酸沉降是指酸性物质从大气中迁移到地表的过程,它可以分为干沉降和湿沉降两种途径。（
腹黑嫡女：绝色小医妃）酸性湿沉降又称为大气酸性降水,酸雨就是大气中的酸性物质的湿沉降而形成的。大气中的化学物质随降雨到达地面后会对地表的物质平衡产生各种影响,因而降水的组成及化学性质很早就引起了人们的注意,随着大气污染的发展,酸雨已成为大气污染的重要特征,是当代全球的环境问题之一。西欧、北美一带尤为严重,我国南方城市也普遍发现雨水酸度偏高。
2006年中国环境状况公报指出:在2006年524个参加监测统计的城市(县)中,283个城市(县)出现至少1次以上的酸雨,占54.0％。6个市(县)(浙江建德市、象山县、湖州市、安吉县、嵊泗县，重庆江津市)酸雨频率为100％。与上年相比,全国出现酸雨城市的比例降低3.1个百分点,发生较重酸雨的城市(降水ph值<5.0)比例略有增加;发生重酸雨的城市(降水ph值<4.5)比例略有下降。
2006年,全国酸雨发生率在5％以上区域占国土面积的32.6％,酸雨发生率在25％以上区域占国土面积的15.4％(图54)。与上年相比,酸雨频率增加50个百分点以上的城市为江西瑞昌市、四川泸州市、贵州清镇市。
2006年,全国酸雨分布区域主要集中在长江以南,四川、云南以东的区域。主要包括浙江、江西、湖南、福建、贵州、重庆的大部分地区,以及长江、珠江三角洲地区。与去年同期相比,全国酸雨分布区域保持稳定。
5.2.1降水的酸度
降水的酸化程度通常用ph值来表示。一般来说,天然降雨都偏酸性,ph值约为6—7左右,这是因为大气中的co2溶于洁净雨水中而部分形成碳酸的缘故:
co2(g)+h2oh2co3h++hco-3在1大气压和25c时,大气中co2(浓度为350毫克/升)在水滴中所产生的最低ph为5.6,所以ph值在6—7之间可以反映天然降水本底状况。（
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然而即使在未受人类活动影响的天然条件下,由于大气中除了co2外,还存在着其他酸性和碱性物质,地球上不同地区的降水ph值有可能高于或低于5.6。
天然降水的微弱酸性可使土壤的养分溶解,供生物吸收,这是有利于人类环境的。而ph值小于5.6的酸性降水即酸雨,却会对自然生态产生不利影响。
5.2.2酸雨的形成
酸雨的形成是一个复杂的大气物理和大气化学过程。包括雨水凝结核的形成、水蒸气的凝结。云滴和雨滴的形成过程中还涉及化学物质(颗粒物和微量气体)的迁移和转化反应,包括雨除和雨刷过程。雨除是指云形成过程中细小颗粒物凝结、长大而成为雨滴的过程。雨刷是指在雨滴下降过程中冲刷着所经过的空气柱内的气体和颗粒物质,将其带至地表的过程。
雨除和雨刷过程,使雨水中含有多种无机酸和有机酸,90％以上是h2so4和hno3,国外的酸雨中h2so4含量比hno3多一倍以上,我国酸雨中h2so4含量更高,主要呈硫酸型酸雨,这与我国以燃烧煤为主的能源结构有关。由于煤中还含有氯化物,燃烧时会以氯化氢形式释放出来,进入雨水后就成为盐酸,但总的来说,盐酸对酸雨的贡献是很小的。影响雨水的酸度的另一因素是有机酸,如甲酸、乙酸、乳酸、柠檬酸等,在世界上个别地区,如委内瑞拉的圣卡洛斯(sancarlos),有机酸的贡献达65％,澳大利亚北部的凯瑟琳(katherine),有机酸的贡献也达40％。有机酸的来源是大气中的醛类,如大气中的甲烷可氧化成甲醛,甲醛再进一步氧化成甲酸:
ch4+hoch3+h2ohchohcooh下表反映了美国纽约州依萨加地区雨水样品中各种酸对自由酸度的贡献,可以说有机酸对雨水ph的贡献是不大的。（
