HUJAN ASAM: BAGAIMANA PEMBENTUKANNYA, KOMPOSISI, REAKSI DAN EFEKNYA - LINGKUNGAN HIDUP - 2025

The hujan asam adalah hujan basah atau kering zat yang menghasilkan pH di bawah 5,6. Curah hujan ini bisa basah (diencerkan dalam air hujan) atau kering (pengendapan partikulat atau aerosol).

Istilah "hujan asam" pertama kali dikemukakan oleh peneliti Inggris Robert Angus Smith pada tahun 1850, di tengah Revolusi Industri. Asam paling melimpah yang terbentuk di atmosfer adalah asam nitrat dan sulfat melalui oksidasi polutan alami atau buatan.

Peta hujan asam. Sumber: Alfredsito94

Polutan yang paling relevan adalah oksida: NO2, NO3, SO2, yang sumber alaminya adalah letusan gunung berapi, kebakaran hutan, dan degradasi bakteri. Sumber buatan adalah emisi gas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil (kegiatan industri dan lalu lintas mobil).

Hujan asam menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan seperti pengasaman tanah dan perairan, mempengaruhi makhluk hidup, termasuk manusia. Selain itu, tanah dan air terkontaminasi logam berat, dan eutrofikasi terjadi di badan air.

Pada tingkat vegetasi, terjadi kerusakan langsung pada daun dan terpengaruh pertumbuhan tanaman. Selain itu, pengasaman tanah melumpuhkan unsur hara dan mempengaruhi mikoriza (jamur tanah). Demikian pula, bangunan, mesin, monumen, dan karya seni yang terkena unsur-unsur tersebut berkarat parah atau terkikis oleh pengaruh asam yang diendapkan.

Untuk mengatasi pengaruh hujan asam, beberapa tindakan penting dapat diambil seperti melindungi monumen dan mengoreksi pengasaman tanah dan air. Namun, solusi dasar untuk hujan asam adalah dengan mengurangi emisi senyawa kimia yang merupakan prekursor pembentukan asam ke atmosfer ke atmosfer.

Bagaimana hujan asam terbentuk?

Kabut asam karena emisi SO2 dari kilang PDVSA di Curaçao. Sumber: HdeK

Prekursor kimiawi

Fenomena hujan asam diawali dengan emisi senyawa kimia yang merupakan prekursor pembentukan asam ke atmosfer. Senyawa ini dapat dipancarkan oleh sumber alami atau buatan.

Sumber alam meliputi letusan gunung berapi, kebakaran vegetasi, dan emisi laut. Sebagai sumber buatan bertindak emisi industri, emisi dari kendaraan bermotor pembakaran atau pembakaran limbah.

Sumber-sumber ini memancarkan berbagai senyawa yang dapat menghasilkan asam di atmosfer. Namun yang terpenting adalah nitrogen oksida dan sulfur oksida.

Nitrogen oksida dikenal sebagai NOx, dan termasuk nitrogen dioksida (NO2) dan dinitrogen oksida (NO). Untuk bagiannya, sulfur oksida adalah SO2 atau sulfur dioksida.

Proses troposfer dan asam yang dihasilkan

Fenomena hujan asam terjadi di troposfer (zona atmosfer yang berpindah dari permukaan bumi hingga ketinggian 16 km).

Di troposfer, aliran udara dapat membawa senyawa ini ke bagian mana pun di planet ini, menjadikannya masalah global. Dalam proses ini, nitrogen dan sulfur oksida berinteraksi dengan senyawa lain untuk membentuk asam nitrat dan asam sulfat.

Dukungan reaksi

Reaksi kimia dapat dilakukan baik pada partikel padat dalam suspensi atau dalam tetesan air dalam suspensi.

Asam nitrat terbentuk terutama dalam fase gas, karena kelarutannya yang rendah dalam air. Pada bagiannya, asam sulfat lebih mudah larut dalam air, menjadi penyusun utama hujan asam.

Asam sendawa

Untuk pembentukan asam nitrat (HNO3), nitrogen oksida bereaksi dengan air, dengan radikal seperti OH (pada tingkat yang lebih rendah dengan HO2 dan CH3O2), atau dengan ozon troposfer (O3).

Asam belerang

Dalam kasus produksi asam sulfat (H2SO4), radikal OH, HO2, CH3O2, air dan ozon juga berpartisipasi. Selain itu, dapat dibentuk dengan mereaksikan dengan hidrogen peroksida (H2O2) dan berbagai oksida logam.

