Streven. Vlaamse editie. Jaargang 49

[p. 548]

Continentale luchtvervuiling
Henk Jans

Het moet al lang voor iedereen duidelijk zijn dat stromen en rivieren zich hoegenaamd niet storen aan regionale of nationale grenzen die de mens door hun afwateringsgebied getrokken heeft. Nog steeds is het mogelijk en zelfs gebruikelijk dat één land, in naam van de nationale soevereiniteit, een waterloop grondig vervuilt en die vervuiling dan straffeloos doorspeelt naar de stroomafwaarts gelegen buurlanden. De buur die als laatste in de rij komt is er dan vaak beroerd aan toe: denken wij maar aan Nederland dat nog altijd met het zwaar verzilte Rijnwater opgescheept zit.

Minder bekend is het feit dat ook luchtvervuiling vérreikende, internationale allures kan aannemen. En helemaal onverwacht was de bevinding dat dat soort vervuiling bijzonder nare gevolgen kan hebben op continentale schaal: niet alleen in de onmiddellijke buurt van de vervuilingshaarden maar honderden tot duizenden kilometers daar vandaan. Dat hebben tot hun schade o.m. de Noren en Zweden ervaren¹

Sinds het begin van de jaren vijftig liet het Internationaal Meteorologisch Instituut (IMI) van Stockholm systematisch metingen uitvoeren over de kwaliteit van de neerslag (regen en sneeuw) in 175 meetstations, over West- en Midden-Europa verspreid. Dat initiatief was ingegeven door de zorg om de vrij plotse en massale vissterfte in duizenden meren en meertjes van Zuid-Scandinavië. De metingen toonden aan dat in de loop van een paar decennia de regen in Scandinavië almaar ‘zuurder’ geworden is, en dat die zure regen (acid rain) de flora en fauna van ongerept gewaande natuurgebieden verstoord en ten dele al vernietigd heeft. De metingen in de rest van Europa verricht toonden even ondubbelzinnig aan dat de zure regen een gevolg was van de enorme massa's zwavel- en

1 Cfr. Impact of Acid Precipitation on Forest and Freshwater Ecosystems in Norway, Edit. F.H. Braekke, SNSF Project, Research Report FR/76, Oslo, 1976; Svante Odén, The Acidity Problem - An Outline of Concepts, 1976, Vol. 6, nrs. 2, 3, 4, pp. 137-166.

[p. 549]

stikstofdioxyde, bij de verbranding van fossiele brandstoffen ontstaan én grotendeels afkomstig van de verstedelijkte en/of geïndustrialiseerde gebieden in Groot-Brittannië, Noord-Frankrijk, België, Nederland, beide Duitslanden, Polen en Tsjecho-Slovakije. Vanzelfsprekend had men in al die landen eveneens met zure - en vaak nog zuurdere - neerslag af te rekenen, maar de gevolgen daarvan waren er meestal minder opvallend en zelfs de facto minder erg dan in Scandinavië, waar de aparte geologische ondergrond niet opgewassen blijkt te zijn tegen de veranderende kwaliteit van de neerslag zoals die vanuit het zuidwesten en zuiden wordt aangevoerd.

