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        酸雨 酸雨正式的名稱是為酸性沉降,它可分為“濕沉降”與“干沉降”兩大類,前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物,隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者,后者則是指在不下雨的日子,從空中降下來的落塵所帶的酸性物質而言。

        一、定義

              酸雨為酸性沉降,它可分為“濕沉降”與“干沉降”兩大類,前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物,隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者,后者則是指在不下雨的日子,從空中降下來的落塵所帶的酸性物質而言。酸雨又分硝酸型酸雨和硫酸型酸雨。

         

        二、形成的原因

              酸雨的成因是一種復雜的大氣化學和大氣物理的現象。酸雨中含有多種無機酸和有機酸,絕大部分是硫酸和硝酸。

              1、天然排放

              海洋霧沫,它們會夾帶一些硫酸到空中;土壤中某些機體,如動物死尸和植物敗葉在細菌作用下可分解某些硫化物,繼而轉化為SO2;火山爆發,也將噴出可觀量的SO2氣體;雷電和干熱引起的森林火災也是一種天然SOx 排放源,因為樹木也含有微量硫。

              閃電,高空雨云閃電,有很強的能量,能使空氣中的氮氣和氧氣部分化合,生成NO,繼而在對流層中被氧化為NO2,NOx即為NO和NO2之和;土壤硝酸鹽分解,即使是未施過肥的土壤也含有微量的硝酸鹽,在土壤細菌的幫助下可分解出NO,NO2和N2O等氣體。

         

              2、人工排放

              煤、石油和天然氣等化石燃料燃燒,無論是煤,或石油,或天然氣都是在地下埋藏了多少億年的,由古代的動植物化石轉化而來,故稱做化石燃料。科學家粗略估計,1990年我國化石燃料約消耗近700百萬噸;僅占世界消耗總量的12%,人均相比并不驚人,但是我國近幾十年來,化石燃料消耗的增加速度,實在太快,1950年至1990年的四十年間增加了30倍。不能不引起足夠重視。

              工業過程,如金屬冶煉:某些有色金屬的礦石是硫化物、銅、鉛、鋅便是如此,將銅、鉛、鋅硫化物礦石還原為金屬過程中將逸出大量二氧化硫氣體,部分回收為硫酸,部分進入大氣。再如化工生產,特別是硫酸生產和硝酸生產可分別產生可觀量二氧化硫和二氧化碳,由于二氧化碳帶有淡棕的黃色,因此,工廠尾氣所排出的帶有二氧化碳的廢氣象一條“黃龍”,在空中飄蕩,控制和消除“黃龍”被稱做“滅黃龍工程”。再如石油煉制等,也能產生一定量的二氧化硫和二氧化碳在某些工業城市中,也比較容易得到控制。

              交通運輸,如汽車尾氣。在發動機內,活塞頻繁打出火花,像天空中閃電,氮氣變成二氧化碳。不同的車型,尾氣中氮氧化物的濃度有多有少,機械性能較差的或使用壽命已較長的發動機尾氣中的氮氧化物濃度要高。汽車停在在十字路口,不息火等待通過時,要比正常行車尾氣中的氮氧化物濃度要高。隨著我國各種汽車數量猛增,它們的尾氣對酸雨的貢獻正在逐年上升,不能掉以輕心。

              工業生產、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,經過“云內成雨過程”,即水汽凝結在硫酸根、硝酸根等凝結核上,發生液相氧化反應,形成硫酸雨滴和硝酸雨滴;又經過“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,形成較大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨。由于我國多燃煤,所以的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的國家下硝酸雨。

         

        三、一般的酸雨區

              某地收集到酸雨樣品,還不能算是酸雨區, 因為一年可有數十場雨,某場雨可能是酸雨,某場雨可能不是酸雨, 所以要看年均值。目前我國定義酸雨區的科學標準尚在討論之中, 但一般認為: 年均降水pH高于5.65, 酸雨率是0-20%,為非酸雨區;pH在5.30--5.60之間, 酸雨率是10--40% , 為輕酸雨區;pH在5.00--5.30之間,酸雨率是30-60%,為中度酸雨區;pH在4.70--5.00之間,酸雨率是50-80%,為較重酸雨區;pH小于4.70, 酸雨率是70-100%,為重酸雨區。這就是所謂的五級標準。其實,北京、西寧、蘭州和烏魯木齊等市也收集到幾場酸雨,但年均pH和酸雨率都在非酸雨區標準內,故為非酸雨區。

