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Causas e consequências da chuva ácida

Chuvas ácidas, também chamadas precipitação ácida ou deposição ácida, trata-se da precipitação com um pH de cerca de 5,2 ou inferior produzido principalmente a partir da emissão de dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de azoto (NOx; a combinação de NO e NO2) de atividades humanas, principalmente a combustão de combustíveis fósseis. Em paisagens sensíveis aos ácidos, a deposição ácida pode reduzir o pH das águas superficiais e diminuir a biodiversidade. Enfraquece as árvores e aumenta a sua susceptibilidade a danos causados por outros factores de stress, tais como a seca, frio extremo e pragas. Em áreas sensíveis a ácidos, a chuva ácida também esgota o solo de importantes nutrientes vegetais e tampões, como cálcio e magnésio, e pode liberar alumínio, ligado a partículas do solo e rochas, em sua forma tóxica dissolvida. A chuva ácida contribui para a corrosão das superfícies expostas à poluição atmosférica e é responsável pela deterioração dos edifícios e monumentos de calcário e mármore.

O termo “chuva ácida” foi usado pela primeira vez em 1852 pelo químico escocês Robert Angus Smith durante sua investigação da química da água da chuva perto de cidades industriais na Inglaterra e na Escócia. O fenômeno tornou-se uma parte importante do seu livro Air and Rain: The Beginnings of a Chemical Climatology (1872). No entanto, só no final dos anos 60 e início dos anos 70 é que a chuva ácida foi reconhecida como uma questão ambiental regional que afetava grandes áreas da Europa Ocidental e da América do Norte oriental. As chuvas ácidas também ocorrem na Ásia e em partes da África, América do Sul e Austrália. Como uma questão ambiental global, ela é freqüentemente ofuscada pelas mudanças climáticas. Embora o problema das chuvas ácidas tenha sido significativamente reduzido em algumas áreas, continua a ser uma importante questão ambiental dentro e fora das grandes regiões industriais e agrícolas industriais em todo o mundo.

A chuva ácida é uma expressão popular para o termo mais científico deposição ácida, que se refere às muitas maneiras pelas quais a acidez pode se mover da atmosfera para a superfície da Terra. A deposição ácida inclui a chuva ácida bem como outras formas de deposição ácida úmida – como a neve, o granizo, o granizo e o nevoeiro (ou água nublada). A deposição ácida também inclui a deposição seca de partículas ácidas e gases, que podem afetar as paisagens durante períodos secos. Assim, a deposição ácida é capaz de afetar as paisagens e os seres vivos que nelas residem, mesmo quando a precipitação não está ocorrendo.

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A acidez é uma medida da concentração de íons de hidrogênio (H+) em uma solução. A escala de pH mede se uma solução é ácida ou básica. As substâncias são consideradas ácidas abaixo de um pH de 7, e cada unidade de pH abaixo de 7 é 10 vezes mais ácida, ou tem 10 vezes mais H+, do que a unidade acima dela. Por exemplo, a água da chuva com um pH de 5,0 tem uma concentração de 10 microequivalentes de H+ por litro, enquanto a água da chuva com um pH de 4,0 tem uma concentração de 100 microequivalentes de H+ por litro.

A água da chuva normal é pouco ácida devido à absorção de dióxido de carbono (CO2) da atmosfera – um processo que produz ácido carbônico – e de ácidos orgânicos gerados a partir da atividade biológica. Além disso, a atividade vulcânica pode produzir ácido sulfúrico (H2SO4), ácido nítrico (HNO3) e ácido clorídrico (HCl), dependendo das emissões associadas a vulcões específicos. Outras fontes naturais de acidificação incluem a produção de óxidos de nitrogênio a partir da conversão de nitrogênio molecular atmosférico (N2) por raios e a conversão de nitrogênio orgânico por incêndios florestais. Entretanto, a extensão geográfica de qualquer fonte natural de acidificação é pequena, e na maioria dos casos baixa o pH da precipitação para não mais do que cerca de 5,2.

