酸雨的形成原因及其影響

1、酸雨的形成原因及其影響1、酸雨的形成原因1.1酸雨的發(fā)現(xiàn)隨著工業(yè)革命帶來了科技的急速發(fā)展，能源的消耗日益增加，這些能源主要來自是煤，進(jìn)而導(dǎo)致燃煤數(shù)量的日益猛增，但煤中含有雜質(zhì)硫，在燃燒煤的過程中將排放酸性氣體；同時燃燒產(chǎn)生的高溫還能促使助燃的空氣發(fā)生部分化學(xué)變化，促使氧氣與氮?dú)饣?，也排放酸性氣體。這些酸性氧化物在高空中被雨雪沖刷，溶解從而形成酸雨。1872年英國科學(xué)家史密斯分析了倫頓市雨水成份，發(fā)現(xiàn)它呈酸性，且農(nóng)村雨水中含碳酸銨，酸性不大；郊區(qū)雨水含硫酸銨，略呈酸性；市區(qū)雨水含硫酸或酸性的硫酸鹽，呈酸性。于是史密斯首先在他的著作空氣和降雨：化學(xué)氣候?qū)W的開端中提出“酸雨”的概念。酸雨只是酸沉降

2、中的一種，酸沉降是指大氣中的酸性物質(zhì)通過降水，如雨、雪、霧、冰雹等遷移到地表，或酸性物質(zhì)在氣流的作用下直接遷移到地表的過程，前者為濕沉降，后者為干沉降。1.2酸雨的形成原因酸雨的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理的現(xiàn)象。酸雨中含有多種無機(jī)酸和有機(jī)酸，無機(jī)酸中絕大部分是硫酸和硝酸，從而形成硫酸型酸雨和硝酸型酸雨兩種。工業(yè)生產(chǎn)、民用生活燃燒煤炭排放出來的二氧化硫，燃燒石油以及汽車尾氣排放出來的氮氧化物，經(jīng)過“云內(nèi)成雨過程”，即水氣凝結(jié)在硫酸根、硝酸根等凝結(jié)核上，發(fā)生液相氧化反應(yīng)，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又經(jīng)過“云下沖刷過程”，即含酸雨滴在下降過程中不斷合并吸附、沖刷其他含酸雨滴和含酸氣體，形成較大

3、雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨，我國的酸雨是硫酸型酸雨。酸雨的形成分為以下幾個過程：1.由污染源排放的氣態(tài)、經(jīng)氣相反應(yīng)生成、或硫酸鹽、硝酸鹽氣溶膠；2.云形成時，和的氣溶膠粒子以凝結(jié)核的形式進(jìn)入降水；3.云滴吸收了、氣體，在水相氧化形成和;4.云滴成為雨滴，降落時吸收了含有和的氣溶膠；5.雨滴下降時吸收、，再在水相中轉(zhuǎn)化成和。氮氧化物以及硫氧化物是形成酸雨的主要酸性氧化物，在國外酸雨中硫酸和硝酸之比約為21，而我國降水中硫酸和硝酸之比約10:1。這說明，我國的酸雨主要是大氣中的二氧化硫造成的。這與兩區(qū)能源結(jié)構(gòu)的差別有關(guān)：美國加強(qiáng)風(fēng)能、太陽能、風(fēng)能等可再生資源的利用，同時減少煤、石油、天然氣

4、的使用，使其大氣中含硫的氧化物較少；然而中國的在風(fēng)能、太陽能、風(fēng)能等可再生資源的利用上普遍較低，仍然以煤、石油、天然氣為主要能源，使我國大氣中含硫的氧化物較多。當(dāng)前世界最嚴(yán)重的三大酸雨區(qū)是西北歐、北美和中國。我國酸雨分布：覆蓋四川、貴州、廣東、廣西、湖南、湖北、江西、浙江、江蘇和青島等省市部分地區(qū)，面積達(dá)200多萬平方公里的酸雨區(qū)。從化學(xué)角度看，大氣中的酸性物質(zhì)增加或堿性物質(zhì)減少，或兩者同時發(fā)生都將導(dǎo)致降水酸化。劉帥仁等研究了大氣氣溶膠在云下雨水酸化過程的作用。結(jié)果表明：1.氣溶膠對雨水酸度有影響，若氣溶膠的pH值低于雨水的pH值，則氣溶膠起酸化作用；反之，則起堿化作用；但氣溶膠的酸化作用強(qiáng)于