Asam karbonat

H2CO3 dibentuk oleh reaksi fotokimia karbon dioksida dengan air atmosfer.

Asam hidroklorik

HCl hanya mewakili 2% dari hujan asam, dan prekursornya adalah metil klorida (ClCH3). Senyawa ini berasal dari lautan dan dioksidasi oleh radikal OH membentuk asam klorida.

Pengendapan

Setelah senyawa asam (asam nitrat atau asam sulfat, dan asam klorida pada tingkat yang lebih rendah) telah terbentuk, mereka akan mengendap.

Pengendapan dapat dilakukan dengan pengendapan partikel tersuspensi di mana reaksi pengasaman telah terjadi dalam fasa gas. Cara lain adalah agar air yang terkondensasi mengendap di hujan tempat asam terbentuk.

Komposisi

Keasaman alami hujan mendekati pH 5,6, meskipun di beberapa daerah yang tidak tercemar nilai 5. Nilai pH rendah ini telah dikaitkan dengan keberadaan asam yang berasal dari alam.

Diperkirakan bahwa tergantung pada tingkat pH, hujan dapat diklasifikasikan menjadi:

a) Sedikit asam (pH antara 4,7 dan 5,6)
b) Asam sedang (pH antara 4,3 dan 4,7)
c) Sangat asam (pH kurang dari atau sama dengan 4,3).

Jika hujan memiliki konsentrasi> 1,3 mg / L untuk nitrat dan> 3 mg / L untuk sulfat, kontaminasi dianggap tinggi.

Hujan asam terbentuk di lebih dari dua pertiga kasus dengan adanya asam sulfat, diikuti dalam kelimpahan oleh asam nitrat. Komponen lain yang dapat berkontribusi terhadap keasaman hujan adalah asam klorida dan asam karbonat.

Reaksi kimiawi hujan asam

Pembentukan asam sulfat (H2SO4)

Produksi asam sulfat dapat terjadi dalam fase gas atau fase cair.

Fase gas

Hanya 3 sampai 4% SO2 yang teroksidasi dalam fasa gas untuk menghasilkan asam sulfat. Terdapat banyak jalur pembentukan asam sulfat dari gas prekursor, disini diperlihatkan reaksi SO2 dengan ozon troposfer.

Reaksi terjadi dalam dua tahap:

1.- Sulfur dioksida bereaksi dengan ozon troposfer, menghasilkan sulfur trioksida dan melepaskan oksigen.

SO2 + O3 = SO3 + O2

2.- Kemudian sulfur trioksida teroksidasi dengan uap air dan menghasilkan asam sulfat.

SO3 + H2O = H2SO4

Fase cair

Dalam tetesan air yang akan membentuk hujan, asam sulfat dapat diproduksi dengan beberapa cara:

1.- SO2 larut dalam air menghasilkan asam sulfat, dan ini dioksidasi oleh hidrogen peroksida:

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.- Mekanisme Fotokatalitik: Dalam hal ini, partikel oksida logam (besi, seng, titanium) diaktifkan berkat aksi sinar matahari (aktivasi fotokimia) dan mengoksidasi asam sulfat yang menghasilkan SO2.

Pembentukan asam nitrat (HNO3)

Ozon troposfer O3 menghasilkan transformasi NO2 menjadi HNO3 dalam proses tiga tahap:

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2
2.- NO3 + NO2 = N2O5
3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

Efek terhadap lingkungan

Pengaruh hujan asam di hutan di Pegunungan Jizera di Republik Ceko. Sumber: Lovecz

Pengasaman tanah dan pengaruhnya terhadap vegetasi

Pengaruh hujan asam pada tanah bervariasi tergantung komposisinya. Misalnya, tanah berkapur, basaltik dan beku memiliki kapasitas lebih besar untuk menetralkan keasaman.

Sementara itu, tanah yang kaya kuarsa sebagai bahan inert tidak mampu mengatur kandungan asam. Jadi, di tanah di mana hujan asam meningkatkan keasaman, ion logam yang beracun bagi tumbuhan dan hewan dilepaskan dan terbawa.

Kasus yang relevan adalah pelarutan aluminosilikat, yang melepaskan ion aluminium yang sangat berbahaya bagi tumbuhan.

Secara umum keasaman tanah menurunkan ketersediaan hara bagi tanaman. Selain itu, ini mendorong pelepasan dan pencucian kalsium, yang menyebabkan kekurangan pada tanaman.