As atividades antropogênicas, particularmente a queima de combustíveis fósseis (carvão, petróleo, gás natural) e a fusão de minérios metálicos, são as principais causas da deposição ácida. Nos Estados Unidos, as empresas de eletricidade produzem quase 70% de SO2 e cerca de 20% das emissões de NOx. Os combustíveis fósseis queimados por veículos são responsáveis por quase 60% das emissões de NOx nos Estados Unidos. Na atmosfera, os ácidos sulfúrico e nítrico são gerados quando o SO2 e o NOx, respectivamente, reagem com água.

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Onde o consumo de combustíveis fósseis é grande e não existem controlos de emissões para reduzir as emissões de SO2 e NOx, a deposição ácida ocorrerá em áreas a sotavento das fontes de emissão, muitas vezes a centenas a milhares de quilômetros de distância. Nessas áreas, o pH da precipitação pode variar em média de 4,0 a 4,5 anualmente, e o pH de eventos de chuva individuais pode, às vezes, cair abaixo de 3,0. Além disso, a água das nuvens e a neblina em áreas poluídas pode ser muitas vezes mais ácida do que a chuva que cai sobre a mesma região.

Muitos problemas de poluição atmosférica e de deposição atmosférica estão interligados entre si, e estes problemas derivam frequentemente da mesma causa, nomeadamente a queima de combustíveis fósseis. Além da deposição ácida, as emissões de NOx juntamente com as emissões de hidrocarbonetos são ingredientes chave na formação de ozono ao nível do solo (smog fotoquímico), que é uma das formas mais difundidas de poluição atmosférica. As emissões de SO2 e NOx podem gerar partículas finas, que são nocivas para os sistemas respiratórios humanos.

A combustão do carvão é a principal fonte de mercúrio atmosférico, que também entra nos ecossistemas por deposição úmida e seca. (Vários outros metais pesados, como o chumbo e o cádmio, e várias partículas também são produtos da combustão não regulada de combustíveis fósseis). A deposição ácida de nitrogênio derivado das emissões de NOx cria problemas ambientais adicionais. Por exemplo, muitos sistemas marinhos lagos, estuarinos e costeiros recebem muito nitrogênio da deposição atmosférica e do escoamento terrestre. Esta eutrofização (ou sobre-enriquecimento) causa o crescimento excessivo de plantas e algas. Quando estes organismos morrem e se decompõem, esgotam o fornecimento de oxigênio dissolvido necessário para a maior parte da vida aquática nos corpos de água. A eutrofização é considerada um grande problema ambiental nos ecossistemas lacustres, marinhos costeiros e estuarinos em todo o mundo.

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Quais são os efeitos da chuva ácida nos rios e lagos?

Os efeitos regionais da deposição ácida foram observados pela primeira vez em partes da Europa ocidental e da América do Norte oriental no final dos anos 60 e início dos anos 70, quando as mudanças na química dos rios e lagos, muitas vezes em locais remotos, foram ligadas a declínios na saúde de organismos aquáticos, tais como peixes residentes, lagostins e populações de amêijoas. O aumento das quantidades de deposição ácida em áreas sensíveis fez com que dezenas de milhares de lagos e riachos na Europa e América do Norte se tornassem muito mais ácidos do que nas décadas anteriores. As áreas sensíveis a ácidos são aquelas que estão predispostas à acidificação porque os solos da região têm uma baixa capacidade de amortecimento, ou baixa capacidade de neutralização de ácidos (ANC).

