Τίτλος έρευνας: ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΜΑΡΜΑΡΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ

Τίτλος έρευνας: ΔΙΑΒΡΩΣΗ ΜΑΡΜΑΡΩΝ ΑΠΟ ΤΗΝ ΟΞΙΝΗ ΒΡΟΧΗ 1

Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 3 ΚΟΙΝΩΝΙΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ ΠΟΥ ΕΞΥΠΕΡΕΤΕΙ Η ΕΡΕΥΝΑ... 3 ΟΡΙΣΜΟΙ... 6 Κανονική βροχή... 6 Όξινη βροχή... 6 ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ... 9 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ... 10 Μεταβλητές:... 10 Κατάλογος υλικών... 10 ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ... 11 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ... 16 2

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Βλέποντας τα αρχαία μνημεία να είναι κατεστραμμένα θέλαμε να μάθουμε τα βασικά αίτια αυτής της φθοράς, που είναι μεταξύ άλλων, η όξινη βροχή. Έτσι θα κάνουμε μια πειραματική έρευνα, για να μάθουμε κατά πόσο διαβρώνονται τα μάρμαρα με την όξινη βροχή, σε αντίθεση με το νερό της βρύσης. Σκοπός της έρευνάς μας είναι: Να καταλάβουμε την έννοια της όξινης βροχής Να καταλάβουμε τις επιπτώσεις της όξινης βροχής σε υλικά όπως σε μαρμάρινα αντικείμενα. Να κατανοήσουμε τα αίτια αύξησης του ΡΗ της βροχής σε κάποιες περιοχές. Να ευαισθητοποιηθούμε για τις επιπτώσεις των ανθρώπινων δραστηριοτήτων ως αιτίες σχηματισμού όξινης βροχής. ΚΟΙΝΩΝΙΚΕΣ ΑΝΑΓΚΕΣ ΠΟΥ ΕΞΥΠΕΡΕΤΕΙ Η ΕΡΕΥΝΑ Η ιστορία μιας χώρας, προσδιορίζεται από το χρόνο και τον τόπο που έλαβαν χώρα τα διάφορα γεγονότα (πολεμικά, θρησκευτικά, αρχιτεκτονικά, κοινωνικά, καλλιτεχνικά κ.α.),που αποδεικνύονται από χειροπιαστά ανθρώπινα δημιουργήματα (κτίσματα, έργα τέχνης κ.τ.λ.). Τ α μνημεία αποτελούν αποδεικτικά στοιχεία της ιστορίας και του πολιτισμού. Η ζωντανή ιστορία μιας χώρας είναι κυρίως τα αρχαιολογικά μνημεία αυτής, τα αρχαιολογικά ευρήματα, οι ενεπίγραφες πλάκες, τα έργα τέχνης της κάθε εποχής που διατηρήθηκαν ή ήλθαν στην επιφάνεια. Από τα παραπάνω γίνεται κατανοητό ότι η προστασία των μνημείων μας δεν αποτελεί μόνο επιτακτική ανάγκη αλλά εθνικό χρέος και ένδειξη σεβασμού της ιστορίας μας. Η αποτελεσματική προστασία ενός μνημείου αρχαιολογικής ή ιστορικής σημασίας που βρίσκεται εκτεθειμένο στις καιρικές και μη συνθήκες του περιβάλλοντος, είναι ένα πολύπλοκο και δύσκολο πρόβλημα. Το μάρμαρο ήταν αυτό που χρησιμοποιήθηκε σε μεγαλύτερη κλίμακα, γι αυτό στην συγκεκριμένη εργασία γίνεται μελέτη του μηχανισμού διάλυσής του, ώστε να διεξαχθούν συμπεράσματα για την προστασία του. 3