5、堿化作用。2.在一般濃度(每含103個)下，酸性氣溶膠是雨水的重要來源，堿性氣溶膠可消耗雨水中的；氣溶膠對雨水的貢獻(xiàn)較小。3.酸性氣溶膠對雨水的酸化作用隨濃度增大而減弱，而堿性氣溶膠對雨水的堿化作用隨濃度增大而增強(qiáng)；云內(nèi)清除過程是雨水的重要來源，云下氣溶膠清除過程對貢獻(xiàn)較小。4.對雨水的貢獻(xiàn)比同濃度的要大幾倍，氣溶膠對雨水的貢獻(xiàn)相當(dāng)于1ng/mL的貢獻(xiàn)，隨著濃度的增大，氣溶膠的相對貢獻(xiàn) 迅速減少。1.3酸雨酸性大小的影響因素大氣中二氧化碳飽和時，略呈酸性（二氧化碳在全球大氣濃度為 330ml/），pH值為5.65。pH值小于5.65的雨叫酸雨；pH值小于5.65的雪叫酸雪；在高空或高山(如峨眉

6、山)上彌漫的霧，pH值小于5.65時叫酸霧。影響酸雨酸性的因素有很多，其中主要有三個方面。第一個方面是大氣中的氨。大氣中的氨（）對酸雨形成是非常重要的。氨是大氣中唯一的常見氣態(tài)堿。由于它的水溶性，能與酸性氣溶膠或雨水中的酸反應(yīng)，起中和作用而降低酸度。大氣中氨的來源主要是有機(jī)物的分解和農(nóng)田施用的氮肥的揮發(fā)。土壤的氨的揮發(fā)量隨著土壤pH值的上升而增大。京津地區(qū)土壤pH值為7-8以上，而重慶、貴陽地區(qū)則一般為5-6，這是大氣氨水平北高南低的重要原因之一。土壤偏酸性的地方，風(fēng)沙揚(yáng)塵的緩沖能力低。這兩個因素合在一起，至少在目前可以解釋我國酸雨多發(fā)生在南方的分布狀況。第二個方面是顆粒物酸度及其緩沖能力。大

7、氣中的污染物除酸性氣體和外，還有一個重要成員顆粒物。顆粒物的來源很復(fù)雜。主要有煤塵和風(fēng)沙揚(yáng)塵。后者在北方約占一半，在南方估計約占三分之一。顆粒物對酸雨的形成有兩方面的作用，一是所含的催化金屬促使氧化成酸；二是對酸起中和作用。但如果顆粒物本身是酸性的，就不能起中和作用，而且還會成為酸的來源之一。目前我國大氣顆粒物濃度水平普遍很高，為國外的幾倍到十幾倍，在酸雨研究中自然是不能忽視的。第三個方面是天氣形勢的影響。如果氣象條件和地形有利于污染物的擴(kuò)散，則大氣中污染物濃度降低，酸雨就減弱，反之則加重（如逆溫現(xiàn)象）。就北方酸雨區(qū)而言，雨水中除含酸性物質(zhì)外，還含有從空氣中洗滌進(jìn)來的堿性物質(zhì)，如含碳酸鹽的土壤

8、揚(yáng)塵、工業(yè)粉塵和天然來源的氨等。酸堿物質(zhì)會發(fā)生中和反應(yīng)。雨水酸度實際上是酸堿物質(zhì)相平衡的結(jié)果。我國北方氣候干燥，土壤多呈堿性，這些堿性土壤被風(fēng)揚(yáng)到空中，對雨水中的酸起中和作用。南方土壤多偏酸性，氣候濕潤，大氣中飄塵較少，對酸的中和能力較低。酸雨發(fā)生頻率一直維持在較低的水平，但自2003年開始，京津冀地區(qū)及河南部分地區(qū)的酸雨發(fā)生頻率增加到20%甚至50%以上，山東省酸雨發(fā)生頻率大于50%的區(qū)域面積也逐漸擴(kuò)大。尤其值得注意的是，傳統(tǒng)上為非酸雨區(qū)的北京地區(qū)近些年雨水酸化趨勢十分明顯。我國西南地區(qū)酸雨嚴(yán)重的原因，是我國西南地區(qū)降水酸度很高，既與該區(qū)域所使用的煤中含硫量較高有關(guān)，也與該區(qū)域的地形、氣象和

