為什么會下酸雨？

【專家解說】：">什么是酸雨?
　　被大氣中存在的酸性氣體污染，pH值小于5.65的雨叫酸雨。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(xué)家發(fā)現(xiàn)酸味大小與水溶液中氫離子濃度有關(guān)；而堿味與水溶液中羥基離子濃度有關(guān)；然后建立了一個指標(biāo)：氫離子濃度對數(shù)的負(fù)值,叫pH值。于是，純水（蒸餾水）的pH值為7；酸性越大，pH值越低；堿性越大，pH值越高。（PH值一般為0-14之間)未被污染的雨雪是中性的，pH值近于7；當(dāng)它為大氣中二氧化碳飽和時，略呈酸性（水和二氧化碳結(jié)合為碳酸），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(如峨眉山)上彌漫的霧，pH值小于5.65時叫酸霧。
　　檢驗(yàn)水的酸堿度一般可以用幾個工具：石蕊試液＼酚酞試液＼PH試紙（精確率高，能檢驗(yàn)PH值）。



什么是酸雨率?
　　一年之內(nèi)可降若干次雨， 有的是酸雨， 有的不是酸雨， 因此一般稱某地區(qū)的酸雨率為該地區(qū)酸雨次數(shù)除以降雨的總次數(shù)。其最低值為0%； 最高值為100%。如果有降雪， 當(dāng)以降雨視之。
　　有時， 一個降雨過程可能持續(xù)幾天， 所以酸雨率應(yīng)以一個降水全過程為單位， 即酸雨率為一年出現(xiàn)酸雨的降水過程次數(shù)除以全年降水過程的總次數(shù)。
　　除了年均降水pH值之外， 酸雨率是判別某地區(qū)是否為酸雨區(qū)的又一重要指標(biāo)。



什么是酸雨區(qū)?
　　某地收集到酸雨樣品， 還不能算是酸雨區(qū)， 因?yàn)橐荒昕捎袛?shù)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(qū)的科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)尚在討論之中， 但一般認(rèn)為： 年均降水pH值高于5.65， 酸雨率是0-20%，為非酸雨區(qū)；pH值在5.30--5.60之間， 酸雨率是10--40% ， 為輕酸雨區(qū)； pH值在5.00--5.30之間， 酸雨率是30-60%，為中度酸雨區(qū)；pH值在4.70--5.00之間，酸雨率是50-80%，為較重酸雨區(qū)；pH值小于4.70， 酸雨率是70-100%，為重酸雨區(qū)。這就是所謂的五級標(biāo)準(zhǔn)。其實(shí)，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值和酸雨率都在非酸雨區(qū)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，故為非酸雨區(qū)。



酸雨的發(fā)現(xiàn)
　　近代工業(yè)革命，從蒸汽機(jī)開始，鍋爐燒煤，產(chǎn)生蒸汽，推動機(jī)器；而后火力電廠星羅齊布，燃煤數(shù)量日益猛增。遺憾地是，煤含雜質(zhì)硫，約百分之一，在燃燒中將排放酸性氣體 SO2；燃燒產(chǎn)生的高溫尚能促使助燃的空氣發(fā)生部分化學(xué)變化，氧氣與氮?dú)饣?，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(zhì)硫酸根、硝酸根和銨離子。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”這一專有名詞。




酸雨的成因
　　酸雨的成因是一種復(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，絕大部分是硫酸和硝酸。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。

酸雨多成于化石燃料的燃燒：

⑴S→H2SO4 S+O2（點(diǎn)燃）＝SO2

SO2+H2O＝H2SO3（亞硫酸）

2H2SO3+O2＝2H2SO4（硫酸）

總的化學(xué)反應(yīng)方程式：

S+O2（點(diǎn)燃）＝SO2 2SO2+2H2O+O2＝2H2SO4

⑵氮的氧化物溶于水形成酸：

a.NO→HNO3（硝酸）

2NO+O2＝2NO2 3NO2+H2O＝2HNO3+NO

總的化學(xué)反應(yīng)方程式：

4NO++2H2O+3O2＝4HNO3

b.NO2→HNO3

總的化學(xué)反應(yīng)方程式：

4NO2+2H2O+O2＝4HNO3
（*注：元素后的數(shù)字為腳標(biāo)，化學(xué)式前的數(shù)為化學(xué)計(jì)量數(shù)。）