Além disso, a acidificação pode liberar alumínio ligado aos solos, que em sua forma dissolvida pode ser tóxico tanto para a vida vegetal quanto para a vida animal. Altas concentrações de alumínio dissolvido liberado dos solos geralmente entram em córregos e lagos. Em conjunto com o aumento da acidez em ambientes aquáticos, o alumínio pode danificar as guelras dos peixes e, assim, prejudicar a respiração. Na região da Montanha Adirondack, no estado de Nova York, pesquisas mostraram que o número de espécies de peixes cai de cinco em lagos com pH de 6,0 a 7,0 para apenas uma em lagos com pH de 4,0 a 4,5. Outros organismos também são afetados negativamente, de modo que os corpos acidificados de água perdem a diversidade vegetal e animal em geral. Estes efeitos podem ondular ao longo de toda a cadeia alimentar.

A alta acidez, especialmente da deposição de enxofre, pode acelerar a conversão do mercúrio elementar à sua forma mais mortal: o metilmercúrio, uma toxina neurológica. Esta conversão ocorre mais comumente em zonas úmidas e solos saturados de água, onde ambientes com baixo teor de oxigênio proporcionam condições ideais para a formação de metil-mercúrio por bactérias. O metil-mercúrio concentra-se nos organismos à medida que sobe na cadeia alimentar, um fenômeno conhecido como bioacumulação. Pequenas concentrações de metil-mercúrio presentes no fitoplâncton e zooplâncton acumulam-se nas células adiposas dos animais que os consomem.

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Uma vez que os animais em níveis superiores da cadeia alimentar devem consumir sempre um grande número de organismos de níveis inferiores, as concentrações de metilmercúrio nos predadores superiores, que muitas vezes incluem humanos, aumentam para níveis em que podem tornar-se prejudiciais. A bioacumulação de metil-mercúrio nos tecidos dos peixes é a principal razão para os conselhos de saúde do governo que recomendam a redução do consumo de peixe de águas doces e marinhas.

Além disso, a acidificação aquática pode ser episódica, especialmente em climas mais frios. O ácido sulfúrico e nítrico acumulado num saco de neve pode lixiviar-se rapidamente durante a nevasca inicial e resultar num impulso de água ácida derretida. Esses pulsos podem ser muito mais ácidos do que qualquer evento individual de neve no decorrer de um inverno, e esses eventos podem ser mortais para organismos aquáticos sensíveis aos ácidos em toda a teia alimentar.

Quais são os efeitos da chuva ácida nas regiões florestais e montanhosas?

Nos anos 70 e 80, as áreas florestais na Europa Central, Sul da Escandinávia e Leste da América do Norte mostraram sinais alarmantes de dieback florestal e de mortalidade de árvores. Uma pesquisa de 1993 em 27 países europeus revelou danos ou mortalidade por poluição atmosférica em 23% das 100.000 árvores pesquisadas. É provável que o dieback tenha sido o resultado de muitos factores, incluindo a deposição ácida (por exemplo, acidificação do solo e perda da capacidade de amortecimento, mobilização do alumínio tóxico, efeitos diretos do ácido na folhagem), exposição ao ozono ao nível do solo, possível excesso de fertilização pela deposição de compostos de azoto (tais como nitratos, amônia e compostos de amoníaco), e stress geral causado por uma combinação destes fatores.

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Uma vez que uma árvore está em estado enfraquecido, é mais provável que sucumba a outros factores de stress ambiental, tais como seca, infestação por insectos e infecção por agentes patogênicos. As áreas de floresta dieback foram frequentemente associadas a regiões com baixa capacidade de amortecimento, onde também ocorreram danos aos ecossistemas aquáticos devido à deposição de ácidos.

A deposição ácida tem sido implicada na alteração da química do solo e no declínio de várias espécies arbóreas através de meios diretos e indiretos. Os solos mal tamponados são particularmente susceptíveis à acidificação porque carecem de quantidades significativas de cátions de base (iões de carga positiva), que neutralizam a acidez. Cálcio, magnésio, sódio e potássio, que são os catiões básicos que representam a maior parte da capacidade de neutralização ácida dos solos, são derivados do envelhecimento das rochas e da deposição úmida e seca.