         

              我國三大酸雨區:

              我國酸雨主要是硫酸型,我國三大酸雨區分別為:

              1、西南酸雨區:是僅次于華中酸雨區的降水污染嚴重區域。

              2、華中酸雨區:目前它已成為全國酸雨污染范圍最大,中心強度最高的酸雨污染區。

              3、華東沿海酸雨區:它的污染強度低于華中、西南酸雨區。

         

        四、酸雨的發現

              近代工業革命,從蒸氣機開始,鍋爐燒煤,產生蒸汽,推動機器;而后火力電廠星羅齊布,燃煤數量日益猛增。遺憾的是,煤含雜質硫,約百分之一,在燃燒中將排放酸性氣體SO2;燃燒產生的高溫尚能促使助燃的空氣發生部分化學變化,氧氣與氮氣化合,也排放酸性氣體NOx。它們在高空中為雨雪沖刷、溶解,雨成為了酸雨;這些酸性氣體成為雨水中雜質硫酸根、硝酸根和銨離子。1872年英國科學家史密斯分析了倫敦市雨水成份,發現它呈酸性,且農村雨水中含碳酸銨,酸性不大;郊區雨水含硫酸銨,略呈酸性,于是史密斯首先在他的著作《空氣和降雨:化學氣候學的開端》中提出“酸雨”這一專有名詞。

              簡單地說,酸雨就是酸性的雨。什么是酸? 純水是中性的,沒有味道;檸檬水,橙汁有酸味,醋的酸味較大,它們都是弱酸;小蘇打水有略澀的堿性,而苛性鈉水就澀澀的,堿味較大,它們是堿。科學家發現酸味大小與水溶液中氫離子濃度有關;而堿味與水溶液中羥基離子濃度有關;然后建立了一個指標:氫離子濃度對數的負值,叫pH值。于是,純水的pH值為7;酸性越大,pH值越低;堿性越大,pH值越高。未被污染的雨雪是中性的,pH值近于7;當它為大氣中二氧化碳飽和時,略呈酸性,pH值為5.65。被大氣中存在的酸性氣體污染,pH值小于5.65的雨叫酸雨;在高空或高山(如峨眉山)上彌漫的霧,pH值小于5.65時叫酸霧。

              酸雨使湖泊、河流酸化,水生生物減少或死亡,一些魚或兩棲動物的孵化受到影響,死亡率上升并出現畸形;使樹葉變暗、變黃以至脫落,樹葉中葉綠素含量降低,光合作用減弱;抑制土壤微生物的生長,影響土壤中有機物的分解,使土壤貧瘠化,影響植物生長發育,出材率降低。

              重慶市在90年代初酸雨出現的頻率高達80%,在其南山風景區,馬尾松成片死亡。該市街道兩旁行道樹從60年代至90年代已換過3次樹種,仍無法抗御污染和酸雨的危害,許多瓜果蔬菜因酸雨造成土壤肥力退化長勢差,常出現死苗、枯葉、落花落果現象,給農業生產帶來嚴重影響。1985~1990年因酸雨酸霧損失達5.4億元,占同期全市國民總產值3.19%。而其造成的物種退化、對人體和物種生存造成潛在的影響更是無法估計。該市現設計的《控制重慶酸雨系統工程》已開始實施。

         

        五、酸雨對水域生物的危害

              江河、湖泊等水域環境,受到酸雨的污染,影響最大的是水生動物,特別是魚類。其主要危害主要表現在以下方面:

              首先,水域酸化可引起魚類血液與組織失去營養鹽分,導致魚類爛腮、變形,甚至死亡。首先,水體的酸化抑制細菌的繁殖,使細菌總數減少,降低了對有機物的分解速度,從而使真菌數則迅速增加。這些變化加速了水體的富營養化,導致水體生產力的喪失。在酸化的水體中,浮游動物的種類和數量會減少,多樣性降低,生物量下降。這些變化最終將影響魚類的種群和數量。因為魚類處于食物鏈的末端,魚類食物的短缺,必然造成魚類種群和數量的減少。

              其次,魚類本身對酸度的變化特別敏感。一方面,由于水體pH值的突然改變,使魚類不能很快適應,而造成大批魚類死亡;另一方面,長期的酸雨使水體的pH值逐漸下降,魚類雖有一定的適應能力,不至于突然死亡,但經受不住持續的酸性壓力,導致功能失常、組織病變、繁殖能力下降,從而魚群的數量逐漸減少,最后消失。