Στην επιφάνεια της γης όλα τα δομικά υλικά υφίστανται φθορές λόγω των διαβρωτικών επιπτώσεων της ατμόσφαιρας, βιόσφαιρας και υδρόσφαιρας. Η φθορά των μνημείων προέρχεται τόσο από φυσικοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα συνεχώς και σε πολλές περιπτώσεις επιτείνονται λόγω της περιβαλλοντικής ανθρωπογενούς μόλυνσης, όπως φαίνεται από τους επιταχυνόμενους ρυθμούς φθοράς των δομικών υλικών των μνημείων λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης των όξινων ρύπων, οι οποίοι κατά κύριο λόγο προέρχονται από την βιομηχανική δραστηριότητα. Φθορές μνημείων λόγω φυσικοχημικών διεργασιών Το μεγαλύτερο μέρος της επιγραφής αυτής της ταφόπετρας, σκαλισμένης στα 1817, έχει διαβρωθεί από όξινα αποθέματα. Πηγή: G.Tyler Miller-Βιώνοντας στο Περιβάλλον ΙΙ Σχ.5 Σχηματισμός της όξινης βροχής 4

Ο Παρθενώνας επιβίωσε περισσότερο από 2000 χρόνια. Υπέστη σεισμούς και βορβαδισμούς, από πάνω του πέρασαν κατακτητές και ο άνεμος και η βροχή τον χτύπησαν επανειλημμένα. Δεν έπαθε όμως διάβρωση ούτε μεγάλες κακώσεις. Μέσα στις τελευταίες δεκαετίες έγιναν πολύ περισσότερα από ό,τι σε δύο χιλιετίες. Η όξινη βροχή του κατατρώγει τα μάρμαρα. Οι Καρυάτιδες ήδη είναι στο μουσείο για να προστατευτούν. Σε μερικά χρόνια ο Παρθενώνας θα έχει γίνει άμορφος και τα μάρμαρά του θα γίνονται σκόνη. Η Νότρ Ντάμ στο Παρίσι, ο Άγιος Πέτρος στο Βατικανό και το περίφημο Τατζ Μαχάλ της Ινδίας έχουν πάθει βλάβες. Στη Νέα Υόρκη υπάρχει ένας αρχαίος αιγυπτιακός οβελίσκος, «Βελόνα της Κλεοπάτρας», όπως λέγεται. Η μια του πλευρά εκτίθεται στους δυτικούς ανέμους της πόλης που μεταφέρουν ρυπαντές και όξινη βροχή. Όλες οι γραφές και γλυπτές παραστάσεις του οβελίσκου στην πλευρά αυτή έχουν τελείως εξαφανιστεί. Ο οβελίσκος βρίσκεται στη Νέα Υόρκη εδώ και 90 χρόνια. Η καταστροφή που έπαθε σ αυτά τα 90 χρόνια είναι ασύγκριτα μεγαλύτερη απ αυτήν που έπαθε σε 3500 χρόνια στην Αίγυπτο. Ένα γλυπτό στον πύργο Χέρτεν στη Βεστφαλία της Γερμανίας μοιάζει μ ένα κομμάτι πέτρα χωρίς σχήμα. Μια του φωτογραφία από το 1908 δείχνει ένα περίτεχνο άγαλμα κοριτσιού. 5

ΟΡΙΣΜΟΙ Κανονική βροχή Το καθαρό νερό, Η 2 Ο, έχει ph 7 και είναι ουδέτερο. Εν τούτοις, η κανονική βροχή έχει ph 6 και είναι ελαφρώς όξινη. Αυτό οφείλεται στην φυσιολογική ύπαρξη διοξειδίου του άνθρακα, CO 2, στην ατμόσφαιρα, το οποίο αντιδρά με το νερό και παράγεται ανθρακικό οξύ, Η 2 CO 3. Όξινη βροχή 6

