SAVAS ESŐ MÉRÉSE ISKOLAI MÉRŐHÁLÓZATTAL

Hobinka Ildikó, Riedel Miklós
Fazekas Mihály Gimnázium, Budapest,
ELTE Fizikai Kémiai Tanszéke

A savas esők világszerte súlyos környezetkárosodási problémát jelentenek, ez manapság már mindenki számára egyre nyilvánvalóbbá válik, ill. nyilvánvalóbbá kell, hogy váljék. Az esővíz növekvő savtartalma egyes területek felszíni vizeinek elsavasodásához, a fémion-koncentráció növekedéséhez, az élőlények pusztulásához, így pl. az erdők károsodásához, az épületek, szobrok stb. fokozott korróziójához vezet: A csapadék savtartalma (a természetes eredetű savas anyagok mellett) döntő mértékben a fosszilis tüzelőanyagok elégetésekor keletkező kén-dioxidnak és nitrogén-oxidoknak tulajdonítható. (Hazánk szénerőműveiben elégetett olcsó szén kéntartalma elérheti a 2 %-ot.) Ezek további oxidáció és vízzel való reakció révén kénsavvá és salétromsavvá alakulva jelennek meg a csapadékban [1]. A SO₃:NO_x arány a levegőben 3:1, a SO₂ mennyisége az utóbbi másfél évtizedben közel állandó, a nitrogén-oxidok mennyisége azonban kétszeresére nőtt [2, 3]. A csapadék savasságának mértékét a pH-jának megadásával jellemzik. A légkör szén-dioxid tartalmával egyensúlyt tartó tiszta víz pH-ja 5,6 a CO₂/HCO^- egyensúly miatt, ezt kell a csapadékok semlegességi pontjának tekinteni. A savas eső tehát a 4,5-5,0-nál kisebb pH-jú csapadék.

A Földünkön a legjelentősebb savasodást az erősen iparosodott vidékeken lehet tapasztalni, főleg ott; ahol a környezetvédelemre viszonylag kevés ügyet fordítanak. A nagyvárosokban néha 3,0-3,5 pH-jú esővíz is mérhető. Magyarországon az esők nagyobb hányadának pH-ja a 3,8-4,7 intervallumba esik, átlagos értéke nyugatról kelet felé 4,5-től 5,5-ig változik. Az országos átlag mintegy pH=4,6 [2-4], vagyis az eső nálunk mintegy egy nagyságrenddel több savat tartalmaz, mint a semleges értékű.

A WMO (World Meteorological Organization) hálózata a világszerte telepített állomásokon gyűjti és elemzi a csapadékot, és egyik fontos feladata a pH és az ionösszetétel mérése a földrajzi hely valamint az idő függvényében. Az is kérdés, hogy hogyan alakul a savasság a csapadékhullás kezdete és vége között [1]. Magyarországon az esővíz rendszeres vizsgálata 1965-ben kezdődött; a Központi Légkörfizikai Intézet laboratóriuma és az ország tíz regionális háttérszennyezettség-mérő állomása a WMO rendszerébe is be van kapcsolva. A legtöbb helyen havi összes csapadékot gyűjtő automatikus mérőrendszer működik, napi mintavételt csak egy helyen végeznek [3].

A környezetvédelmi kultúra elterjesztése az ifjúság körében alapvető fontosságú a lehetőségekhez képest ép és egészséges emberi környezet megteremtése, ill. visszaállítása szempontjából. Amennyiben a diákság aktívan részt vesz a környezetet jellemző mennyiségeknek (így a csapadék pH-jának) lehetőségekhez képest igényes megmérésében, várható, hogy a környezetvédelemnek is aktív cselekvőjévé kíván majd válni. E mellett hozzászokik, hogy véleményét kísérleti tényekre alapozza, amelyeket - bizonyos korlátokkal - maga is meg tud mérni. Így meg tudja ítélni az igaz, a téves, vagy az esetleges eltorzított információkat.

A csapadék savassága egy olyan környezeti paraméter, amely várhatóan az iskolák lehetőségei mellett is kielégítően és rendszeresen vizsgálható. Előzetes tájékozódásunk szerint egy savaseső-vizsgáló hálózatban az ország 30-50 iskolája venne részt aránylag egyenletes területi eloszlásban (l. az ábrát). A mérésben résztvevő iskolák olyan esetleg erősen szennyezett területeken is vannak, ahol a hivatalos magyar hálózatnak nincsen állomása. Így a viszonylag olcsón kialakítható sok mérőhely adatainak statisztikai elemzése információkkal szolgálhat az országban a helyi anomáliák felismeréséhez is.

Ilyen jellegű munka már más országokban is folyt: az NSZK-ban, Franciaországban, Angliában, az USÁ-ban. Érdekességképpen megemlítjük, hogy az NSZK-ban az akciót egy képes heti folyóirat szervezte [5]. Nemrégiben már Magyarországon (Sárospatakon) is folyt iskolában kísérlet a savas ülepedés nyomon követésére egy téli időszakban [6]. A vizsgálatban kapcsolatot találtak az eső savasodása és a lakások fűtésének megindulása között.

