酸雨形成的因素是什么?酸雨的危害有哪些?

创闻科学2020-11-16 15:12:01

酸雨是降雨或任何其他形式的降水异常形成的酸性物质,这意味着它的氢离子水平升高(pH低)。它可能对植物,水生动物和基础设施产生有害影响。酸雨是由排放造成的二氧化硫和氮氧化物,它们在大气中与水分子反应以产生酸。酸雨会对森林、淡水和土壤产生不利影响,能杀死昆虫和水生生物,导致油漆剥落,桥梁等钢结构的腐蚀以及石材建筑物和雕像的风化。

定义

酸雨是指pH值小于5.6 的雨水, 也包括雪、雾、雹等其它形式的大气降水。酸雨是通常的叫法, 科学上称作酸沉降, 包括湿沉降如酸雨、酸雪、酸雾、酸霰、酸雹和干沉降如二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)、氯化合物(HCl) 等气体酸性物。

酸雨的组成

酸水化学组成中,较重要的物质包括Cl-、NO3-、SO₄²⁻、NH4+、K+、Na+、Ca2+及Mg2+等九种。其来源包括自然来源及人为来源。一般而言,SO42-及NO3-为主要的致酸物质,它们是由硫氧化物(SO2)与氮氧化物(NO,NO2)转化而来。在人为污染排放方面,前者与使用化石燃料、火力发电厂、燃烧含硫有机物有关,后者主要来自工厂高温燃烧过程、交通工具排放等因素。Ca2+及NH4+为主要的中和(致碱)物质。

空间分布

我国酸雨区主要分布在东北地区东南部、华北大部、西南和华南沿海地区及新疆北部地区,大体呈东北)西南走向。在欧、美、亚世界三大酸雨区中,我国的强酸雨区(pH<4.5)面积最大,长江以南地区是全球强酸雨中心。我国降水化学组成仍属硫酸型,但正在向硫酸-硝酸混合型转变,SO₄²⁻和NO3-以及NH4+和Ca2+分别是降水中主要阴、阳离子,并且浓度远高于欧洲和北美。

影响酸雨形成的因素

SO2和NOX是酸雨发生的主要前体物,二者在大气中经过均相氧化和非均相氧化转变为H2SO₄和HNO3进入降水中而形成酸雨。

土壤性质

土壤中碱金属离子含量及其pH值是影响酸雨形成的重要因素之一。我国降水中的主要碱性离子Ca2+、Mg2+、NH4+,它们主要来自土壤之中。我国的土壤北方偏碱性,pH值为7到8;南方偏酸性,pH值为5到6。土壤中碱金属Na、Ca的含量是由南至北逐渐递增,尤其是过淮河、秦岭后其含量迅速增加。由于空气中的颗粒物有一半左右来自土壤,而且碱性土壤的氨挥发量大于酸性土壤,因此北方地区大气中的碱性物质远高于南方,从而导致我国酸雨主要发生在土壤碱性物质含量低,土壤pH值低的南方地区。

大气中的氨

NH3为大气中常见的气态碱,易溶于水,能与大气或雨水中酸性物质起中和作用,从而降低了雨水的酸度。如NH3与SO2可在有水分的条件下反应生成硫酸氨和亚硫酸氨,从而对酸性物质起到中和作用。一般酸雨区NH3的含量比非酸雨区普遍低一个数量级,说明氨在酸雨形成中的重要作用。

气象条件的危害

气象条件对酸雨形成的影响主要表现在2个方面:在化学方面影响前体物的转化速率;在大气物理方面影响有关物质的扩散、输送和沉降。太阳光强和水汽浓度与SO2转化速率有直接的关系。光强增加使大气自由OH等浓度升高,加速SO2的氧化,丰富的水汽也有利于SO2转化为硫酸,形成硫酸的局地沉降。气象条件对污染物的扩散、输送和沉降的作用也直接影响到酸雨的形成。气象条件如果有利于污染物扩散,则大气污染物浓度降低,酸雨就弱,反之则强。例如当地面受反气旋控制时,近地层风力微弱,大气扩散能力弱,且伴有下沉气流,使酸性污染物在低层大气中高积累,有可能在经过一系列化学反应后发生酸性沉降过程。

酸雨的危害

对水生生态系统的危害

酸雨可造成江、河、湖、泊等水体的酸化,致使生态系统的结构与功能发生紊乱。水体酸化还会导致水生物的组成结构发生变化,耐酸的藻类、真菌增多,有根植物、细菌和浮游动物减少,有机物的分解率则会降低。流域土壤和水体底泥中的金属(例如铝)可被溶解进入水体中而毒害鱼类。

对陆生生态系统的危害

酸雨对陆地生态系统影响过程如图所示,酸雨可使土壤的物理化学性质发生变化,加速土壤矿物如硅、镁的风化和释放, 使植物营养元素特别是钾、钠、钙、镁等产生淋失,降低土壤的阳离子交换量和盐基饱和度, 导致植物营养不良。酸雨还可以使土壤中的有毒有害元素活化, 特别是富铝化土壤, 在酸雨作用下会释放出大量的活性铝, 造成植物铝中毒。酸雨沉降到地表, 将对植物造成损害:酸雨进入土壤后改变了土壤理化性质, 间接影响植物的生长;酸雨直接作用于植物, 破坏植物形态结构、损伤植物胞膜、抑制植物代谢功能。酸雨可以阻碍植物叶绿体的光合作用, 还会影响种子的发芽率。

对建筑物和古迹的危害

酸雨能与金属、石料、混凝土 等材料发生化学反应或电化学反应, 从而加快楼房、桥梁、历史文物、珍贵艺术品、雕像的腐蚀。我国故宫的汉白玉雕刻、敦煌壁画、埃及的斯芬克斯狮身人面雕像、罗马的图拉真凯旋柱等一大批珍贵的文物古迹正遭受酸雨的侵蚀, 有的已损坏严重 。酸雨还直接危害电线、铁轨、桥梁和房屋等。

对人体健康的危害

酸污染对人类最严重的影响就是呼吸方面的问题,二氧化硫和二氧化氮会引起哮喘、干咳、头痛、和眼睛、鼻子、喉咙的过敏。酸雨使土壤中的有害金属被冲刷带入河流、湖泊,一方面使饮用水水源被污染;另一方面,酸雨间接的影响就是它会溶解在水中的有毒金属被水果、蔬菜和动物的组织吸收,虽不直接影响,但是吃下这些东西却对人类的健康产生严重影响。例如:累积在动物器官和组织中的汞与脑损伤和神经混乱有所关联。

控制对策

(1)加强环境宏观管理, 实行大气污染物排放总量控制;

(2)节约能源, 减少污染;

(3)开发和应用各种脱硫脱氮技术及设备, 优化能源质量, 提高能源利用率, 减少燃烧产生的SO2 ;

(4)因地制宜选择适用清洁煤炭能源技术, 如洗选煤、型煤固硫, 循环流化床燃烧脱硫和烟气脱硫等技术;

(5)加强对汽车尾气的控制;

(6))加强环境管理, 强化环保执法。