Zuur en zuurder

De zuurgraad van een waterige oplossing pleegt men aan te geven door de zogeheten pH-waarde. Het zure karakter hangt immers af van de concentratie van waterstofionen in de oplossing (gesymboliseerd door vierkante haakjes [H⁺]. In heel zuiver - chemisch neutraal - water is een uiterst geringe hoeveelheid watermoleculen in ionen gedissocieerd: een liter water bevat een tienmiljoenste (10-⁷) gramion van zowel H⁺ als OH-. Uit de leer van de chemische evenwichten volgt dat het ‘ionenprodrukt’ (het produkt van beide concentraties) een constante is, gelijk aan 10-¹⁴ of: [H⁺]x[OH-]= 10-¹⁴ in àlle gevallen. De grotere concentratie van één ion brengt dus een evenredige kleinere concentratie van het andere ion met zich: neemt b.v. [H+] tien maal toe (van 10-⁷ tot 10-⁶), dan neemt [OH-] evenveel af (van 19-⁷ tot 10-⁸). Daar een oplossing zuurder wordt naarmate de waterstofionenconcentratie groter wordt (dan 10^-7), stelde Sörensen al in 1909 voor, de zuurgraad van een oplossing aan te geven door de exponent van tien (mét omgekeerd teken) waarin die concentratie wordt uitgedrukt. Dat heet bij definitie de pH van de oplossing. Aan waterstofionenconcentraties van 10^-6, 10^-5, 10^-4... 10⁰ (= 1) beantwoorden dus Ph-waarden van 6, 5, 4... 0. Een neutrale oplossing heeft een pH gelijk aan 7. Hogere waarden - tot en met 14 - wijzen op een almaar basischer oplossing. Er zal hier in het vervolg dus steeds sprake zijn van de verandering in pH van de neerslag in West-Europa en Noord-Amerika. En om maar dadelijk een paar uitschieters te noemen: de vooralsnog zuurste gemeten neerslag viel tijdens een storm te Pitlochry in Schotland in april 1974: de pH bedroeg 2, 4, wat overeenkomt met de zuurgraad van azijn; het laagste jaargemiddelde, nl. 3,78 werd in 1967 genoteerd in de Bilt in Nederland.

[p. 550]

Normale en abnormale neerslag

Hoe zou een ‘normale’ neerslag er moeten uitzien? Oorspronkelijk bestaat de waterdamp uit nagenoeg ‘gedistilleerd’ water met pH×7. Maar het in de atmosfeer aanwezige koolstofdioxyde (CO₂) lost zich ten dele in die waterdamp op en vormt mét water het zwakke zuur, koolzuur (H₂CO₃), dat in beperkte mate dissocieert in waterstofionen H⁺ en bicarbonaationen (HCO₃)^-. Onder normale omstandigheden van druk en concentratie wordt de pH van de neerslag door het aanwezige koolzuur verlaagd tot de waarde 5,6: die lichtjes ‘zure’ kwaliteit van regen en sneeuw geldt als ‘natuurlijk’, aangezien dat proces ettelijke eeuwen lang de normale gang van zaken geweest is. Men gewaagt pas van ‘zure regen’ wanneer de pH van de neerslag beneden 5,6 gezonken is.

Het staat buiten kijf dat, althans in Europa en Noord-Amerika, de pH van de neerslag gevoelig gedaald is, dat de neerslag veel zuurder geworden is sinds het begin van de industriële revolutie. In het ijs van gletsjers en ijskappen zit water ingevroren dat in boorkernen onderzocht, gedateerd en geanalyseerd kon worden. Zwitserse glaciologen constateerden op Groenland dat 180 jaar geleden ingevroren water een pH had variërend van 6 tot 7,6. Op het eerste gezicht kan het verwonderlijk lijken dat waarden aangetroffen werden die hoger liggen dan de hier eerder beschreven ‘normale’ waarde 5,6. Maar dat was en is niet zo uitzonderlijk in de natuur: de zuurgraad van de échte neerslag hangt af van een groot aantal, min of meer lokale bij-mengingen van stofdeeltjes en andere ionen, die door de wind werden aangevoerd vanop het zee- of landoppervlak. Zo blijkt de neerslag boven kalksteengebieden (door de opname van calciumionen) gemakkelijk een pH te bereiken ver boven 6. Omgekeerd kan de neerslag in de buurt van vulkanen, door de uitwasemingen van zwaveldioxyde en zwavelwaterstof die mét zwater zwavelzuur vormen, pH-waarden opleveren die gevoelig lager liggen dan 5,6. Maar dat zijn in de natuur eerder uitzonderlijke en geografisch wel omschreven gevallen. De in West- en Midden-Europa uitgevoerde metingen toonden aan dat de neerslag er sinds het begin van de jaren vijftig 5 tot 30 maal zuurder geworden is, met tijdelijke pieken van regen- of sneeuwstormen, die honderden tot duizend maal zuurder waren dan normaal. Vergeten wij niet dat de pH bij definitie een logaritmische schaal is: een oplossing met pH = 3 is duizend maal zuurder dan een met pH = 6. Op twintig jaar tijd heeft de neerslagzone met een pH variërend van 4,5 tot 4, eertijds gelokaliseerd in de Beneluxlanden, zich uitgebreid tot bijna geheel Duitsland, Noord-Frankrijk, het midden van Groot-Brittannië én het zuiden van