酸雨的危害

　　硫和氮是營養(yǎng)元素。弱酸性降水可溶解地面中礦物質(zhì)，供植物吸收。如酸度過高，pH值降到5.6以下時，就會產(chǎn)生嚴(yán)重危害。它可以直接使大片森林死亡，農(nóng)作物枯萎；也會抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定，淋洗與土壤離子結(jié)合的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素，使土壤貧瘠化；還可使湖泊、河流酸化，并溶解土壤和水體底泥中的重金屬進(jìn)入水中，毒害魚類；加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過程；可能危及人體健康。
　　酸性雨水的影響在歐洲和美國東北部最明顯，而且被大力宣傳，但受威脅的地區(qū)還包括加拿大，也許還有加利福尼亞州塞拉地區(qū)、洛基山脈和中國。在某些地方，偶爾觀察到降下的雨水像醋那樣酸。酸雨影響的程度是一個爭論不休的主題。對湖泊和河流中水生物的危害是最初人們注意力的焦點(diǎn)，但現(xiàn)在已認(rèn)識到，對建筑物、橋梁和設(shè)備的危害是酸雨的另一些代價高昂的后果。污染空氣對人體健康的影響是最難以定量確定的。
　　受到最大危害的是那些緩沖能力很差的湖泊。當(dāng)有天然堿性緩沖劑存在時，酸雨中的酸性化合物(主要是硫酸、硝酸和少量有機(jī)酸)就會被中和。然而，處于花崗巖(酸性)地層上的湖泊容易受到直接危害，因?yàn)橛晁械乃崮苋芙怃X和錳這些金屬離子。這能引起植物和藻類生長量的減少，而且在某些湖泊中，還會引起魚類種群的衰敗或消失。由這種污染形式引起的對植物的危害范圍，包括從對葉片的有害影響直到細(xì)根系的破壞。
　　在美國東北部地區(qū)，減少污染物的主要考慮對象是那些燃燒高含硫量的煤發(fā)電廠。能防止污染物排放的化學(xué)洗氣器是可能的補(bǔ)救辦法之一?；瘜W(xué)洗氣器是一種用來處理廢氣、或溶解、或沉淀、或消除污染物的設(shè)備。催化劑能使固定源和移動源的氮氧化物排放量減少，又是化學(xué)在改善空氣質(zhì)量方面能起作用的另一個實(shí)例。