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硫酸和硝酸主要由人为排放的so2和nox转化而成:
so2在气体或液滴中氧化成硫酸,其反应可简单表示如下:
气体中so2+2·ohh2so4云雾水滴中:
so2+h2oh2so3o2h2so3,h2o2o4nox在大气和云雾滴中转化为hno3的主要反应表示如下:
nono2hno2+hn·oho3人为和天然排入大气的许多气态或固态物质,对酸雨的形成也会产生多种影响,颗粒物中的mn2+和fe2+是成酸反应的催化剂。光化学反应生成的o3和h2o2是so2的氧化剂。飞灰中的cao,土壤中的caco3,天然和人为来源的nh3以及其他阳离子,可与酸反应而使酸中和。因此降水的水质与降水中的化学组成和离子平衡密切相关。
5.2.3降水的化学组成和离子平衡
由于雨水中除含有阴离子外,还有从空气洗涤进来的各种阳离子。故雨水的酸度(ph值)取决于阴阳离子的相对含量。为了研究酸雨的来源和形成,必须了解酸雨的化学组成,单从ph值大小不能完全反映降水水质情况或大气中so2和nox的污染情况,更重要的是要知道降水的离子组成。
国内外的测定结果都表明降水中主要存在以下几种离子:
阴离子:so2-4、no-3、hco-3、cl-阳离子:h+、nh+4、k+、mg2+、ca2+、na+北欧监测网20多年测定结果(表58)表明,中、北欧地区降水中的化学组成,水中主要的阴离子是so2-4,其次是no-3和cl-,主要的阳离子是h+和nh+4以及na+、mg2+、ca2+等。（
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k+、mg2+、ca2+主要来自土壤中的碳酸盐,建筑业和燃料燃烧也是重要的来源。na+和cl-主要来自海洋,故通常情况下,它们在大气中的含量相当接近。nh+4的来源是大气中的气态nh3,nh3是大气中唯一的气态碱,对酸雨的形成有着重要影响。nh3的来源主要是土壤中的生物活动过程,含氮肥料挥发、动物和人类排泄物也是重要来源,此外,矿物燃料燃烧和城市生活污水分解物也是来源之一。土壤中的nh3挥发量随ph值增大而上升,我国土壤ph值北高南低,因而大气中nh3的含量和降水中的nh+4浓度也显示这一趋势。
大气中co2与水具有如下反应:
co2+h2oh++hco-3如果h+浓度增大,平衡向左移动,此时消耗h+,延缓ph的降低,到ph为5.0左右时,hco-3本身将被消耗殆尽。因此,在ph<5的情况下,hco-3含量接近于0。
在近中性或碱性溶液中,hco-3又阻止溶液碱性的增强,由前已知:
［h+］［hco-3］=［h+］［oh-］=10-14则［hco-3］/［oh-］==490这表明与大气co2平衡的hco-3浓度为oh-浓度的490倍。这就是为什么酸雨较常见而“碱雨”却不多见的原因。燃煤生成的碱性氧化物cao、mgo等,遇水生成oh-,然后迅速与co2反应生成hco-3,从而阻止了强碱性降雨的发生。
大气中的nh3易溶于水,形成nh+4和oh-，可使雨雪的ph升高,并进而影响so2的溶解和氧化速率。大气中的气态nh3在有水分条件下,可直接与so2反应生成硫酸铵和亚硫酸铵,使酸性降水得到中和。（
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由于雨水呈电中性,因而其中阴、阳离子的电荷和物料基本平衡。