Alguns destes catiões básicos (como o cálcio e o magnésio) são também nutrientes secundários das plantas, necessários para o crescimento adequado das plantas. O fornecimento desses cátions básicos diminui à medida que eles neutralizam os ácidos presentes na deposição úmida e seca e são lixiviados dos solos. Assim, uma paisagem anteriormente rica em cátions base pode tornar-se sensível aos ácidos quando os processos de formação do solo são lentos e os cátions base não são substituídos através de processos de clima ou deposição.

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A acidificação do solo também pode ocorrer onde a deposição de amônia (NH3) e amônio (NH4+) é alta. A deposição de amônia e amônia leva à produção de H+ (que resulta em acidificação) quando esses produtos químicos são convertidos em nitrato (NO3-) por bactérias em um processo chamado nitrificação:

NH3 + O2 → NO2- + 3H+ + 2e-

NO2- + H2O → NO3- + 2H+ + 2e-

As fontes de NH3 e NH4+ são em grande parte atividades agrícolas, especialmente a produção pecuária (galinhas, porcos e gado). Cerca de 80% das emissões de NH3 nos Estados Unidos e na Europa provêm do sector agrícola. A evaporação ou volatilização dos resíduos animais liberam NH3 na atmosfera. Este processo frequentemente resulta na deposição de amônia perto da fonte de emissão. No entanto, o NH3 pode ser convertido em amônia particulada que pode ser transportada e depositada como deposição úmida e seca a centenas de quilômetros de distância da fonte de emissão.

Além de alterar negativamente a química do solo, a deposição ácida tem demonstrado afetar diretamente algumas espécies arbóreas. Árvores de abeto vermelho (Picea rubens) encontradas em altitudes mais elevadas no leste dos Estados Unidos são prejudicadas por ácidos que lixiviam cálcio das membranas celulares nas suas agulhas, tornando as agulhas mais susceptíveis a danos causados pelo congelamento durante o Inverno. Os danos são muitas vezes maiores nas regiões montanhosas, porque estas áreas frequentemente recebem mais depósitos ácidos do que as áreas mais baixas e o ambiente de inverno é mais extremo. As regiões montanhosas estão sujeitas a nuvens altamente ácidas e à névoa da água, juntamente com outras tensões ambientais.

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Além disso, o abeto vermelho pode ser danificado pelo aumento da concentração de alumínio tóxico no solo. Estes processos podem reduzir a absorção de nutrientes pelas raízes das árvores. As populações de ácer (Acer saccharum) também estão a diminuir no nordeste dos Estados Unidos e em partes do leste do Canadá. Altas concentrações de alumínio no solo e baixas concentrações de cálcio no solo, resultantes da deposição ácida, têm sido implicadas neste declínio. Outras árvores nesta região que são negativamente afetadas pela deposição ácida incluem aspen (Populus), bétula (Betula), e cinzas (Fraxinus).

Alguns cientistas argumentam que a deposição ácida pode influenciar a geologia de algumas regiões. Um estudo de 2018 examinando o deslizamento de terra Jiweishan 2009 no sudoeste da China propôs que a chuva ácida pode ter enfraquecido uma camada de xisto que separou as camadas rochosas que continham um aquífero acima das camadas rochosas que continham uma mina abaixo, o que fez com que uma grande massa de rocha escorregasse da encosta da montanha e matasse 74 pessoas.

Quais são os efeitos da chuva ácida nas estruturas feitas pela humanidade?

A deposição ácida também afeta as estruturas feitas pelo homem. Os efeitos mais notáveis ocorrem no mármore e calcário, que são materiais de construção comuns encontrados em muitas estruturas históricas, monumentos e lápides. O dióxido de enxofre, um precursor ácido da chuva, pode reagir diretamente com o calcário na presença de água para formar gesso, que eventualmente se desprende ou é dissolvido pela água. Além disso, a chuva ácida pode dissolver o calcário e o mármore através do contato direto.

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