[p. 551]

Scandinavië. En deze uitbreiding verliep volkomen parallel met de gemeten toename van zwavel- en stikstofdioxyde in lucht- en bodemmonsters van de Britse, West- en Middeneuropese gebieden. Tussen 1955 en 1963 steeg - als prijs voor de economische groei van de gouden jaren? - de zwaveldioxydeconcentratie in de Westeuropese atmosfeer met gemiddeld 5% per jaar en bleef sindsdiend nagenoeg constant. De stikstofdioxyde-concentratie blijft sinds 1955 toenemen met ongeveer 4% per jaar, tot op vandaag. Men schat dat 90% van beide oxyden in de Europese atmosfeer aan menselijke activiteit te wijten is. Met de waterdamp in de atmosfeer vormen die oxyden de sterke zuren, zwavelzuur en salpeterzuur. Die zure waterdamp wordt honderden kilometers ver door de wind meegevoerd, over zeeën of landoppervlakten met gering reliëf, vooraleer hij als zure regen neerkomt op de eilanden, vastelanden en vooral de eerste gebergten die hij op zijn weg ontmoet. In het begin van de jaren zeventig werd in het relatief ongerepte Hoge Noorden van Zweden nog een pH van 5,4 gemeten, maar in het zuiden van Zweden schommelde die toen al tussen de (catastrofale) waarden 4,12 en 4,32. En in 1974 mat men tegelijk in Ierland en aan de Westkust van Noorwegen een pH van 3,5².

2 Cijfers ontleend aan G.E. Likens, R.F. Wright, J.N. Galloway, T.J. Butler, Acid Rain, in Scientific American, okt. 1979, pp. 39-47.

Scandinavië betaalt het gelag

Waarom zijn vooral de Scandinavische landen zo gevoelig voor - en geïrriteerd door - de zure regen die de rest van Europa hun bezorgt? Dat is een verhaal apart. De geologische ondergrond van Scandinavië behoort tot de oudste van ons continent en bestaat grotendeels uit ‘zure’ gesteenten zoals graniet, gneis en kwartsiet. Dergelijke gesteenten zijn gekenmerkt door een hoog gehalte aan siliciumdioxyde en een relatief gering gehalte aan - basisch reagerende - alkali- en aardalkalimetalen zoals natrium en calcium. Het zoetwater van rivieren en vooral meren dat zich op de verweringsbodem van dergelijke gesteenten verzamelt, bezit een gering ‘buffer’-vermogen. Bufferoplossingen noemt men oplossingen waarvan de pH nagenoeg ongewijzigd blijft ondanks vrij aanzienlijke toevoegingen van een zuur of een base. Een typische bufferopleiding bevat naast een zwak zuur tevens een zout van datzelfde zuur: de dynamische evenwichten die daarbij ontstaan, neutraliseren grotendeels de toevoegingen van een zuur of een base. De Noor Arne Henriksen onderzocht meer dan