(阳离子)［h+］+［nh+4］+［k+］+［mg2+］+［ca2+］+［na+］=［so2-4］+［no-3］+［hco-3］+［cl-］(阴离子)降水中的h+是所有阳离子和阳离子相互作用后的产物,当阴离子总量大于阳离子总量时,降水的［h+］含量增高,ph降低,形成酸雨。
大气中so2和nox的浓度高时,降水中so2-4和no-3的浓度也高,可由so2-4和no-3的浓度比值表明污染类型。这种污染使降水酸化,但由于中和作用,阴离子含量也较高时,很可能不表现为酸雨,甚至可能呈碱性降水。相反,即使大气中so2和nox浓度不算高,但阳离子相对更少,则降水仍然会有较高的酸度。
我国北方气候干燥,土壤多属碱性,这些碱性土壤中的阳离子易被风刮到空中,对雨水的酸性起中和作用。南方气候湿润,土壤多呈酸性,因而空气中缺少阳离子,对酸中和能力就低。这可能是我国南方酸雨多而北方酸雨较少的重要原因之一。
重庆雨水中阴离子含量比北京要少,但阳离子含量比北京相对更少。同样,瑞典降水中阴离子比中国低得多,但阳离子低得更多。基于上述阳离子的影响,不难设想,这是降雨的ph值和so2-4浓度之间找不出良好相关性的原因之一。
同样能说明问题的是表510的数据。
应当指出,我国酸雨的形成与so2的浓度及转化条件有关。西南地区大多使用高硫煤(含硫5％左右),因此so2的排放量很高。重庆市耗煤量只及北京的三分之一,但每年排放的so2是北京的两倍。（
重生之幸福一生）加上土质呈酸性,大气中阳离子较少,这就使西南地区成为大面积强酸雨区。
美国里肯斯(g.likens)认为,美国酸雨的发展,不是因为so2排放量增加(实际上是在减少),而是因为烟气降尘的普及使排放的阳离子大幅度减少。从美国伊利诺伊州的降水化学组成数据可以看出降水酸化的主要原因是钙镁含量降低,如果1954年与1977年的钙镁含量相等,则降水ph将为4.17而非6.05。
我国目前绝大多数地区采用低烟囱排放的方式,污染物不易扩散开去,因此,各地酸雨主要由局部源造成。国外已普遍采用200米左右的高烟囱排放方式,利用大气的扩散和自净能力,减轻了局部地区的污染。但是进入大气圈中的污染物数量并未减少,污染物长距离传输,转嫁于人,甚至引起国际纠纷(如加拿大来自美国的酸雨,瑞典来自英国、德国的酸雨)，造成全球性或地区性大气污染。
5.2.4酸雨的危害
酸雨对环境有多方面的危害。
使河流、湖泊等地表水酸化淡水被酸化后,引起浮游植物种群变化,进而导致以此为饵料的浮游生物的变化和鱼类迁移。危害渔业生产,ph值小于4.8时,水中鱼类就会消失绝迹。水体酸化还会使水中微生物降解水中有机污染物质作用减弱。
使土壤酸化
1.引起土壤成分的一系列变化,土壤中ca、mg、k等养分被淋浴,使土壤中的养分流失,土质日趋酸化,促进土壤贫瘠化。
2.酸雨还能使土壤中有害重金属离子溶出,使植物受害而生长不良,并能从土壤胶体中置换出其他盐基性离子,并使之遭受淋浴损失而加速土壤的酸化,损害农作物和林木生长,特别对于我国南方酸性土壤地带有更大危害性。
3.土壤微生物固氮细菌一般生存在碱性、中性或微酸性的土壤中,酸雨造成土壤微生物生态系统的混乱,抑制土壤微生物活性,影响生物固氮。
伤害植物植物叶片与酸雨接触,会出现点状白色斑点,甚至枯死。酸雨还导致植物细胞膜结构发生变化,破坏叶绿素的光合作用,在酸雨影响下,植物叶片缩小,生长变慢,干物质积累减少,农作物减产。酸雨对森林的破坏尤其严重。
腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹(建筑材料中含caco3)；腐蚀油漆、皮革、金属、纺织品英国特拉法加广场上的英王查理一世塑像满身孔隙,面目全非;雅典巴特农神庙的大理石柱表面已凝结成一厘米厚的石膏层;中国卢沟桥上的雕刻石狮已剥落得遍体鳞伤。
