Uno dei problemi ambientali più seri che molte regioni del mondo si trovano oggi ad affrontare è la pioggia acida. Questo termine generico copre una varietà di fenomeni, in quanto comprende la nebbia e la neve acida che insieme corrispondono alla precipitazione dall’atmosfera di una quantità notevole di acido. La pioggia acida ha diverse conseguenze dannose dal punto di vista ecologico e la presenza di acidità nell’aria ha effetti diretti sulla salute dell’uomo. Il fenomeno si riferisce a una precipitazione che è significativamente più acida di quella "naturale" (cioè non inquinata, che di per se è già moderatamente acida a causa della presenza in essa di anidride carbonica disciolta, che forma acido carbonico.

CO₂(g) + H₂O(acq) à H₂CO₃

L’H₂CO₃ si ionizza parzialmente rilasciando un protone, che provoca 1’abbassamento del pH del sistema.

A causa di questa fonte di acidità, il pH della pioggia non inquinata, "naturale", è di circa 5.6. Solo la pioggia che è apprezzabilmente più acida di cosi, cioè con un pH minore di 5, si considera veramente "acida". I due acidi predominanti nella pioggia acida sono 1’acido solforico, H₂SO₄, e 1’acido nitrico, HNO₃. In generale, la pioggia acida precipita lontano, a valle delle fonti degli inquinanti primari, cioè anidride solforosa e ossidi d’azoto. Questi acidi si creano durante il trasporto delle masse d’aria che contengono gli inquinanti primari. Pertanto la pioggia acida è un problema di inquinamento che non rispetta i confini statali o nazionali, a causa del trasporto a lunga distanza degli inquinanti atmosferici. Ad esempio, la maggior parte della pioggia acida che cade sulla Norvegia nasce come ossidi di zolfo e di azoto emessi in altri Paesi Europei.

L’NO emesso nell’aria come inquinante non è molto solubile in acqua e 1’acido che 1’anidride solforosa genera sciogliendosi in acqua è debole; pertanto gli inquinanti primari NO e SO₂ per sé non rendono la pioggia particolarmente acida. Tuttavia, parte di questi inquinanti primari vengono trasformati entro periodi di ore o giorni negli inquinanti secondari acido solforico e nitrico, entrambi i quali sono molto solubili in acqua e acidi forti. Infatti, virtualmente, tutta l’acidità nella pioggia acida è dovuta alla presenza di questi due acidi. In generale i valori del pH sono andati diminuendo con il passare degli anni. Il più basso valore del pH mai registrato, 2.4, si ebbe in Scozia nell’aprile del 1974. In aggiunta al rilascio di acidi al suolo durante le precipitazioni, una quantità comparabile ne viene depositata sulla superficie terrestre sotto forma di deposizione secca, il processo con il quale i composti chimici non acquosi si depositano sulle superfici solide e liquide al suolo quando 1’aria che li contiene vi passa sopra e li depone come inquinanti. Molto del gas emesso originariamente come SO₂ non viene mai ossidato nell’aria ma viene piuttosto rimosso dall’aria come deposizione secca prima che la reazione possa verificarsi: 1’ossidazione e la conversione ad acido solforico avvengono dopo la deposizione. (I processi di deposizione umida comprendono il trasferimento degli inquinanti sulla superficie terrestre mediante pioggia, neve o nebbia, cioè mediante soluzioni acquose). Quanto la precipitazione acida influisce sulla vita biologica in una determinata area dipende fortemente dalla composizione del suolo e della roccia in quell’area. Sono molto influenzate quelle zone che hanno rocce granitiche o quarzose, perché il suolo associato possiede una scarsa capacita di neutralizzare 1’acido. Al contrario, se la roccia è calce o calcare, 1’acido può essere efficacemente neutralizzato ("tamponato"), perché queste rocce sono composte di carbonato di calcio, CaCO₃, che agisce come una base e reagisce con 1’acido:

CaCO₃(s) + H⁺(acq) à Ca⁺⁺(acq) + HCO₃^-(acq)