[p. 552]

duizend (ten dele reeds dode) meren in zijn land en constateerde dat hun gezond voortbestaan afhangt van het gehalte calciumbicarbonaat Ca(HCO₃)₂ dat samen met koolzuur H₂CO₃ in hun water voorkomt. Omwille van de geologische ondergrond is dat gehalte bijzonder klein; het ‘natuurlijke’ water bevat slechts 1,7 milligram calcium per liter, en heeft een pH van 6,5. Wanneer de pH door de aanvoer van zure regen geringer wordt dan 5, verliest dat soort water zijn bufferwerking: daalt de pH dientengevolge voor langere tijd beneden 4,3 dan vindt de reeds geconstateerde massale vissterfte plaats. En dat proces is in Noorwegen op dit ogenblik volop aan de gang in een gebied van zowat 33.000 km². De verzuring van het water remt of verhindert de normale afbraak van organisch afval door schimmels en bacteriën: van bacteriën is bekend dat zij in een zure omgeving meestal minder efficiënt worden. Zo raakt het eeuwenoude en aan de aparte bodemgesteldheid aangepaste evenwicht tussen fytoplankton, zoöplankton en hogere organismen volkomen ontregeld: een aantal vissoorten zijn in het beschouwde gebied nagenoeg uitgestorven. Die meren zien er nog steeds bedriegelijk mooi en glashelder uit, maar het zijn dode wateren geworden ten gevolge van een onzichtbare en reukloze sluipmoord, waarvan men tot voor kort niet eens kon vermoeden door wie hij werd gepleegd. Nu men dat wel weet, zijn de daarmee verbonden problemen van internationaal recht voor het eerst gesteld.

Noord-Amerika doet het nog grootser

Iets later dan Scandinavië³ hebben de Verenigde Staten en Canada zich zorgen gemaakt om de verzuring van de neerslag die daar letterlijk nog veel verder reikt. Ook daar zijn het vooral ongerept gewaande - vaak uitdrukkelijk beschermde - natuur- en recreatiegebieden die er de rampzalige weerslag van ondergaan. Om precies dezelfde redenen trouwens als in de Scandinavische landen: enorme oppervlakten van het Canadese ‘schild’ en aanzienlijke oppervlakten van de Adirondachs, de Appalachen en vele gebieden in Nieuw-Engeland bestaan eveneens uit een ondergrond van precambrische, overwegend zure gesteenten. Duizenden meertjes en meren in het noordoosten van de VS en het

3 In het rapport van de American Chemical Society, Cleaning Our Environment. The Chemical Basis for Action, Washington, 1969, kwam het trefwoord ‘Acid Rain’ nog niet in het register voor: alleen op pp. 31-32 werd terloops verwezen naar de in Europa reeds verworven onderzoeksresultaten.

[p. 553]

zuidoosten van Canada zijn door de verzuring van de neerslag dode wateren geworden.

In dat gebied varieert de pH van de neerslag van 4,2 in de winterperiode tot 3,5 tijdens de zomer: we zagen reeds dat dit letale waarden zijn voor een groot deel van de zoetwaterflora en -fauna. Sinds enkele jaren is de zure regen ook naar het zuidoosten opgerukt en doorgedrongen tot in Florida. Gevreesd wordt dat een meer gespreide economische ‘ontwikkeling’, met name in het westen van de VS mettertijd een analoge invloed zou kunnen hebben op de Rocky Mountains, die eveneens overwegend uit oeroude zure gesteenten zijn opgebouwd.

Het onderzoek in de VS bracht een paradoxaal gevolg van de strijd tegen de luchtvervuiling aan het licht. Sinds 1963 stipuleert de Clean Air Act⁴ dat de nieuwe schoorsteenpijpen voor de verbrandingsgassen voortaan hoger moeten zijn dan 200 m. Waren er in 1955 in de VS slechts een paar schoorsteenpijpen van om en bij 180 m, dan telde men er in 1975 al een twintigtal van boven de 300 m. De uitschieter in dat gezelschap is de meer dan 400 m hoge pijp van een koper-nikkelsmelterij in Sudbury, Ontario: uit die ene schoorsteen komt thans 1% van alle zwavel die jaarlijks in onze atmosfeer wordt geloosd. Men schat dat die ene schoorsteen per jaar evenveel zwavel in de atmosfeer uitbraakt als alle vulkanen van de hele wereld samen. De trend naar almaar hogere fabriekspijpen, die zich ook elders in de industrielanden doorzet, vermindet weliswaar de overlast van de luchtvervuiling voor mensen en milieu in de buurt van energiecentrales en industriecomplexen, maar bevordert en versnelt de verzuring van de neerslag over heel grote afstanden: ‘Van lokale problemen hebben wij regionale problemen gemaakt’⁵. Tot op de ijskap van Groenland is sinds een paar decennia de neerslag van zwavel, lood en andere chemische elementen gevoelig en gestadig toegenomen. Ook in Amerika weet men dus thans heel goed waar de zure regen vandaan komt. Maar de daarmee verbonden technische, economische en politieke problemen zijn nog lang niet aan een oplossing toe.