9、土壤等自然地理條件有關(guān)。西南地區(qū)煤的含硫量達(dá)5%左右，并且未經(jīng)任何脫硫處理品而直接使用，因此二氧化硫的排放量很高。重慶市全年的耗煤量只及北京的三分之一，但每年排放的二氧化硫量卻是北京的2倍。再加上重慶和貴陽的氣象條件和地形條件也不利于污染物的擴(kuò)散，故大氣中二氧化硫濃度很高。而且，這個地區(qū)氣溫高、濕度大，有利于二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硫酸。另外，該區(qū)域土壤亦呈酸性反應(yīng)，大氣中堿性物質(zhì)較少。所有這些條件造成了我國西南大面積強(qiáng)酸性降雨區(qū)。此外自然界對酸性有一定抵御能力，如土壤中的碳酸鈣，大氣中的氧化鈣、碳酸鈣微粒（風(fēng)沙天氣時更多），堿性物質(zhì)可與酸雨起中和作用，但超過其抵御能力，就會出現(xiàn)

10、酸雨現(xiàn)象。由于不同的地方存在地質(zhì)條件的不同，導(dǎo)致不同酸度的酸雨對其影響也不同。通過對降水的多年觀察，近年來也有人對pH=5.6能否作為酸性降水的界限以及判別人為污染的界限提出了異議。首先除二氧化碳外還存在著各種酸、堿性氣態(tài)和氣溶膠物質(zhì)；其次作為對降水pH值有決定影響的強(qiáng)酸，尤其是硫酸和硝酸，并不都來自人為原因?？諝庵袎A性物質(zhì)的中和作用，使得空氣中酸性污染嚴(yán)重的地區(qū)并不表現(xiàn)出來酸雨，例如中國北部地區(qū)；再次降水pH5.6的地區(qū)并不都意味著沒有人為污染；最后濃度不是一個守恒量。高清潔大氣中，除外還存在各種酸、堿性氣態(tài)和氣溶膠物質(zhì)，它們通過成云和降水沖刷進(jìn)入于水中，其pH值不一定是5.6。根據(jù)上述情況

11、有人提出：降水的pH背景值。這個事根據(jù)世界各地不同的自然地理條件，需要經(jīng)過長期測定確定其背景值。2、酸雨的影響2.1酸雨對全球影響歐洲大面積酸雨：19世紀(jì)60年代，歐洲建立了歐洲大氣化學(xué)監(jiān)測網(wǎng)，繼而發(fā)現(xiàn)pH值低于4.0 的酸雨地區(qū)，集中于地勢較低地區(qū)，如荷蘭，丹麥，比利時等。瑞典科學(xué)家奧登研究了歐洲的氣象和降水，湖水，土壤的化學(xué)變化，證實歐洲大陸存在大面積酸雨，是洲級區(qū)域環(huán)境問題。同時世界也意識到了酸雨對全球的影響。1972年，瑞典政府給聯(lián)合國人類環(huán)境會議提出報告穿過國界的大氣污染：大氣和降水中硫的影響，引起各國政府關(guān)注，1973至1975年歐洲經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織開展了專項研究，證實酸雨地區(qū)幾

