酸雨

自然灾害

酸雨是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水，主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。

概念

酸雨，是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的。

酸雨这个名词自1872年由英国化学家RobertAngnssmith考察了英国曼彻斯特工业区上空煤气与当地降雨酸度的关系后而首次提出的，但直到本世纪50年代，发达国家才设置监测网，开始研究工作，从而使酸雨作为一个重大环境问题被认识。

酸雨是全球三大环境危害之一， 20 世纪 70 年代以后，中国出现大范围酸雨，中国酸雨区是世界三大酸雨区之一，东亚酸雨区的一部分。中国的酸雨主要因大量燃烧含硫量高的煤而形成的，多为硫酸雨，少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。中国一些地区已经成为酸雨多发区，酸雨污染的范围和程度已经引起人们的密切关注。

等级

《酸雨和酸雨区等级》从规范气象行业酸雨观测及服务业务的角度出发，参考了国内外常见的酸雨污染程度习惯性划分方式和称谓，结合中国气象局酸雨观测资料的统计分析、业务产品制作和技术开发经验，提出了酸雨、酸雨频率和酸雨区等级的划分指标体系。

该标准规定，酸雨是降水酸碱度（pH 值）小于5.6 的大气降水，酸雨区是平均降水pH值小于5.6的地区。按照日降水pH值，将酸雨划分为较弱酸雨、弱酸雨、强酸雨和特强酸雨；按照单站某一时段（月、季、年）内酸雨频率，将酸雨频率划分为酸雨偶发、酸雨少发、酸雨多发、酸雨频发和酸雨高发；由区域内全部单站（月、季、年）平均降水 pH 值，用插值方法计算得到（月、季、年）平均降水 pH 值的空间分布，将酸雨区划分为较轻酸雨区、轻酸雨区、重酸雨区、特重酸雨区。

分布区域

某地收集到酸雨样品，还不能算是酸雨区，因为一年可有数十场雨，某场雨可能是酸雨，某场雨可能不是酸雨，所以要看年均值。

由区域内全部单站(月、季、年)平均降水pH值，用插值方法计算得到(月、季、年)平均降水pH值的空间分布，据此划分较轻酸雨区、轻酸雨区、重酸雨区、特重酸雨区。

其实，北京、拉萨、西宁、兰州和乌鲁木齐等市也收集到几场酸雨，但年均pH和酸雨率都在非酸雨区标准内，故为非酸雨区。

中国酸雨主要是硫酸型，中国三大酸雨区分别为：

1.西南酸雨区：是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。

2.华中酸雨区：它已成为全国酸雨污染范围最大，中心强度最高的酸雨污染区。

3.华东沿海酸雨区：它的污染强度低于华中、西南酸雨区。

全球三大酸雨区是：西欧、北美、东南亚。

酸性物质来源

天然排放

1.海洋：海洋雾沫，它们会夹带一些硫酸到空中。

2.生物：土壤中某些机体，如动物死尸和植物败叶在细菌作用下可分解某些硫化物，继而转化为二氧化硫。

3.火山爆发：喷出可观量的二氧化硫气体。

4.森林火灾：雷电和干热引起的森林火灾也是一种天然硫氧化物排放源,因为树木也含有微量硫。

5.闪电：高空雨云闪电，有很强的能量，能使空气中的氮气和氧气部分化合生成一氧化氮,继而在对流层中被氧化为二氧化氮。

N2+O2=高温高压=2NO

2NO+O2==2NO2

氮氧化物即为一氧化氮和二氧化氮之和，与空气中的水蒸气反应生成硝酸。

6.细菌分解：即使是未施过肥的土壤也含有微量的硝酸盐，土壤硝酸盐在土壤细菌的帮助下可分解出一氧化氮，二氧化氮和氮气等气体。

人工排放

煤、石油和天然气等化石燃料燃烧。无论是煤，或石油,或天然气都是在地下埋藏多少亿年，由古代的动植物化石转化而来,故称做化石燃料。科学家粗略估计，1990年中国化石燃料约消耗近700万吨;仅占世界消耗总量的12%,人均相比并不惊人;但是中国近几十年来，化石燃料消耗的增加速度实在太快，1950年至1990年的四十年间,增加了30倍，不能不引起足够重视。