A kis pufferkapacitású csapadékvíz pH-jának mérése számos nehézséggel jár [7], a rutinszerű, hivatalos meghatározás üvegelektródos méréssel történik. Ez a módszer (megfelelő kalibráció esetén) kellően pontos (), kivitelezése azonban meglehetősen nagy gyakorlottságot igényel, és a szükséges felszerelés sem különösen olcsó. A mérés pontosságának ellenőrzésére az esővizet szimuláló, kis pufferkapacitású standardokat hoznak forgalomba. Mintegy 4,5-es pH alatt a savasság megbízhatóan mérhető, a laboratóriumok közötti összehasonlító körelemzések azonban -es eltéréseket is mutattak [8].

Az üvegelektródos pH-mérés költségessége miatt az iskolák legtöbbje számára elérhetetlen. Az sem várható el, hogy az iskolák mérési gyakorlottsága a professzionális laboratóriumékhoz hasonló legyen. A tervezett iskolai mérőhálózat céljára más; egyszerűbb és olcsóbb mérési módszert kellett keresnünk. Erre a célra a színindikátoros (indikátorpapírral történő) pH-meghatározás bizonyult igéretesnek. Ez ugyan kevésbé pontos, de olcsó és kivitelezése egyszerű. Pontossága a legegyszerűbb kivitelezéssel is 0,2-0,5 pH egység. (Pontosabbá tehető reflexiós spektrofotometriás módszerrel áramoltatásos cellában [9], ez azonban esetünkben ismét csak nem jön számításba). A színindikátor sav-bázis sajátsága miatt maga is reakcióba lép az oldat H⁺-ionjaival, és az egyensúly - tehát a végleges szín - beállta a kis ionkoncentráció miatt hosszú időt (1/2-6 óra) is igénybe vehet. Ezen idő alatt nem szabad, hogy a festék az indikátorpapírból kioldódjék. Ilyen célra csak az utóbbi időben forgalomba hozott, a festéket nem eresztő (nicht blutend, non-bleeding) indikátor alkalmas. Ebben a készítményben a festékanyag kovalens kötéssel van a hordozópapírhoz kötve, így tetszés szerinti hosszú áztatás után sem oldódik ki a festék a hordozó papírból [10]. Egy-egy mérőcsík igen sokszor felhasználható, mérések közt desztillált vízzel ki kell áztatni. A szabadalom szerint mintegy mol festék van egy papírcsíkon, ez egy szokásos mennyiségű (5-10 cm³) esőmintában 10^-6-10^-7 mol hidrogénionnal találkozik, vagyis becslésünk szerint a sav néhány %-a reagál el a, mérés kapcsán. Hasonló eredményt adtak a spektrofotometriás mérések is [9]. Tájékoztatóul néhány indikátor jellemző adatai:

A tervezett iskolai savasesőmérő hálózat mérési technikájának kidolgozására meghatároztuk a minimálisan szükséges időt az indikátor és az esővíz közötti egyensúly beállásához. Eszerint a papírt legalább 6 óráig kell a csapadékvízben tartani, hogy az indikátor felvegye a végleges színét. (A gyári előírás szerint már 10 perc is elegendő.) Megvizsgáltuk a kiválasztott Merck indikátorokat (l. a táblázatot) a WMO esővízstandardokkal, és átlagban 0,5 pH-eltérést tapasztaltunk. Ez és az indikátorok osztásköze behatárolja az eljárás pontosságát.

Ezután egyéves méréssorozatban probáltuk ki a módszert, és megvizsgáltuk a csapadékvíz savasságát Budapesten egy belső, de zöldövezeti területen. Napi mintavételt alkalmaztunk, és a csapadékhullás után azonnal mértük a pH-t. 1989. február 1-től 1990. január 31-ig összesen 36 mérést végeztünk. A mért értékek 3,5-7,0 közé estek, az egyszerű számtani átlag pH=4,55-nek adódott, ami közel azonos a hivatalosan 1977 és 1980 között mért országos átlaggal [4]. Az adatok a következő eloszlást mutatták:

Előzetes eredményeinkről és az adatok feldolgozásához készült számítógépes programról a Risk Education konferencián számoltunk be [11]. Úgy véljük, hogy az alkalmazott egyszerű mérési módszert az iskolákban alkalmazni tudják az érdeklődő tanárok és lelkes diákjaik, így megvalósítható egy országos kísérletsorozat.

A szerzők köszönetet mondanak Marx György professzornak, hogy a kérdésre felhívta a figyelmüket, továbbá Horváth Lászlónak (Központi Légkörfizikai Intézet) az értékes tanácsokért és segítségért.

IRODALOM