HCO₃^-(acq) + H⁺(acq) à H₂CO₃(acq) à CO₂(g) + H₂O

Le reazioni qui procedono quasi fino al compimento per 1’eccesso di H⁺. Così la roccia si scioglie, producendo anidride carbonica e ione calcio che sostituisce lo ione idrogeno. Queste stesse reazioni sono responsabili del deterioramento delle statue di calce e di marmo; dettagli come orecchie, naso e altre caratteristiche del viso, vengono gradualmente perse in seguito alla reazione con 1’acido e 1’anidride solforosa stessa. Per i laghi acidificati è caratteristico avere concentrazioni elevate di alluminio disciolto Al³⁺ che è lisciviato dalle rocce dallo ione idrogeno; nelle condizioni di pH neutro, 1’alluminio è immobilizzato nella roccia dalla sua insolubilità. Gli scienziati ora credono che sia 1’acidità stessa sia le alte concentrazioni di alluminio siano responsabili delle diminuzioni devastanti delle popolazioni ittiche che sono state osservate in molti sistemi acquosi acidificati. Tipi diversi di pesci e piante acquatiche hanno tolleranze diverse nei confronti dell’alluminio e dell’acidità, cosicché la composizione biologica di un lago varia quando gradualmente diventa più acido. In generale la riproduzione dei pesci diminuisce notevolmente a bassi livelli di acidità che tuttavia può essere tollerata da un pesce adulto. I pesci molto giovani, covati agli inizi della primavera, subiscono anche il trauma dell’acqua molto acida che si presenta quando la neve invernale acida fonde tutta insieme in un tempo molto breve ed entra nel bacino d’acqua. Poche specie sopravvivono e si riproducono quando il pH cade molto al di sotto di 5; i laghi in buone condizioni hanno un valore del pH attorno a 7 o più alto. Di conseguenza molti laghi e fiumi delle aree interessate sono prive dei loro pesci pregiati. L’acqua nei laghi acidificati spesso è limpida a causa della morte della maggior parte della flora e della fauna.

Negli ultimi anni è anche diventato chiaro che 1’inquinamento dell’aria può avere un effetto grave sugli alberi. La relazione causa-effetto e stata tuttavia difficile da chiarire per gli scienziati. L’acidificazione del suolo può lisciviare i nutrienti e, come avviene nei laghi, mandare in soluzione l’alluminio. Questo elemento può interferire con l’assunzione di nutrienti da parte degli alberi e di altre piante. Apparentemente sia 1’acidità della pioggia che cade sulle foreste interessate, sia 1’ozono, sia altri ossidanti nell’aria alla quale essi sono esposti, sottopongono gli alberi a una tensione significativa. Questa tensione da sola non li ucciderebbe, ma quando esso si combina con siccità, temperature estreme, malattie o attacco da parte degli insetti, gli alberi diventano molto più vulnerabili. Tipicamente la morte dei rami comincia dalla cima degli alberi. Il fenomeno della foresta decimata fu osservato per la prima volta su larga scala nella Germania Occidentale. Le foreste ad altitudini elevate sono le più influenzate dalla precipitazione acida, probabilmente perché sono esposte alla base delle nuvole basse, dove 1’acidità ha il suo massimo di concentrazione. Nebbie e foschie sono ancora più acide delle precipitazioni, poiché nel complesso vi è molta meno acqua per diluire 1’acido. Gli alberi caduchi affetti dalla pioggia acida gradualmente muoiono a cominciare dalla cima verso il basso; le foglie più esterne seccano e cadono precocemente e non vengono sostituite la primavera successiva. Gli alberi diventano più deboli come conseguenza di questi cambiamenti, e diventano più suscettibili di altre tensioni.

L’ozono stesso al suolo ha un effetto su certe colture agricole per il suo attacco chimico sulle piante. In apparenza 1’ozono reagisce con 1’etene che le piante emettono generando radicali liberi che poi danneggiano il tessuto delle piante. Come nel caso degli alberi, 1’inquinamento dell’aria agisce come causa di tensione per le piante.