Efek pada akuifer dan kesehatan manusia

Dalam kebanyakan kasus, hujan asam tidak terlihat atau terasa berbeda dari hujan biasa, juga tidak menimbulkan sensasi pada kulit. Dampaknya pada kesehatan manusia tidak langsung, dan jarang menyebabkan kerusakan kulit karena keasaman yang ekstrim.

Salah satu masalah dengan hujan asam adalah dengan menurunkan nilai pH di bawah 5, logam berat dilepaskan dan terbawa. Polutan ini seperti aluminium dan kadmium dapat masuk ke akuifer bawah tanah.

Jika air dari akuifer yang tercemar ini masuk ke sumur yang digunakan untuk konsumsi manusia, ini dapat menyebabkan kerusakan kesehatan yang serius.

Kerusakan bangunan, monumen dan material

Gargoyle rusak karena hujan asam. Sumber: Nino Barbieri

Jenis batu berkapur

Konstruksi, monumen, dan pahatan yang terbuat dari batu kapur atau marmer sangat terpengaruh oleh hujan asam. Ini cukup serius, karena banyak bangunan bersejarah dan karya seni dibangun dengan bahan-bahan tersebut.

Dalam kasus batugamping, hujan asam menyebabkan pembubaran batugamping dan menyebabkan rekristalisasi kalsit. Rekristalisasi ini menghasilkan nada keputihan di permukaan.

Dalam kasus khusus hujan dengan asam sulfat, fenomena sulfasi terjadi. Melalui proses ini, permukaan batuan diubah menjadi gipsum dan dilepaskan CO2.

Marmer, meski lebih tahan, juga terkena hujan asam. Dalam hal ini, pengelupasan batu terjadi, itulah sebabnya lapisan superfisialnya terlepas.

Bahan non-korosif lainnya

Di beberapa bangunan kerusakan struktural kecil, tetapi juga dengan efek negatif. Misalnya, endapan asam kering membuat dinding menjadi kotor sehingga menambah biaya perawatan.

Logam

Hujan asam menyebabkan korosi pada logam akibat fenomena oksidasi. Hal ini menyebabkan kerugian ekonomi yang sangat besar, karena struktur, peralatan, mesin dan kendaraan dengan bagian logam sangat terpengaruh.

Tumbuhan dan Hewan

Ikan mati karena hujan asam. Sumber: Layanan Ikan dan Margasatwa Amerika Serikat.

Hujan asam mengubah keseimbangan alami ekosistem perairan dan darat.

Tumbuhan dan hewan di badan air lentik

Badan air lentik lebih rentan terhadap pengasaman, karena merupakan ekosistem tertutup. Selain itu, penumpukan asam di dalam air memiliki konsekuensi negatif pada kehidupan yang ditampungnya.

Akibat lain dari pengasaman adalah pengendapan nitrat melalui hujan, yang menyebabkan eutrofikasi di perairan. Nutrisi yang berlebihan mengurangi ketersediaan oksigen dan berdampak buruk pada kelangsungan hidup hewan air.

Efek negatif tidak langsung lainnya adalah masuknya ion logam berat dari lingkungan darat ke badan air. Ion-ion ini dilepaskan ke dalam tanah melalui aksi ion hidronium ketika keasaman meningkat.

Ketersediaan vegetasi dan nutrisi

Masalah paling serius yang disebabkan oleh pengasaman tanah adalah imobilitas unsur hara esensial dan peningkatan logam beracun.

Misalnya, aluminium dan magnesium dilepaskan dari partikel tanah dengan digantikan oleh hidrogen. Aluminium mempengaruhi struktur dan fungsi akar dan mengurangi penyerapan kalsium penting bagi tanaman.

Di sisi lain, pengasaman tanah menyebabkan kerusakan pada mikoriza (jamur yang berhubungan dengan akar), yang sangat penting dalam dinamika hutan.

Kerusakan langsung pada tumbuhan dan hewan

Asam sulfat menyebabkan kerusakan langsung pada daun dengan menurunkan klorofil dan menghasilkan klorosis (daun menguning). Pada beberapa spesies, pertumbuhan dan produksi benih yang layak menurun.

Amfibi (katak dan kodok) sangat rentan terhadap efek keasaman dalam air. Beberapa kerusakan adalah luka langsung dan penurunan pertahanan terhadap patogen (terutama jamur kulit).

Solusi

Kurangi emisi

Intinya untuk hujan asam adalah mengurangi emisi bahan kimia prekursor asam ke lingkungan. Yang terpenting di antaranya adalah sulfur dan nitrogen oksida.

