Happamoituminen

Happamoituminen tarkoittaa elinympäristön kuten järven tai metsämaan vähentynyttä kykyä neutraloida happoja, minkä seurauksena pH alenee eli vesi tulee happamaksi.  Happamoituminen on luonnollinen prosessi kasvien vaihtaessa maan ravinnekationeja vety­ioneihin sekä ilman hiilidioksidin liuetessa maaveteen hiili­hapoksi. Happamoitumista aiheuttaa myös happamoittavien yhdisteiden laskeuma, jota tulee luonnon lähteiden lisäksi merkittäviä määriä ihmistoiminnan seurauksena. Happamoitumisesta on monin paikoin muodostunut vakava ympäristöongelma, koska maan alentunut pH-tila heikentää anionisten ravinteiden saatavuutta kasveille ja lisää monille eliöille myrkyllisten alumiini- ja raskasmetallikationien liukoisuutta.
Happamoittavia yhdisteitä ovat esimerkiksi typen oksidit, rikkidioksidi ja kasvien erittämät orgaaniset hapot. Mainittuja oksideja vapautuu energian­tuotannon, teollisuuden ja liikenteen polttoaineista sekä tulivuorten purkauksista. Maaperän typpimäärää lisää myös lannoitteiden käyttö maanviljelyssä. Ammoniakkia tulee pääasiassa maanviljelyn lannoitteista ja varsinkin huonosti säilötystä karjanlannasta. Ilmavirtaukset saattavat viedä päästöistä johtuvat happamat tai happamoittavat yhdisteet jopa tuhansien kilometrien päähän, jolloin saasteen tuottaja ei ole välitön kärsijä.
Typpiyhdisteiden käyttö aiheuttaa happamoitumisen lisäksi myös vesistöjen rehevöitymistä. Rehevöitymisestä seuraa mm. vesistöjen samenemista, vesikasvien ja leväkukintojen määrän lisääntymistä, talvista happikatoa sekä muutoksia ja uhkia ekosysteemiin.

Hapan laskeuma

Hapan laskeuma tarkoittaa fossiilisia polttoaineita poltettaessa syntyvien rikkioksidien ja typen oksidien laskeutumista. Hapan laskeuma voi olla joko kuivalaskeumaa tai märkälaskeumaa eli happosadetta.
Suurin osa Suomeen tulevista happamoittavista laskeumista tulee muualta Euroopasta (n. 39 %), kun taas Suomen omien päästöjen osuus on noin 17 %.

Happosateet

Happosateet tai hapan sade on määritelmän mukaan sadetta jonka pH on alle 5,6. Tavallisestikin sadeveden luontainen pH on hiukan hapan (Vähän alle 6), koska ilmakehän hiilidioksidi liukenee sadeveteen ja muodostaa hiilihappoa, joka on heikko happo. Happosateen aiheuttavat ilmansaasteet, etenkin rikki- ja typpipäästöt, joita tulee ennen kaikkea fossiilisten polttoaineiden polton yhteydessä polttoaineen epäpuhtautena sisältämän rikin ja ilmakehän luontaisen typen palaessa korkeassa lämpötilassa. Reagoidessaan yläilmakehässä otsonin kanssa nämä poltosta syntyneet rikin ja typen dioksidit muodostavat rikki- ja typpitrioksideja, jotka edelleen veden kanssa reagoidessaan muuttuvat rikki- ja typpihapoksi. 
Teollisuuden aiheuttamat happosateet ovat edelleen suuri ongelma Kiinassa, Koreassa, Venäjällä ja Itä-Euroopassa. Englannin ja Ruhrin alueen tilanne on paranemaan päin. Vuodesta 1980 vuoteen 1995 Euroopan rikkidioksidipäästöt vähenivät puoleen. Pohjois-Amerikassa maksimi oli jo 1970-luvulla, sen jälkeen päästöt ovat vähentyneet noin 40 prosenttia.

Aiheuttajat

Rikkidioksidipäästöjen merkittävin lähde on kivihiilikäyttöiset voimalaitokset. Näistä kuitenkin oksidit voidaan rikinpoistolaitosten avulla pääosin poistaa savukaasuista, jopa yli 90-prosenttisesti. Liikenteen polttoaineista rikkiä voidaan poistaa jo valmistusvaiheessa. Yleisesti ottaen rikinpoistolaitteet tulivat käyttöön 1980-luvulla. Silloin sulfaattien määrä laski.
Typen oksideja, kuten typpidioksidia (NO₂) taas syntyy yleisesti palamisreaktioiden sivutuotteina, kun ilmassa olevat typpi ja happi reagoivat keskenään. Typen oksidien päästöjä on alettu vähentää 1990-luvulla, kun uudenlaiset typen määrää karsivat polttimet sekä katalysaattorit tulivat käyttöön.