Τον όρο «όξινη βροχή» χρησιμοποίησε για πρώτη φορά το 1852 ο Άγγλος χημικός Robert Angus Smith όταν παρατήρησε τη σχέση μεταξύ της ρυπασμένης ατμόσφαιρας του Λονδίνου και τον όξινο χαρακτήρα των βροχοπτώσεων της. Όξινη βροχή ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο η βροχή έχει χαμηλότερο ph του κανονικού, δηλαδή όξινο. Η όξινη βροχή έχει ph από 2 (όξινη) έως 5 (λίγο όξινη). Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη αερίων ρύπων στην ατμόσφαιρα, που εκλύονται από τα εργοστάσια, τις βιομηχανίες, τα αυτοκίνητα, τις κεντρικές θερμάνσεις των σπιτίων, κ.ά.. Οι κυριότεροι ρύποι που προκαλούν την όξινη βροχή είναι το διοξείδιο του θείου, SO 2, και τα οξείδια του αζώτου, NOx, τα οποία αντιδρώντας με το νερό μετατρέπονται σε Η2SO4 και ΗΝΟ3. Τα μαρμάρινα μνημεία και τα αγάλματα αποτελούνται από ανθρακικά άλατα (CaCO 3 ), τα οποία διασπώνται από τα οξέα. Αρχαιολογικοί θησαυροί ανεκτίμητης ιστορικής και πολιτισμικής αξίας, όπως η Ακρόπολη, ή οι πυραμίδες των Μάγιας καταστρέφονται από την όξινη βροχή. Το θειικό οξύ αντιδρά με το ανθρακικό άλας και παράγεται ένα άλλο άλας αρκετά εύθραστο, ο γύψος. Το φαινόμενο ονομάζεται γυψοποίηση του μαρμάρου. Η αντίδραση είναι η εξής: H 2 SO 4 + CaCO 3 CaSO 4 7

Τα οξείδια του αζώτου (Νοχ) και του θείου (SO2) παράγονται κατά την καύση συμβατικών καυσίμων, δηλαδή άνθρακα, πετρελαίου και φυσικού αερίου. Συνεπώς τα συμβατικά καύσιμα είναι κυρίως υπεύθυνα για τη δημιουργία του φαινομένου της όξινης βροχής. Το φαινόμενο της όξινης βροχής συναντάται κυρίως σε περιοχές με έντονη βιομηχανική ανάπτυξη ή αυξημένη χρήση συμβατικών καυσίμων όταν δεν λαμβάνονται μέτρα περιορισμού των αερίων εκπομπών. Η όξινη βροχή επηρεάζει τα διάφορα οικοσυστήματα, με αποτέλεσμα ολόκληρα δάση να καταστρέφονται καθώς τα δένδρα δεν αντέχουν το όξινο ph. Επηρεάζει επίσης τα υδάτινα οικοσυστήματα όπως τις λίμνες, και τα ποτάμια ενώ δημιουργεί σημαντικά προβλήματα καταστροφής σε κτίρια καθώς αντιδρά με τα δομικά υλικά (π.χ. γυψοποίηση του μαρμάρου κτλ). Για την αντιμετώπιση και το περιορισμό του φαινομένου της όξινης βροχής θα πρέπει να μειώνεται η συγκέντρωση αζώτου και θείου στα συμβατικά καύσιμα, ενώ θα πρέπει επίσης να χρησιμοποιούνται και κατάλληλα φίλτρα κατακράτησης των αερίων εκπομπών των οξειδίων του αζώτου και του θείου κατά την καύση των συμβατικών καυσίμων. 8

ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗ ΤΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ Η αντιμετώπιση των αρνητικών επιπτώσεων της όξινης βροχής επιτυγχάνεται με: 1. προσθήκη βάσης, όπως το υδροξείδιο του ασβεστίου, Ca(OH) 2, εξουδετερώνονται τα οξέα που βρίσκονται στα ποτάμια, τις λίμνες και τα εδάφη 2. αποθείωση, δηλαδή απομάκρυνση του θείου (S), από τα καύσιμα που περιέχουν θείο. Τέτοια καύσιμα είναι οι γαιάνθρακες και το ακατέργαστο πετρέλαιο 3. τοποθέτηση ειδικών φίλτρων στις καμινάδες των εργοστασίων, για να δεσμεύονται οι ρύποι (πχ SO 2 )πριν απελευθερωθούν στην ατμόσφαιρα 4. τοποθέτηση καταλυτών στις εξατμίσεις των αυτοκινήτων για την μετατροπή των ρύπων (πχ ΝO 2 ) σε ουσίες πιο φιλικές προς το περιβάλλον 5. την εξοικονόμηση ενέργειας. Για παράδειγμα, μπορούμε να μην αφήνουμε σε λειτουργία ηλεκτρικές συσκευές που δεν χρειαζόμαστε, να σβήνουμε τα φώτα κ.ά. 6. τη χρήση Εναλλακτικών Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ), όπως η Ηλιακή ενέργεια, η Αιολική ενέργεια, η υδάτινη ενέργεια, η βιομάζα, κ.ά. 7. περιορισμό των άσκοπων μετακινήσεων και χρήση μεταφορικών μέσων φιλικών προς το περιβάλλον (πόδια, ποδήλατο, υβριδικά αυτοκίνητα, κ.ά.) 9

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΟΣ Πώς η όξινη βροχή επηρεάζει τα μάρμαρα; Θα μελετήσουμε κατά πόσο διαβρώνονται τα μάρμαρα με την όξινη βροχή, σε σύγκριση με το νερό της βρύσης. Μεταβλητές: Ανεξάρτητη μεταβλητή: το PH του νερού Εξαρτημένη μεταβλητή: η διάβρωση των μαρμάρων Ελεγχόμενη μεταβλητή: η ποσότητα του νερού, η χρονική διάρκεια, η οξύτητα και η θερμοκρασία του νερού. Περιγραφή των ορίων-περιορισμοί: Το νερό θα είναι στο ποτηράκι ως DSSP. Η έρευνά μας θα διαρκέσει 1 εβδομάδα. Σε κάθε ποτηράκι θα τοποθετήσουμε 3 πέτρες. Θα χρησιμοποιήσουμε 3 κύπελλα για κάθε μάρτυρα. Θα μετρήσουμε το PH του νερού μια φορά. Κατάλογος υλικών Το ξίδι και το λεμόνι είναι δυο απλά υλικά που έχουν το ίδιο σχεδόν ph με την όξινη βροχή (2,4 το λεμόνι και 2,9 το ξίδι). Έτσι μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να φανεί η επίδραση της όξινης βροχής πάνω σε διάφορα υλικά. Χρησιμοποιώντας phμετρικούς δείκτες θα εκτιμήσουμε επίσης την επίδραση της όξινης βροχής στο μάρμαρο. Νερό βρύσης 2 μάρμαρα ίδιου μεγέθους. Κυπελλάκια 6 πέτρες Ογκομετρικό κύλινδρο 10

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑΣ Πειραματική έρευνα Γεμίζουμε το 1 κυπελλάκι με όξινη βροχή, το άλλο με νερό και το άλλο με αέρα ως DSSP. Τοποθετούμε 3 πέτρες στο κάθε κυπελλάκι. Μετράμε με phμετρικό χαρτί το PH του νερού. Αφήνουμε τις πέτρες και το phμετρικό χαρτί για 1 εβδομάδα, ώστε να δούμε το αποτέλεσμα. 11

12

13

14

15

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Μετά από 3 εβδομάδες παρατηρούμε ότι οι πέτρες μαρμάρου που τις είχαμε βάλει σε νερό της βρύσης έχουν διαβρωθεί ελάχιστα σε σχέση με αυτές που είχαμε βάλει σε όξινη βροχή (όπου έχουν διαβρωθεί σε μεγαλύτερο βαθμό). Ενώ οι πέτρες που δεν τους είχαμε βάλει τίποτα, δηλαδή υπήρχε αέρας, είναι όπως ήταν και πριν, χωρίς καμιά αλλαγή. 16