煤中含有硫，燃烧过程中生成大量二氧化硫，此外煤燃烧过程中的高温使空气中的氮气和氧气化合为一氧化氮，继而转化为二氧化氮，造成酸雨。工业过程，如金属冶炼：某些有色金属的矿石是硫化物，铜、铅、锌便是如此,将铜、铅、锌硫化物矿石还原为金属过程中将逸出大量二氧化硫气体，部分回收为硫酸,部分进入大气。再如化工生产，特别是硫酸生产和硝酸生产可分别产生可观数量的二氧化硫和二氧化氮，由于二氧化氮带有淡棕的黄色,因此，工厂废气所排出的带有二氧化氮的废气像一条“黄龙”,在空中飘荡，控制和消除“黄龙”被称做“灭黄龙工程”。再如石油炼制等,也能产生一定量的二氧化硫和二氧化氮。它们集中在某些工业城市中，也比较容易得到控制。

交通运输，如汽车尾气。在发动机内，活塞频繁打出火花，像天空中闪电，氮气变成二氧化氮。不同的车型，尾气中氮氧化物的浓度有多有少，机械性能较差的或使用寿命已较长的发动机尾气中的氮氧化物浓度要高。汽车停在十字路口,不熄火等待通过时，要比正常行车尾气中的氮氧化物浓度要高。随着中国各种汽车数量猛增，它们的尾气对酸雨的贡献正在逐年上升，不能掉以轻心。

工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水汽凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经过“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨。由于中国多燃煤，所以中国的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的国家下硝酸雨。

形成过程

酸雨形成的化学反应过程：

(1) 酸雨多成于化石燃料的燃烧：

含有硫的煤燃烧生成二氧化硫

S+O2=点燃=SO2

二氧化硫和水作用生成亚硫酸

SO2+H2O=H2SO3

亚硫酸在空气中可氧化成硫酸

2H2SO3+O2→2H2SO4

(2)氮氧化物溶于水形成酸：雷雨闪电时，大气中常有少量的二氧化氮产生。

闪电时氮气与氧气化合生成一氧化氮

N2+O2=放电=2NO

一氧化氮结构上不稳定，空气中氧化成二氧化氮

2NO+O2=2NO2

二氧化氮和水作用生成硝酸

3NO2+H2O=2HNO3+NO

(3)酸雨与大理石反应：

CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑

CaSO3+SO2+H2O=Ca(HSO3)2

(4)此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨，例如氟化氢，氟气，氯气，硫化氢等其他酸性气体。

酸类型

酸雨中的阴离子主要是硝酸根和硫酸根离子，根据两者在酸雨样品中的浓度可以判定降水的主要影响因素是二氧化硫还是氮氧化物。二氧化硫主要是来自于矿物燃料（如煤）的燃烧，氮氧化物主要是来自于汽车尾气等污染源。相关的文献中，通过硫酸根和硝酸根离子的浓度比值将酸雨的类型分为三类，如下：

（1）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根>3

（2）混合型：0.5<硫酸根/硝酸根<3

（3）硝酸型或燃油型：硫酸根/硝酸根≤0.5。

由此，可以根据一个地方的酸雨类型来初步判断酸雨的主要影响因素。当然，大多数地方的酸雨可能这三种类型都涵盖了，这就需要对每个时间段的酸雨影响因素作进一步分析了。

危害

酸雨可导致土壤酸化。

土壤中含有大量铝的氢氧化物，土壤酸化后，可加速土壤中含铝的原生和次生矿物风化而释放大量铝离子，形成植物可吸收的形态铝化合物。植物长期和过量的吸收铝，会中毒，甚至死亡。

酸雨尚能加速土壤矿物质营养元素的流失；在酸雨的作用下，土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会流失出来，并随着雨水被淋溶掉。所以长期的酸雨会使土壤中大量的营养元素被淋失，造成土壤中营养元素的严重不足，从而使土壤变得贫瘠。改变土壤结构，导致土壤贫瘠化，影响植物正常发育。此外，酸雨能使土壤中的铝从稳定态中释放出来，使活性铝的增加而有机络合态铝减少。土壤中活性铝的增加能严重地抑制林木的生长；

酸雨还能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产，特别是小麦，在酸雨影响下，可减产 13% 至 34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。

酸雨对森林的影响在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。

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、细菌和放线菌均会明显受到酸雨的抑制。

酸雨能使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。建筑材料变脏，变黑, 影响城市市容质量和城市景观, 被人们称之为 “黑壳”效应。

4.酸雨在中国已呈燎原之势，覆盖面积已占国土面积的 30% 以上。酸雨危害是多方面的，包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。酸雨可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加。

十多年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。中国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。在华北，很少观测到酸雨沉降，其原因可能是北方的降水量少，空气湿度低，土壤酸度低。