              據有關報道,如在瑞典的9萬多個湖泊中,已有2萬多個遭到酸雨危害,4千多個成為無魚湖。挪威有260多個湖泊魚蝦絕跡。北美的加拿大和美國,已有幾萬個大小湖泊遭到酸雨的破壞,其中加拿大就有4500多個湖泊無魚類生存,成為“死湖”。國內報道重慶南山等地水體酸化,PH值小于4.7,魚類不能生存,農戶多次養魚,均無收獲。

              最后,水域酸化還導致水生植物死亡消失,破壞各類生物間的營養結構,造成嚴重的水域生態系統紊亂。

              水體的酸化影響水生生物的種類。在pH值高于6.0的湖泊中,浮游植物種群正常,隨著pH值的降低,種群會發生變化。例如,在pH值大于6. 0時,湖泊中以硅藻為主;而pH值小于6 .0時,則被綠藻所取代;當pH值等于4. 0時,轉板藻成為優勢種。

         

        六、酸雨對陸生生物的破壞

              土壤通常比湖泊、河流以及小溪更能忍受酸化,土壤忍受酸性降水的能力取決于土壤的類型、土壤下面的基巖種類和人們使用土地時投入的肥料等。最不耐酸的是基巖缺乏氧化鈣的土地,這種土地上面的土壤層較薄,含保護性物質少。土壤酸化后容易使其中的營養物如鉀、鎂、鈣和其他微量營養物從土壤中迅速溶出來,使土壤的肥力降低。土壤中鋁的濃度升高后,會降低植物對磷的利用,影響植物生長。土壤PH值的減小還能影響有毒金屬的流動性和植物對它們的吸收性。一般來說,土壤的PH越小,則植物越容易吸收土壤中的有毒金屬。植物在土壤中的必要的生長過程也可能受到土壤酸化的影響,包括對固定氮的影響。研究結果認為,酸性降水對谷物的直接效應較小,既可能是正效應也可能是負效應。而酸性降水能直接損傷樹木枝葉梢頭,也可改變土壤性質從而間接影響樹木生長。樹木對酸性降水的敏感性隨樹木種類和土壤的緩沖能力而異。

         

        七、酸雨其他的危害

              酸性降水還可以毀壞建筑、橋梁、堤壩、工業設施、供水管網、地下儲水系統、發電站、電訊電纜等設施和材料。酸性降水還能損壞古代文物、歷史建筑、雕塑、裝飾品和各種重要設施。實驗證明,城市和工業區大氣中的金屬腐蝕速度相當于農村中的2--10倍。碳素鋼、鋅和鍍鋅鐵、銅、鎳和鍍鎳鈉、砂石和石灰石等都隨空氣中SO2的濃度升高而加快其腐蝕速度。另一方面,有些金屬如鋁、不銹鋼則只會受到酸性降水的輕微腐蝕。許多研究證明,大氣中硫化物對經濟的破壞是相當嚴重的。

         

        八、形成酸雨的主要空氣污染物

              大氣是人類生存的重要環境,大氣污染最直接地影響人們的生活和工作。進入大氣的主要污染物有一氧化碳、烴類、氮氧化物、二氧化硫、懸浮顆粒等,其中二氧化硫和氮氧化物是酸雨的主要來源。 酸雨是指PH值小于5.6的酸性降雨,比較純凈的雨水因溶有二氧化碳(CO2)而其PH值 約為5.6。大多數酸雨中的酸性物質最主要的是硫酸(可占65%-70%),其次是硝酸(可占25%-30%)。