12、乎覆蓋了整個西北歐。1974年和以后北美證實在美國東北部和與加拿大交界地區(qū)亦發(fā)現(xiàn)大面積酸雨區(qū)域，幾乎北美有三分之二陸地面積受到酸雨威脅，甚至在美國夏威夷群島的迎風(fēng)一側(cè)，也出現(xiàn)酸雨。再后，東南亞日本、韓國等亦發(fā)現(xiàn)大面積酸雨。有位科學(xué)家到杳無人煙，且長年冰封雪蓋的格陵蘭島，給冰層打鉆，取出180年前的冰塊，與現(xiàn)在的酸度相比，酸度增長了99倍。至此世人公認(rèn)酸雨是當(dāng)前全球性重要區(qū)域環(huán)境污染問題之一。酸雨現(xiàn)象正在發(fā)展：1986年5月，在肯尼亞首都內(nèi)羅畢召開的第三世界環(huán)境保護(hù)國際會議上，專家們認(rèn)為，酸雨現(xiàn)象正在發(fā)展，它已成為嚴(yán)重威脅世界環(huán)境的十大問題之一。地球的南極和北極終年冰雪，罕見人至，但80年代，挪

13、威科學(xué)家在北極圈內(nèi)大面積地區(qū)都測到酸雨或酸雪。這些酸雨或酸雪是哪兒來的？他們認(rèn)為是前蘇聯(lián)南部工業(yè)區(qū)排放的大氣酸性物質(zhì)，隨氣流，幾千公里飄移到此地。后來在南極地區(qū)也有人曾收集到pH為5.5的酸性降水。這些酸性降水所含的酸性物質(zhì)，可能來自更遠(yuǎn)的距離?？磥恚嵊瓴坏珱]有國界，也沒有洲界。中國南極長城站測到酸雨：1998年上半年，中國南極長城站八次測得南極酸性降水，其中一次pH值為5.46。有趣地是，當(dāng)刮偏南風(fēng)或偏東風(fēng)時，南極大陸因為沒有人為排放，大氣是新鮮的，所以測得降水的都接近于中性；當(dāng)刮西北風(fēng)時，來自南美洲和亞太地區(qū)的大氣污染物將吹到中國南極站所處的南極半島，遇到降水，形成酸雨。這說明: 南極也

14、不是“凈土”。從酸雨到毒雪：酸雨給人類敲響了警鐘。90年代科學(xué)家又在冰雪世界的南極和北極收集到了含有有毒農(nóng)藥成份的“毒雪”?！岸狙毙纬膳c酸雨或酸雪形成過程極為相似。也是人類活動，使用人造的農(nóng)藥到田間，殺蟲增產(chǎn)，但農(nóng)藥卻進(jìn)入了環(huán)境；也是通過大氣遠(yuǎn)程傳輸；也是在高空中，污染物被雨雪沖刷；也是最終降落地面，危害人類。由“酸雨”，發(fā)展到“毒雪”，如此嚴(yán)重的環(huán)境惡化趨勢，令人類反?。?.2酸雨對我國的影響1974年我國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心等單位的科學(xué)家首先在北京西郊進(jìn)行酸雨監(jiān)測；而后70年代末期又奔走于重慶、貴陽、武漢、南京和北京等市，進(jìn)行監(jiān)測，并在長江以南，測到酸雨。引起國人重視。在我國，20世紀(jì)

15、80年代初，酸雨主要發(fā)生在以重慶、貴陽為代表的西南地區(qū)。到90年代中期，酸雨迅速發(fā)展到長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區(qū)，形成華中、西南、華東、華南4大酸雨區(qū)，年均降水PH5.6的區(qū)域面積達(dá)全國面積的40%左右，成為繼北歐、北美之后的世界第三大酸雨區(qū)。1995年，我國排放高達(dá)2370萬噸，居世界第一位，到目前為止酸雨主要有以下對我國的幾點(diǎn)影響。1.酸雨對土壤方面的影響酸雨使土壤中Ca、Mg、K等營養(yǎng)元素溶出，并迅速流失，破壞土壤的營養(yǎng)，使土壤貧瘠化。土壤中含有大量鋁的氫氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含鋁礦物的風(fēng)化而釋放出大量鋁離子，形成植物可吸收的形態(tài)鋁化合物。植物長期和過量的吸收鋁