治理措施

　　控制酸雨的根本措施是減少二氧化硫和氮氧化物的排放。



酸雨的生物防治

　　世界觀察研究不久前發(fā)表的1994年全球趨勢報(bào)告《1994年生命特征》中說：總的來看，地球的情況并不太好，在所有衡量地球健康狀況的指標(biāo)中，我們僅成功地扭轉(zhuǎn)了一項(xiàng)指標(biāo)的惡化─使臭氧層出現(xiàn)空洞的氟里昂的減少。碳排放量沒有減少，大氣污染日益嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類每年向大氣層排放SO2約1億噸，NO2約5000萬噸。全世界城市人口中有一半左右生活在SO2超標(biāo)的大氣環(huán)境中，有10億人生活在顆粒物超標(biāo)的環(huán)境中。大氣污染已成為隱蔽的殺手。而SO2則是罪魁禍?zhǔn)住Ｗ罱?，歐洲的26個國家和加拿大，在聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會提出的一份新協(xié)議上簽了字，休證把本國SO2的排放量減少87%，美國也承諾到了2010年將SO2的排放量減少80%。歐洲國家和加拿大稱贊這項(xiàng)新協(xié)議是防治大氣污染的一個里程碑。 SO2不僅污染空氣、危害人類健康，而且是形成酸雨的主要物質(zhì)。大氣中的SO2和NO2，在空氣在氧化劑的作用下溶解于雨水中。當(dāng)雨水、凍雨、雪和雹等大氣降水的pH小于5.6時，即是酸雨。據(jù)美國有關(guān)部門測定，酸雨中硫酸占60%，硝酸占33%，鹽酸占6%，其余是碳酸和少量有機(jī)酸。
　　酸雨給地球生態(tài)環(huán)境和人類的社會經(jīng)濟(jì)帶來嚴(yán)重的影響和破壞，酸雨使土壤酸化，降低土壤肥力，許多有毒物質(zhì)被值物根系統(tǒng)吸收，毒害根系，殺死根毛，使植物不能從土壤中吸收水分和養(yǎng)分，抑制植物的生長發(fā)育。酸雨使河流、湖泊的水體酸化，抑制水生生物的生長和繁殖，甚至導(dǎo)致魚苗窒息死亡；酸雨還殺死水中的浮游生物，減少魚類食物來源，使水生生態(tài)系統(tǒng)紊亂；酸雨污染河流湖泊和地下水，直接或間接危害人體健康。酸雨通過對植物表面（葉、莖）的淋洗直接傷害或通過土壤的間接傷害，促使森林衰亡，酸雨還誘使病蟲害暴發(fā)，造成森林大片死亡。歐洲每年排出2200萬噸硫，毀滅了大片森林。我國四川、廣西等省區(qū)已有10多萬公頃森林瀕臨死亡。酸雨對金屬、石料、木料、水泥等建筑材料有很經(jīng)的腐蝕作用，世界已有許多古建筑和石雕藝術(shù)品遭酸雨腐蝕破壞，如加拿大的議會大廈、我國的樂山大佛等。酸雨還直接危害電線、鐵軌、橋梁和房屋。
　　目前，世界上已形成了三大酸雨區(qū)，一是以德、法、英等國家為中心，涉及大半個歐洲的北歐酸雨區(qū)。二是50年代后期形成的包括美國和加拿大在內(nèi)的北美酸雨區(qū)。這兩個酸雨區(qū)的總面積已達(dá)1000多萬平方千米，降水的pH小于5.0，有的甚至小于4.0。我國在70年代中期開始形成的覆蓋四川、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)，面積為200萬平方千米的酸雨區(qū)是世界第三大酸雨區(qū)。我國酸雨區(qū)面積雖小，但發(fā)展擴(kuò)大之快，降水酸化速率之高，在世界上是罕見的。由于大氣污染是不分國界的，所以酸雨是全球性的災(zāi)害。
　　酸雨的危害已引起世界各國的普遍關(guān)注。聯(lián)合國多次召開國際會議討論酸雨問題。許多國家把控制酸雨列為重大科研項(xiàng)目。全世界已有40多個國家通過有關(guān)污染限制汽車排污。1993年在印度召開的"無害環(huán)境生物技術(shù)應(yīng)用國際合作會議"上，專家們提出了利用生物技術(shù)預(yù)防、阻止和逆轉(zhuǎn)環(huán)境惡化，增強(qiáng)自然資源的持續(xù)發(fā)展和應(yīng)用，保持環(huán)境完整性和生態(tài)平衡的措施。專家們認(rèn)為：利用生物技術(shù)治理環(huán)境具有巨大的潛力。煤是當(dāng)前最重要的能源之一，但煤中含有硫，燃燒時放出SO2等有害氣體。煤中的硫有無機(jī)硫和有機(jī)硫兩種。無機(jī)硫大部分以礦物質(zhì)的形式存在，其中主要的是黃鐵礦（FeS2）。生物學(xué)家利用微生物脫硫，將2價鐵變成3價鐵，把單體硫變成硫酸，取得了很好效果。例如，日本中央電力研究所從土壤中分離出一種硫桿菌，它是一種鐵氧化細(xì)菌，能有效地去除煤中的無機(jī)硫。美國煤氣研究所篩選出一種新的微生物菌株，它能從煤中分離有機(jī)硫而不降低煤的質(zhì)量。捷克篩選出的一種酸熱硫化桿菌，可脫除黃鐵礦中75%的硫。據(jù)1991年統(tǒng)計(jì)，捷克利用生物技術(shù)已平均脫去煤中無機(jī)硫的78.5%，有機(jī)硫的23.4%，目前，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)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(cái)團(tuán)法人電力中央研究所最近開發(fā)出的利用微生物膠硫的新技術(shù)，可除去70%的無機(jī)硫，還可減少60%的粉塵。這種技術(shù)原理簡單，設(shè)備價廉，特別適合無力購買昂貴脫硫設(shè)備的發(fā)展中國家使用。生物技術(shù)脫硫符合“源頭治理”和“清潔生產(chǎn)”的原則，因而是一種極有發(fā)展前途的治理方法，越來越受到世界各國的重視。