              人們曾經認為,空氣中的SO2主要來自銅、鉛、鋅等有色金屬冶煉廠和硫酸廠。事實上空氣中二氧化硫(SO2)最主要的來源是燃燒含硫的燃料。據估測,大氣中的SO2有70%來源于工業燃煤,12%來源于工業燃油,其余則來源于生活燃煤等。進入大氣中的SO2氣體在氮氧化物或懸浮顆粒中的某些過渡金屬元素的化合的催化下,部分被空氣中的氧氣等氧化為三氧化硫(SO3),降水時形成硫酸(H2SO4)而降下酸雨。燃料的高溫燃燒是大氣中氮氧化物的主要來源。主要來自汽車尾氣和供熱供電用燃料燃燒的產物。在1200℃或更高溫度(內燃機內部能達到的溫度可超過2000℃),空氣中的N2(氮氣)和O2(氧氣)可生成可檢出量的NO(一氧化氮),后者慢慢與氧氣反應而生成NO2(二氧化氮),降水時形成硝酸(HNO3)而進入水中形成酸雨。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(風沙天氣時更多),大氣中天然和人為來源的氨等,堿性物質可與酸雨起中和作用,但超過其抵御能力,就會出現種種災害。酸雨酸化水體可導致水生生物減少甚至絕跡,另一方面,底泥中沉積的某些重金屬元素化合物會溶出,進入魚、貝體中的有毒重金屬元素通過食物鏈而危害人體健康;酸化土壤則使其中鈣、鎂等元素溶出流失,使土壤的肥力下降,酸雨對某些建筑材料的腐蝕性比海水還強,大理石、漢白玉、砂巖、板巖都能被腐蝕,因此而損失一些建筑物和文物。如古埃及方尖碑在埃及的亞歷山大三千多年能保存完好,但移至倫敦只有八十年就面目全非。酸雨還加速金屬材料的腐蝕,對暴露的油漆、涂料及橡膠等產生破壞作用,導致使用壽命縮短。
              我國對酸雨研究較晚,1972年開始了對酸雨的監測,1982年進行了酸雨普查,其中重慶、貴陽雨水的PH小于5。現在以重慶、貴陽為中心的酸雨區已在西南地區逐步擴大,并擴展到長江下游。長江以北在青島已發現過酸雨。
              酸雨的危害如此嚴重,所以必須采取一定的措施進行防治:一是減少污染,如為減少SO2的排放,可采用低硫的煤、石油、天燃氣等燃料,以及加工制成低硫或脫硫的燃料;或開發新能源,如太陽能等。二是進行回收處理,綜合利用,如硫酸廠的尾氣可采用氨吸收法、石灰乳吸收法等進行回收。硝酸廠尾氣可采用碳酸鈉溶液吸收法、氫氧化鈉溶液吸收法等。

         

        九、酸雨的危害

              酸雨可導致土壤酸化。土壤中含有大量鋁的氫氧化物,土壤酸化后,可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風化而釋放大量鋁離子,形成植物可吸收的形態鋁化合物。植物長期和過量的吸收鋁,會中毒,甚至死亡。

              酸雨尚能加速土壤礦物質營養元素的流失;在酸雨的作用下,土壤中的營養元素鉀、鈉、鈣、鎂會流失出來,并隨著雨水被淋溶掉。所以長期的酸雨會使土壤中大量的營養元素被淋失,造成土壤中營養元素的嚴重不足,從而使土壤變得貧瘠。改變土壤結構,導致土壤貧瘠化,影響植物正常發育。此外,酸雨能使土壤中的鋁從穩定態中釋放出來,使活性鋁的增加而有機絡合態鋁減少。土壤中活性鋁的增加能嚴重地抑制林木的生長;

              酸雨還能誘發植物病蟲害,使農作物大幅度減產,特別是小麥,在酸雨影響下,可減產 13% 至 34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害,導致蛋白質含量和產量下降。

              酸雨對森林的影響在很大程度上是通過對土壤的物理化學性質的惡化作用造成的。

              酸雨可抑制某些土壤微生物的繁殖,降低酶活性,土壤中的固氮菌、細菌和放線菌均會明顯受到酸雨的抑制。

              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,出現空洞和裂縫,導致強度降低,從而損壞建筑物。建筑材料變臟, 變黑, 影響城市市容質量和城市景觀, 被人們稱之為 “黑殼”效應。

         

        十、預防酸雨的措施

              1.原煤脫硫技術,可以除去燃煤中大約40%一60%的無機硫。

              2.優先使用低硫燃料,如含硫較低的低硫煤和天然氣等。

              3.改進燃煤技術,減少燃煤過程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如,液態化燃煤技術是受到各國歡迎的新技術之一。它主要是利用加進石灰石和白云石,與二氧化硫發生反應,生成硫酸鈣隨灰渣排出。

              4.對煤燃燒后形成的煙氣在排放到大氣中之前進行煙氣脫硫。主要用石灰法,可以除去煙氣中85%一90%的二氧化硫氣體。不過,脫硫效果雖好但十分費錢。例如,在火力發電廠安裝煙氣脫硫裝置的費用,要達電廠總投資的25%之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。