酸性影响因素

1.酸性污染物的排放及转换条件。一般说来，某地SO2污染越严重，降水中硫酸根离子浓度就越高，导致pH值越低。

2.大气中的氨（NH3）对酸雨形成是非常重要的。氨是大气中唯一的常见气态碱。由于它的水溶性，能与酸性气溶胶或雨水中的酸反应，起中和作用而降低酸度。土壤的氨的挥发量随着土壤pH值的上升而增大。京津地区土壤pH值为7~8以上，而重庆、贵阳地区则一般为5~6，这是大气氨水平北高南低的重要原因之一。土壤偏酸性的地方，风沙扬尘的缓冲能力低。这两个因素合在一起，至少在可以解释中国酸雨多发生在南方的分布状况。

3.颗粒物酸度及其缓冲能力

大气中的污染物除酸性气体SO2和NO2外，还有一个重要成员——颗粒物。颗粒物的来源很复杂。主要有煤尘和风沙扬尘。后者在北方约占一半，在南方估计约占三分之一。颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用，一是所含的催化金属促使SO2氧化成酸；二是对酸起中和作用。但如果颗粒物本身是酸性的，就不能起中和作用，而且还会成为酸的来源之一。中国大气颗粒物浓度水平普遍很高，在酸雨研究中自然是不能忽视的。

4.天气形势的影响

如果气象条件和地形有利于污染物的扩散，则大气中污染物浓度降低，酸雨就减弱，反之则加重（如逆温现象）。

我国情形

中国从八十年代开始对酸雨污染进行观测调查研究。在八十年代，中国的酸雨主要发生在重庆，贵阳和柳州为代表的西南地区，酸雨的面积约为170万平方公里。到九十年代中期，酸雨已发展到长江以南，青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨地区面积扩大了100多万平方公里。以长沙，赣州，南昌，怀化为代表的华中酸雨区现在已经成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区平均降水pH值低于4.0，酸雨的频率高达90%以上，已达到了“逢雨必酸”的程度。以南京，上海，杭州，福州和厦门为代表的华东沿海地区也成为中国主要的酸雨地区。值得注意的是，华北的京津，东北的丹东，图们等地区也频频出现酸性降水。年均pH值低于5.6的区域面积已占中国国土面积的40%左右。中国的酸雨化学特征是pH值低，硫酸根（SO42-）,铵（NH4+），和钙（Ca2+）离子浓度远远高于欧美，而硝酸根（NO3-）浓度则低于欧美。研究表明，中国酸性降水中硫酸根与硝酸根的摩尔之比大约为6.4:1，因此，中国的酸雨是硫酸型的，主要是人为排放SO2造成的。所以，治理好中国的SO2排放对中国的酸雨的治理有着决定性的作用。

防治措施

1.开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等。

2.使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放。

3.工业生产排放气体处理后再排放。

4.少开车，多乘坐公共交通工具出行。

5.使用天然气等较清洁能源，少用煤。

国际反应

世界上酸雨最严重的欧洲和北美许多国家在遭受多年的酸雨危害之后，终于都认识到，大气无国界，防治酸雨是一个国际性的环境问题，不能依靠一个国家单独解决，必须共同采取对策，减少硫氧化物和氮氧化物的排放量。经过多次协商，1979年11月在日内瓦举行的联合国欧洲经济委员会的环境部长会议上，通过了《控制长距离越境空气污染公约》，并于1983年生效。《公约》规定，到1993年底，缔约国必须把二氧化硫排放量削减为1980年排放量的70%。欧洲和北美(包括美国和加拿大)等32个国家都在公约上签了字。为了实现许诺，多数国家都已经采取了积极的对策，制订了减少致酸物排放量的法规。例如，美国的《酸雨法》规定，密西西比河以东地区，二氧化硫排放量要由1983年的2000万吨/年，经过10年减少到1000万吨/年；加拿大二氧化硫排放量由1983年的470万吨/年，到1994年减少到230万吨/年，等等。

具体措施

世界上减少二氧化硫排放量的主要措施有：

1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。

2.优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。

3.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。

4.对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。主要用石灰法，可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。

5.开发新能源，如太阳能，风能，核能，可燃冰等。

氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等。日本财团法人电力中央研究所最近开发出的利用微生物胶硫的新技术，可除去70%的无机硫，还可减少60%的粉尘。这种技术原理简单，设备价廉，特别适合无力购买昂贵脱硫设备的发展中国家使用。生物技术脱硫符合“源头治理”和“清洁生产”的原则，因而是一种极有发展前途的治理方法，越来越受到世界各国的重视。

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