Namun, hal ini memiliki beberapa kesulitan, karena berimplikasi pada kepentingan ekonomi dan pembangunan perusahaan dan negara. Misalnya, salah satu sumber utama sulfur dioksida adalah pembakaran batu bara, yang menyumbang lebih dari 70% energi di Cina.

Ada beberapa alternatif teknologi yang dapat membantu mengurangi emisi. Misalnya, dalam industri yang disebut "lapisan terfluidisasi" menggabungkan penyerap (batu kapur atau dolomit) yang menahan SO2. Dalam kasus kendaraan bermotor dan mesin pembakaran secara umum, kepatuhan pada catalytic converter juga membantu mengurangi emisi SO2.

Di sisi lain, beberapa negara telah melaksanakan program khusus untuk mengurangi hujan asam. Misalnya, Amerika Serikat mengembangkan National Acid Precipitation Assessment Program (NAPAP). Di antara beberapa langkah yang direncanakan oleh NAPAP adalah penerapan penggunaan bahan bakar sulfur rendah.

Tindakan lain yang mungkin dilakukan adalah penggantian armada kendaraan dengan mobil listrik untuk mengurangi hujan asam dan pemanasan global. Namun, meskipun ada teknologi untuk mencapai hal ini, tekanan dari industri otomotif dan minyak telah menunda keputusan terkait hal ini. Faktor lain yang mempengaruhi adalah unsur budaya yang berkaitan dengan kecepatan kendaraan yang diharapkan untuk dicapai.

Lakukan tindakan koreksi keasaman

Dalam beberapa kasus, pH tanah dan air dapat ditingkatkan dengan menambahkan basa, misalnya dengan memasukkan kapur dalam jumlah besar. Namun, praktik ini tidak dapat dilakukan di area lahan yang sangat luas.

Perlindungan permukaan

Batu

Ada berbagai metode untuk melindungi atau setidaknya mengurangi kerusakan batu akibat pengaruh hujan asam. Salah satunya dengan cara mencucinya dengan uap atau air panas.

Agen kimia seperti asam fluorida atau amonium bifluorida juga dapat digunakan. Setelah dicuci bersih, batu tersebut dapat ditutup dengan menggunakan produk khusus yang menyumbat pori-pori, seperti barium hidroksida.

Logam

Permukaan logam yang mudah terkorosi dapat dilindungi dengan melapisinya dengan logam non-korosif seperti seng.

Untuk ini, elektrodeposisi dapat diterapkan, atau struktur logam yang akan dilindungi dapat direndam dalam logam pelindung dalam keadaan cair.

Referensi

1. Espada L dan A. Sánchez (1995). Pengaruh hujan asam pada korosi logam. hal. 145-171. Dalam: Sastre de Vicente M. (Coord.) Elektrokimia dan lingkungan di ambang abad XXI. Universitas La Coruña. Layanan Publikasi. La Coruña, Spanyol.
2. García-Ruiz G (2018). Perlindungan struktur bangunan di atmosfer korosif. Proyek Akhir Gelar di Teknik di Teknologi Industri. Universitas Politeknik Cartagena. Sekolah Teknik Industri Tinggi. Cartagena, Spanyol. 75 hal.
3. Granados-Sánchez D, GF López-Ríos dan MA Hernández-García (2010). Ekosistem hujan asam dan hutan .. Revista Chapingo Kehutanan dan Ilmu Lingkungan Seri 16: 187-206.
4. Menyamakan GE, CT Driscoll dan DC Buso (1996). Pengaruh Jangka Panjang Hujan Asam: Respon dan Pemulihan Ekosistem Hutan. Sains, 272; 244–246.
   Menyamakan GE dan FH Bormann (1974). Hujan Asam: Masalah Lingkungan Daerah Yang Serius. Sains, 184: 1176-1179.
5. Schindler DW (1988). Pengaruh Hujan Asam pada Ekosistem Air Tawar. Sains, 239: 149-157.
6. Vélez-Upegui JJ, MC Valencia-Giraldo, A Londoño-Carvajal, CM González-Duque, JP Mariscal-Moreno (2010). Polusi udara dan hujan asam. Diagnosis fenomena di kota Manizales. Fakultas Teknik dan Arsitektur. Universitas Nasional Kolombia. Markas Manizales. Editorial Blanecolor Ltda. Edisi pertama. Manizales, Kolombia. 150 hal.