              5.開發新能源,如太陽能,風能,核能,可燃冰等。

              6.生物防治:1993年在印度召開的"無害環境生物技術應用國際合作會議"上,專家們提出了利用生物技術預防、阻止和逆轉環境惡化,增強自然資源的持續發展和應用,保持環境完整性和生態平衡的措施。科學家已發現能脫去黃鐵礦中硫的微生物還有氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫桿菌等。日本財團法人電力中央研究所最近開發出的利用微生物膠硫的新技術,可除去70%的無機硫,還可減少60%的粉塵。這種技術原理簡單,設備價廉,特別適合無力購買昂貴脫硫設備的發展中國家使用。生物技術脫硫符合“源頭治理”和“清潔生產”的原則,因而是一種極有發展前途的治理方法,越來越受到世界各國的重視。

         

        案例

              大自然正在懲罰我們

              專家們指出,酸雨是大自然對人類無節制地消耗礦物能源的懲罰。在經濟迅速發展中,大量燃煤、燃油產生的二氧化硫、氮氧化物與空氣中的水結合,就形成硫酸、硝酸;當雨水中PH值(酸堿度)低于5.6時,就稱為酸雨。

              實驗證明,若河水PH值為6.0,已不適合魚類生存;為5.0,已沒有魚類。重慶的土壤呈嚴重酸值,有的山澗溪水PH值已接近于4.0,難怪大片馬尾松會突然死亡。同樣的原因也造成峨眉山大片冷杉的死亡。

              酸沉降是當今重大環境問題之一,酸沉降包括干沉降和濕沉降;干沉降中有酸雨和酸霧。

              90年代初,我國酸雨面積達280萬平方公里,近年來已發展到占國土面積的40%,成為繼歐洲、北美之后的世界第三大酸沉降區。

         

              算經濟帳  更要算生態帳

              據1996年到1996年的粗略估算,我國酸雨污染較為嚴重的江蘇、浙江、安徽等11個南方省區,因森林木材蓄積量減少造成的直接經濟損失就達40億元。其中,四川受酸雨危害的森林面積最為嚴重,占有林地面積近32%,森林死亡面積占5.7%;川貴兩省按15年計算損失木材約630萬立方米,直接經濟損失30億元。廣東、廣西森林受到酸雨及二氧化硫復合污染也很普遍。值得注意的是,近年來,我國北方如山西侯馬、京津、遼寧丹東、吉林圖們等地也出現了酸雨。

              損失木材僅是算經濟帳。據日、美所做的測算,森林生態功能的經濟價值占總經濟價值的90%,云南省林業調查隊對全省森林進行的同類測算值為94%。專家們說,由森林破壞導致水土流失、溫室效應過快等造成的損失遠遠大于木材的經濟價值,這才是最嚴重的損失。

              專家還提醒人們,由于酸沉降在土壤中具有積累效應,因此除急性傷害以外,初期往往看不到對森林的損害;相反,在我國北方偏堿性土壤中,適當補充酸份,樹木一時更顯繁茂。但如不及早防治,酸沉降導致地力衰退,根系受害的過程雖然可以緩減,但卻是不可逆的。當樹木呈現樹冠發黃、脫落等嚴重受害再來防治則為時已晚。

         

              扼住“酸源”刻不容緩

              長期以來,煤一直占我國能源消費量的70%;西南地區的煤含硫量更高達5%—8%。燃煤排放的大量二氧化硫造成我國的酸沉降以硫酸型降雨為特征。

              煤脫硫代價高昂,而更重要的原因是技術落后。據統計,若我國的能源利用率達到發達國家如日、美的水平,則每年可節省大量的原煤,大氣污染物的排放量也將大幅度減少。

              中外專家一致認為,治理酸沉降事不宜遲,任重道遠:第一步是加強研究,弄清污染機理;第二步是控制污染源,減少排放量;第三步是施肥補養,恢復地力。

              彼得博士還特別介紹了哥廷大學從1974年以來從未間斷研究治理酸雨的經驗。目前德國有酸雨觀測點800多個,取樣地3萬多處;有關基金會資助了北京密云水庫造林、重慶水土保持等十幾個項目。他特別強調,更重要的是提高森林穩定性和有效保護已造林木;根據該國的經驗,把有限資金盡早投入這方面的研究,比造成污染后再治理有效得多。

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