16、，會中毒，甚至死亡。酸雨能加速某些礦物質(zhì)元素流失，由于營養(yǎng)少了，土壤貧瘠，植物難以正常發(fā)育，由于抵抗力差了，植物病蟲的蟲害出現(xiàn)，使農(nóng)作物減產(chǎn)。酸雨可使土壤微生物種群變化，細(xì)菌個體生長變小，生長繁殖速度降低，如分解有機(jī)質(zhì)及其蛋白質(zhì)的主要微生物類群牙孢桿菌，極毛桿菌和有關(guān)真菌數(shù)量降低，影響營養(yǎng)的循環(huán)，也是造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)的原因。特別是酸雨可降低土壤中氨化細(xì)菌和固氮細(xì)菌的數(shù)量，使土壤微生物的氨化作用和硝化作用能力下降。2.酸雨對生態(tài)系統(tǒng)的影響酸雨中的氫離子，首先中和碳酸氫根離子形成弱酸性的碳酸，碳酸氫根被耗盡時，新加的氫離子便會將pH值大幅下降了，湖水變成酸性，在pH5.06.5之間時；同時，當(dāng)酸雨降落

17、到河流、湖泊中使水的低于5.0時，會妨礙水中魚、蝦的成長，以致魚蝦減少或絕跡同樣會導(dǎo)致水中動物死亡，是水中的植物如藻類減少，湖水酸化，水生生物種群將減少。因此，從生態(tài)食物鏈角度來看，湖泊酸化，也將使魚蝦難以生存，同時會使水底沉積物有毒金屬元素溶解，釋放出有毒物質(zhì)。酸雨能破壞農(nóng)作物和森林，受到酸雨侵襲的農(nóng)作物葉子中葉綠素含量降低，由于光合作用受阻，引起葉子萎縮和畸形，使產(chǎn)量下降。3.酸雨對建筑的影響腐蝕建筑物、工業(yè)設(shè)備及名勝古跡，腐蝕建筑材料、金屬結(jié)構(gòu)、油漆（房屋、橋梁、水壩、工業(yè)設(shè)備、供水管網(wǎng)等）等。酸雨能使非金屬建筑材料（混凝土、砂漿和灰砂磚）表面硬化水泥溶解，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，

18、從而建筑物損壞。1956年落成的重慶市體育場的水泥欄桿、世界文化遺產(chǎn)之一的重慶大足石刻等都因酸雨而慘遭“毀容”。酸沉降己經(jīng)成為制約我國發(fā)展的嚴(yán)重大氣環(huán)境問題，被列為現(xiàn)階段我國大氣環(huán)境治理的重點(diǎn)。在我國貴州、廣西、湖南、四川盆地、重慶、江西南部、湖北西部風(fēng)力弱的地區(qū)，尤其是四川盆地和重慶，素有“死水區(qū)”之稱。1982至1989年的觀測數(shù)據(jù)表明，重慶市城區(qū)降水酸度多大，酸化頻率高。1989年10月云水和污染氣體的航測。發(fā)現(xiàn)：重慶地區(qū)云水已經(jīng)全部酸化，說明重慶地區(qū)的云水是“新近污染的云水”。整個重慶市周圍地區(qū)的酸性降水則可能來源于市區(qū)污染物的小尺度輸送。重慶是我國的特大老工業(yè)基地，長期以來一直以本地

19、高硫煤(91%已上含硫量為3-5%)為主要能源。煤炭消費(fèi)排放的占總排放量的98%。重慶城區(qū)降水中氫離子濃度與耗煤密度(即平放千米耗煤量)顯著相關(guān)(r=0.96，0.01)，表明城區(qū)降水酸化是污染源燃煤引起的。從大尺度空間看，我國地面年均風(fēng)場顯示自西北部來的氣流到達(dá)東部后轉(zhuǎn)而向南，又回到四川盆地和重慶，500m高度的風(fēng)場大體與地面相似。長江以南地區(qū)的大氣酸性物質(zhì)不僅不易向外輸出，而且外部的酸性物質(zhì)可能向內(nèi)輸入。重慶市南山1800公頃馬尾松人工林普遍生長不良，蟲害頻繁發(fā)生，1982年發(fā)現(xiàn)明顯死亡現(xiàn)象。受害面積達(dá)85%，死亡約800公頃。森林衰退最嚴(yán)重的是重慶萬縣區(qū)，近6.5萬公頃華山松林，20世紀(jì)