怎樣減少酸雨？
　　酸雨是我們當(dāng)今面臨的、更為顯著的空氣質(zhì)量問題之一。酸性物質(zhì)以及導(dǎo)致形成酸性物質(zhì)的化合物，是在燃燒礦物燃料來發(fā)電和提供運(yùn)輸時生成的。這些物質(zhì)主要是從硫氧化物和氮氧化物衍生而成的酸。這些化合物也有一些天然來源，例如雷電、火山、生物物料燃燒和微生物活動，但除了罕見的火山爆發(fā)外，這些天然來源同來自汽車、電廠和冶煉廠的排放氣相比，是相當(dāng)小量的。
　　用以減少酸雨的各種戰(zhàn)略對策，可能每年需要幾十億美元的投資。由于耗資如此巨大，所以，至關(guān)重要的是要很好地了解涉及污染物遷移、化學(xué)轉(zhuǎn)化和歸宿的大氣過程。
　　酸沉降包括兩部分，即“濕”降水(如雨和雪的形式)和干沉降(氣溶膠或氣態(tài)酸性化合物的形式沉降到諸如土壤顆粒、植物葉片等表面上)。以被沉降而告終的物質(zhì)，往往以一種極其不同的化學(xué)形式進(jìn)入大氣。例如，煤中的硫被氧化成二氧化硫，這是它從煙囪排出的氣態(tài)形式。隨著它在大氣中運(yùn)動，便慢慢被氧化，并與水反應(yīng)生成硫酸——這是它可能被沉降在下風(fēng)向數(shù)百英里處的形式。
　　氮氧化物的生成、反應(yīng)以及最終從大氣中脫除所經(jīng)歷的路線也是非常復(fù)雜的。當(dāng)?shù)獨(dú)夂脱鯕庠诎l(fā)電廠、在民用爐灶和汽車發(fā)動機(jī)中的高溫下加熱時，生成一氧化氮(NO)，再與氧化劑反應(yīng)生成二氧化氮(NO2)，最終生成硝酸(HNO3)。全球氮氧化物衡算——它們來自何方及它們?nèi)ネ畏降亩抗烙?jì)值仍然相當(dāng)不確定。
　　可以容易地看到，在我們徹底了解各種不同化學(xué)形式的氮、硫和碳的生物地球化學(xué)循環(huán)以及這些化學(xué)物種的全球來源與歸宿之前，將難以滿懷信心地選擇空氣污染控制戰(zhàn)略。大氣化學(xué)和環(huán)境化學(xué)是實(shí)現(xiàn)一個更清潔、更有益健康的環(huán)境的核心。發(fā)展空氣中痕量化學(xué)物種的可靠測定方法、重要大氣反應(yīng)的動力學(xué)、和發(fā)現(xiàn)可用以減少污染物排放的、新的、更有效的化學(xué)工藝，這些就是未來10年中必須受到國家承諾的目標(biāo)。