عن مصانع حرق الفحم في أوروبا الشرقية كثيرًا كنتيجةٍ لتطبيق اتفاقية جنيف لعام 1979 لمنع المزيد من التلوث بالمطر الحمضي، وهو ما نجح في الحدّ بشكلٍ كبيرٍ من ترسّب الأحماض في المنطقة.

عانت أجزاءٌ في شرق الولايات المتحدة من أعلى مستويات الأمطار الحمضية في العالم، بسبب الانبعاثات من محطّات توليد الطاقة في الغرب الأوسط التي تعمل بالفحم، ولا يزال أكثر من 90% من تيارات المياه العذبة في المنطقة حمضيّةً حتى اليوم، في حين لا تزال آثار المطر الحمضي واضحةً في المنطقة، فقد انخفض المطر الحمضي بشكلٍ كبيرٍ نتيجةً لقانون الهواء النظيف لعام 1970 وتعديلاته اللاحقة، التي تضمّنت تنظيم الانبعاثات من مصانع حرق الفحم، واعتماد تقنياتٍ مُخففةٍ مثل مواقد حقن الحجر الجيري وأجهزة إعادة الاحتراق، وأجهزة إزالة الكبريت من غاز المداخن.

ازدادت مستويات حمض النيتريك وحمض الكبريتيك في الأمطار الهاطلة بشكلٍ مُتزايدٍ في المدن الآسيوية مثل بكين ونيودلهي منذ العام 2000، مع زيادة الطلب المحلي على الكهرباء والسلع المُصنّعة، وبدون وجود قوانين تضبط التلوث الناجم عن النمو الصناعي السريع في الدول النامية في الصين والهند، يمكن أن تستمر الأمطار الحمضية في النموّ بقوةٍ وتصل إلى مستوىً خطيرٍ مماثلٍ لما شوهد في أوروبا والولايات المتحدة في الثمانينيات.