4 In 1967 aangevuld door de Air Quality Act.

5 Acid Rain, o.c., p. 40.

Onomkeerbaar?

Kan het voor immense gebieden zo noodlottige proces nog wel omgekeerd worden? Zowel in Noord-Amerika als in Europa verwacht men

[p. 554]

niet dat de energieproduktie gevoelig kan of zal dalen in de eerste jaren en decennia. Het is zelfs waarschijnlijk dat de verbranding van fossiele brandstoffen nog zal toenemen door de al merkbare trend om opnieuw en méér steenkool te gaan gebruiken. De voornaamste motieven daartoe zijn: een verminderde afhankelijkheid van de aardolieproducenten en een tegemoetkoming aan het verzet tegen een verdere uitbreiding van de kernenergie (die op het punt van de luchtvervuiling veruit de zuiverste ‘brandstof’ is). Men is nogal gemakkelijk geneigd het hele probleem als een technisch probleem af te doen: de technici moeten er maar voor zorgen dat de verbrandingsgassen ontzwaveld en van stikstofdioxyden gezuiverd worden vooraleer ze in de atmosfeer worden vrijgelaten.

Op het gebied van de ontzwaveling (van vnl. steenkool en aardolie) werd al veel onderzoek verricht en werden de mogelijkheden in kleinere bedrijven uitgetest. Het radicaalste middel is: uitsluitend zwavelarme steenkool en aardolie te verbranden. Maar dat is slechts een vrij gering procent van de in de natuur voorkomende brandstoffen. Wat de aardolie betreft is men juist eerder geneigd het ‘minderwaardige’ residu van het distillatieproces van aardolie (de fameuze pitch) voor de verbranding te reserveren: en juist door het distillatieproces is dat residu almaar rijker aan zwavel geworden! Waar de steenkool tamelijk veel pyriet (ijzersulfide) bevat, probeert men een mechanische en magnetische scheiding uit te voeren op de vergruisde steenkool vóór die verbrand wordt. Gecombineerde chemische en elektrostatische procédés vermogen het zwaveldioxyde uit het verbrandingsgas neer te slaan in de vorm van (vaste) sulfieten en sulfaten. De verwijdering van stikstofoxyden uit de verbrandingsgassen blijkt een veel moeilijker probleem te zijn: in laboratoriumproeven slaagt men er wel in, ongeveer 80% van die oxyden uit het gas weg te halen, maar de toepassing van die methoden op industriële schaal is nauwelijks van de grond gekomen⁶.

Eén kenmerk hebben alle tot nog toe beproefde systemen gemeen: ze zijn erg duur en verhogen aanzienlijk de kostprijs van de energieproduktie. En ondertussen verlangt de publieke opinie met evenveel klem tegelijk goedkope energie en zuivere lucht! Zo lang er geen nationale en internationale, bindende overeenkomsten bestaan, staat het de producenten vrij de concurrentievoorwaarden te vervalsen door goedkoper te produceren en de daaruit voortspruitende luchtvervuiling door te spelen

6 Cfr. Cleaning Our Environment, o.c., pp. 64-74.

[p. 555]

naar hun naaste of verre buren, die er vaak - door een ongelukkige samenloop van omstandigheden - in feite meer hinder van ondervinden dan de medeburgers van die producent. En intussen zien Noren, Zweden en Canadezen met lede ogen aan hoe hun meren dood gaan aan een vervuiling waarvoor zij zelf niet in het minst verantwoordelijk zijn.