Vahingot

Happamoitumisella on monia haittavaikutuksia. Hapan sadevesi aiheuttaa vaurioita eritoten luonnon ekosysteemeille. Hapan sadevesi muun muassa tuhoaa sienirihmastoja sekä puiden hennoimpia juuria, jolloin sienet sekä niiden kanssa symbioosissa olevat puut vaurioituvat. Lisäksi havupuut harsuuntuvat, eli tiputtavat neulasensa. Happamoituminen vahingoittaa myös maaperässä olevia maaperäeliöitä. Ravinteet huuhtoutuvat metsästä aluksi hieman paremmin, mutta lopulta ne alkavat huuhtoutua liian hyvin, puiden ja kasvien juurien ulottumattomiin.
Happosateen seurauksena maaperässä normaalisti maapartikkeleiden pinnoille kationeina sitoutuneet eliöille haitalliset raskasmetallit alumiini, kupari, sinkki ja kadmium mobilisoituvat pH:n laskiessa ja huuhtoutuvat edelleen vesistöihin, joissa alumiini-ionit voivat aiheuttaa kalakuolemia. Vesistöissä pH:n lasku alle arvon 6 aiheuttaa haittavaikutuksia erityisesti kalkkikuorisille eliöille, kuten kotiloille, simpukoille ja äyriäisille. Pitkäaikainen pH:n lasku alle arvon 5 tuhoaa suurimman osan eliöstöstä. Aikuiset kalat voivat sinnitellä happamoituneessa vesistössä pitempään, mutta niiden lisääntyminen estyy pH:n ollessa alle 5. Eräät viherlevät ja rahkasammalet sitä vastoin kasvavat hyvin näissäkin oloissa.

Ehkäiseminen ja hoito

Vesistöt ja maaperä voivat vastustaa happamoitumista tiettyyn rajaan asti. Sitä ominaisuutta kutsutaan puskurikyvyksi. Puskurikyvyllä varustettuun liuokseen on mahdollista tiettyyn rajaan asti lisätä happoa tai emästä ilman, että liuoksen pH muuttuu. Luonnonvesien puskurikyky on vetykarbonaatti-ioneissa. Ne muodostavat reagoidessaan hapon sisältämän oksoniumionin kanssa hiilidioksidia ja vettä.
Vetykarbonaatti-ioneja muodostuu hiilidioksidin imeytyessä veteen. Reaktio toimii myös toiseen suuntaan, sillä oksoniumionin kanssa reagoidessaan syntyy uudestaan hiilidioksidia ja vettä.
Happamoitumista voidaan torjua muun muassa säästämällä sähköä, käyttämällä vähärikkisiä polttoaineita, poistamalla rikkiä savukaasuista, käyttämällä katalysaattoreita, laskemalla palamislämpötiloja, suosimalla joukkoliikennettä sekä rajoittamalla maatalouden ja teollisuuden ammoniakkipäästöjä. Koska happamoituminen koskettaa koko maailmaa, on kansainvälinen yhteistyö tälläkin saralla välttämätöntä.
Happamoitumista hoidetaan kalkittamalla metsiä, viljelymaita ja vesistöjä. Kalkki on kalsiumin oksidi, CaO, joka muodostaa veden kanssa emäksisen liuoksen, kalsiumhydroksidin [Ca(OH)₂].

Happamoituminen Euroopan niemimaalla

Euroopassa happamoitumiseen ensimmäisen kerran herättiin jo 1960-luvulla, kun vesistöjen tila Pohjoismaissa huononi. Syylliseksi todettiin Manner-Euroopasta kulkeutuneet rikkidioksidipäästöt.
Suurimmat päästöt 1980-luvulla Euroopassa olivat entisen Neuvostoliiton ja Itä-Saksan alueilla, Isossa-Britanniassa, Tšekin alueella ja Espanjassa. Happamimmat sateet eivät välttämättä ole pahimpien päästölähteiden alueilla, vaan päästöt leviävät märkälaskeumana ympäri Eurooppaa. Happamimpia sateita on ollut lähinnä Länsi-Euroopassa, vähiten happamia Pohjolassa, Keski-Euroopassa happamuusasteet ovat olleet siltä väliltä. Mitä vähemmän päästöjä valtiolla on, sitä suurempi osa rikkilaskeumasta tulee muualta kuin omasta maasta.
Termi Musta kolmio otettiin 80-luvulla käyttöön tuolloisten sosialistimaiden Puolan, Tšekkoslovakian ja DDR:n rajoilla olevasta alueesta, jossa näiden maiden ruskohiilivoimaloiden sekä kemian- ja metallitehtaiden keskittymä "myrkytti asukkaita ja luontoa vuosikymmeniä". "Taivaalta satoi toisinaan silkkaa happoa! Pisarat syövyttivät läiskiä koivujen ja pyökkien lehtiin—metsien kuoltua kotitaloudet kärsivät vesipulasta". Eräskin lastenlääkäri kertoi, että neljännes hänen potilaistaan kärsi hengitystiesairauksista ja astmasta. Ei-sosialistisissakin Euroopan maissa oli samansuuntaisia haittoja, mutta päästöt rajoitettiin turvallisemmalle tasolle julkisen mielipiteen vaikutuksesta.