20、80年代末調(diào)查時已有4萬公頃受害，奉節(jié)縣山區(qū)6000公頃華山松林中90%已枯死，損失巨大。重慶與南京相比，氣候條件略近，年均氣溫是17.7和15.4； 濕度是81% 和75% ； 降雨量是1398.3毫米和1213.5毫米。土壤酸度略有不同， pH值分別是5.0和7.0 酸雨情況也有所不同，年降水pH值分別為4.60和5.10 (1995年)，重慶已成為酸雨重污染區(qū)。對建筑材料的腐蝕影響大不一樣：南京長江大橋維修周期為五年，重慶嘉陵江大橋，長度僅為前者二十分之一，要年年涂漆；南京電視塔十年維修一次，重慶電視塔每年維修一次；南京公共汽車車廂鐵外殼三年有繡痕，重慶市的一年就銹穿。研究表明，原重慶城

21、區(qū)建筑材料的腐蝕不僅在國內(nèi)最高，而且高于國外重酸雨區(qū)的北歐和北美城市。維修周期縮短，使用壽命降低。保養(yǎng)間隔為氣候、土壤特征等十分相近的南京市的1/3到1/2。年維修費(fèi)增高了4萬美元以上。2.3酸雨對人體健康的影響人體耐酸能力高于耐堿能力，如經(jīng)常用弱堿性洗衣粉洗衣服，不帶手套，手就會變得粗糙，皮革工人，經(jīng)常接觸堿液，也有類似情況；但皮膚角質(zhì)層遇酸就好一些。可是，眼角膜和呼吸道粘膜對酸類卻十分敏感，酸雨或酸霧對這些器官有明顯刺激作用，導(dǎo)致紅眼病和支氣管炎，咳嗽不止，尚可誘發(fā)肺病，這是酸雨對人體健康的直接影響。到20世紀(jì)90年代初，在污染最嚴(yán)重的市區(qū)，呼吸道發(fā)病率已達(dá)34.3%，而相對清潔區(qū)僅為12

22、.4%；肺癌死亡率由1973年的21.8/10萬上升到1989年的54.7/10萬，相對清潔區(qū)14/10萬。目前統(tǒng)計高濃度和嚴(yán)重的酸雨污染造成對人體健康的經(jīng)濟(jì)損失約為950億元。結(jié) 論在工業(yè)革命開始時，大量的能源被利用，隨之而來的是大量的含硫含氮的化合物的燃燒，這些物質(zhì)的燃燒增加了大氣中的硫、氮的含量。在大氣中像硫、氮這些非金屬元素與氧氣結(jié)合形成酸性氧化物，雖然大氣中有一定的堿性氧化物與之相中和，但是大量的含硫、氮的化合物燃燒破壞了原有的平衡，這些酸性氧化物在與大氣中的雨、雪等結(jié)合形成酸性溶液，隨之降到地面；同時可以隨大氣運(yùn)動形成跨地區(qū)性的酸沉降。不同的地區(qū)酸雨的酸度不同，因而我們應(yīng)該建立酸雨監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和排放監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以便及時了解酸雨和污染動態(tài)，從而采取措施，控制污染，同時制定嚴(yán)格的大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，健全排污許可證制度，實施排放總量控制。酸雨對土壤、生態(tài)系統(tǒng)、建筑材料以及人體健康都用影響。酸雨破壞了原有的生態(tài)系統(tǒng)的平衡，是土壤貧瘠、一些動植物死亡、對建筑損毀嚴(yán)重，同時危害著人類的健康。我們應(yīng)加大綠化面積、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改進(jìn)燃燒技術(shù)，降低硫、氮等酸性氣體的排放，為了明天會更好。參考文獻(xiàn)：1 /view/2741.htm2 赤峰環(huán)境報1999-8-25 第三版3 酸雨對陸地生態(tài)系統(tǒng)的影響-農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展1985年01期4 林