影响人类健康硫酸酸雾和硫酸盐的毒性比so2要高10倍,其微粒可侵入人体的深部组织,引起肺水肿和肺硬化等疾病而导致死亡。当空气中含0.8毫克/升硫酸雾时,就会使人难受而致病。
酸雨污染饮用水源,饮用酸化的地面水和由于土壤渗入金属含量较高的地下水,食用酸化湖泊和河流中的鱼类对人体健康都可能产生危害。
在一般情况下,金属al牢固地包裹在土壤中,不被水溶解,但酸雨使土壤中金属al活化,以离子形式或其他易溶物形式流入江河湖泊,对淡水鱼产生危害,人食用后也有危害。在酸化的地下水中al、cu、zn和cd的浓度常常比中性地下水高1—2个数量级,饮用水管道为酸性地下水腐蚀,将进一步使pb、cu、zn、cd等重金属溶入水中,在人体内积聚有害重金属元素。
影响地球气候
酸雨增强了地下水和地表水对石灰岩的溶蚀,间接地使大气中的co2浓度增大,据我国学者孙立广等估计,我国南方高硫燃料煤所形成的酸雨,使石灰岩地区每年将间接释放出(6.48—6.73)x1010摩尔co2,从全球范围来看,受酸雨影响的石灰岩溶蚀量是温室气体co2的一个不容忽视的来源。
美国东北部和加拿大东南部是西半球工业最发达的地区,每年向大气中排放so22500多万吨。其中约有380万吨由美国飘向加拿大,100多万吨由加拿大飘向美国。七十年代开始,这些地区出现了大面积的酸雨区。美国受酸雨影响的水域达3.6万平方公里,23个州的17059个湖泊有9400个酸化变质。最强的酸性雨降在弗吉尼亚州,ph值低至1.4。纽约州阿迪龙达克山区,1930年只有4％的湖泊无鱼,1975年近50％的湖泊无鱼,其中200个是死湖,听不见蛙声,死一般寂静。加拿大受酸雨影响的水域达5.2万平方公里,5000多个湖泊明显酸化。多伦多1979年平均降水酸度值为3.5,比番茄汁还要酸,安大略省萨德伯里周围1500多个湖泊池塘漂浮死鱼,湖滨树木枯萎。
原西德共有森林740万公顷,到1983年为止有34％染上枯死病,每年枯死的蓄积量占同年森林生长量的21％多,先后有80多万公顷森林被毁。这种枯死病来自酸雨之害。在巴伐利亚国家公园,由于酸雨的影响,几乎每棵树都得了病,景色全非。黑森州海拔500米以上的枞树相继枯死,全州57％的松树病入膏肓。巴登—符腾堡州的“黑森林”,是因枞、松绿的发黑而得名,是欧洲著名的度假胜地,也有一半树染上枯死病,树叶黄褐脱落,其中46万亩完全死亡。汉堡也有3/4的树木面临死亡。鲁尔工业区的森林里,到处可见秃树、死鸟、死蜂,该区儿童每年有数万人感染特殊的喉炎症。
5.2.5防治酸雨的对策
矿物燃料燃烧排放出来的硫氧化物、氮氧化物以及它们的盐类,是形成酸雨的主要原因,因此,减少硫氧化物和氮氧化物的排放量,是防止酸沉降的主要途径。
一是制定严格的大气环境质量标准,限制固定污染源和汽车污染源的排放量,加强排放控制。
二是调整能源结构,增加无污染或少污染的能源比例,发展太阳能、核能、水能、风能、地热能等不产生酸雨污染的能源。
三是积极开发利用煤炭的新技术,推广煤炭的净化技术、转化技术,改进燃煤技术,改进污染物控制技术,采取烟气脱硫、脱氮技术等措施。
四是加强大气污染的监测和科学研究,及时掌握大气中的硫氧化物和氮氧化物的排放和迁移状况,了解酸雨的时空变化情况和发展趋势,以便及时采取对策。
五是调整工业布局,改造污染严重的企业,改进生产技术,提高能源利用率,减少污染排放量。
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