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发表于 2007-9-8 16:59:51
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来自: 中国江苏常州
酸雨──不容忽视的环境灾害' C* V" T) S- @9 Z/ n. z
地球大气从来就是变化的,不过近200年来这种大气组分的改变正在加速,并已产生明显后果。例如,保护地球生态系统不受紫外线辐射伤害的平流层臭氧层变薄;科学家预测,由于大气中温室气体增加,地球大气将会变暖而造成气候带位移等。在众多的重大环境课题中,酸雨也是令人关注的问题之一。有意思的是,这些重大问题的出现并非由于大气中的主要成分──氮、氧和惰性气体含量发生变化,而是一些微量成分,如二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、甲烷、氯氟化碳等的增加。尽管它们的自然排放率也可能变化,如火山爆发等,但近200年来这种变化主要是人类活动所造成的,这其中包括大量使用煤和石油作为燃料,大规模毁林开荒,工业生产大量使用氯氟化碳等。( t: M6 b% f( F3 @
20世纪60年代,欧洲及北美东部一些国家首先发出了有关降水酸度日益增加的警报,指出湖泊酸化,森林受害。对此,他们组织专家对酸雨生成的机制、生态影响及控制对策进行了有计划的大规模合作研究。我国也在80年代两次组织了有关酸雨的科技攻关研究,并取得重大进展。; U9 O' }# k8 I, C8 R
酸雨生成' i6 u2 n" b: O4 `
那么,究竟什么是酸雨呢?所谓酸雨是指因空气污染而造成的酸性降雨,也包括酸雾和酸露。具有讽刺意义的是,云雨过程本是大气的自洁过程,其结果反使污染物经过转化回到地面,影响生态环境。通常,人们用pH来表示溶液的酸碱度,如中性纯水的pH为7,大于7为碱性,小于7为酸性,pH越低,溶液酸性越强。由于大气中约有占总量万分之3.5左右的二氧化碳可微溶于水,生成碳酸,故使水略带酸性。实验表明,纯水中溶入二氧化碳达到溶解平衡时的pH为5.6,因此人们常把这个数值作为云雨水是否酸化的界线。
/ \% @' R9 n6 @& m" w e! B8 @根据大量观测知道,北美和欧洲地区的雨水pH年平均值在4.1~5.1,其中北美东部山地的云水pH平均达到3.5,而在意大利北部人们曾记录到雨水pH为1.96,这已达到柠檬汁的酸度。我国的情况又是怎样呢?按1985~1986年全国214个监测站的统计结果看,我国降水年平均pH小于5.6的地区主要分布在秦岭、淮河以南。胶东半岛和华北的城市及工业区也有小片地区pH平均小于5.6。pH平均小于5.0的区域有川、黔、湘、桂、粤等大片地区,以及皖东南、赣东北、沪杭一片、闵浙沿海。pH平均小于4.5的城市和地区有韶关、贵阳、重庆、长沙等13处。可见,我国的酸污染程度已接近世界重酸雨地区。. P4 n$ j( n" ^! x% C
云雨水为什么会变酸呢?从对雨水样品的分析来看,其负离子主要由硫酸根、硝酸根组成,它们源于大气中的二氧化硫和氮氧化物。尽管这些前体物也可由自然源放射,如火山喷发硫化物气体,土壤细菌可释放含硫和含氮化合物等,但构成当今酸雨危害的主要原因还是人类的经济活动。例如,煤作为燃料发电、冶炼会放出大量二氧化硫;石油作为能源高温燃烧会排放大量氮氧化物。这些物质在对流层中经过一连串的大气光化学反应过程,可生成硫酸和硝酸蒸气。实验表明,对流层中的一个臭氧分子在太阳光子作用下,光解为一个氧分子和一个极易反应的氧原子。这个氧原子与水分子结合可生成两个羟基(OH)。羟基具有十分活跃的化学性质,可与二氧化氮结合生成硝酸分子,并能使二氧化硫转化成硫酸分子。由于羟基引发的连锁式氧化反应最终又会产生羟基,因而其浓度虽不足万亿分之一,而反应却能不停地进行下去。气态的硫酸和硝酸极易溶于云雨滴中。气相反应生成的硫酸可以在水汽参与下,生成极小的颗粒物,直径在0.1μm量级,它们可以作为形成初始云滴的云凝结核,水汽凝结其上生成云滴,经云雨过程成为雨滴落下。在此,凝结核提供了云滴的初始酸度。另外,二氧化硫也可溶于云雨水中,并与溶于水中的过氧化氢、臭氧等氧化生成硫酸。实验表明,这种液相反应速率比气相反应更快。当然,在反应循环中,由地面排放的氨和来自土壤的大气悬浮物中的钙盐也可进入云雨水中,并能中和其中的酸性,这也许是我国北方地区雨水不酸的原因。污染物经雨水清除随之落到地面的过程称湿沉降;二氧化硫气体,硫酸、硝酸及其盐类以及颗粒物,被地面直接吸收即为干沉降。据外场观测结果表明,上述两种过程大约各占沉降总量的一半,而且两种沉降物都能造成生态和材料的影响。由此不难看出,有关酸雨生成过程及其影响的研究,面对的是一个十分复杂的、由多个环节相互衔接起来的污染物的循环过程,即污染源发射—大气输送—大气光化学转化—云雨化学转化—干、湿沉降。这些环节的作用大小,决定了酸雨的强弱、影响范围及程度。
2 Y+ Y" |6 _, c8 N2 O我国目前的能源体制主要是燃煤,且基本未经脱硫处理。这与北美及欧洲等发达国家不同,那里除了煤以外,石油作为电力和交通能源,氮氧化物的排放甚高,因此在降水组成中硝酸提供了大量酸根,其作用可和硫酸相比拟。而我国的酸雨主要是硫酸型的,即燃煤型。根据调查,广东煤中含硫为1.45%,广西则高达5.5%,从1985年统计资料来看,两广(不包括港澳地区)年排放二氧化硫62万吨,而工业交通仅排放氮氧化物14万吨。四川、贵州地区煤含硫量很高,分别为3%~5%和4%,按1987年计,四川排放二氧化硫146万吨,贵州达67万吨。若从川黔两省雨水统计资料来看,硫酸根、硝酸根及有机酸根之比为83%、10%、6%。
) y0 M3 [$ x. x; E, X, r* t/ v酸雨的影响范围和一般工厂泄漏有害气体不一样。排放二氧化硫、氟化物的冶炼厂和化工厂,周围的树木常常死亡,而且树木损害与污染物的阈值有明确的相关性。而酸雨的影响范围,固然在排放源的城市和工业地区通常是主要的酸沉降区,但是污染物和反应生成物也可作远距离输送,影响非源区。当然,这取决于气象条件、地理环境和源的状况。据悉,美国的主要能源基地在俄亥俄河谷,其排放物可向东北方向输送,并可跨国界输向加拿大,而加拿大的排放物也可部分输入美国,以至造成两国的酸雨纠纷。而在北欧,通常认为,那里的酸雨污染主要源于英国和德国西部工业区。我国川黔地区属多山和盆地区域,城市和工业区多建于盆地、河谷,由于大气低层经常维持稳定,加之大都是低烟囱排放,污染物难以上传,故区域内外交换比较困难,但在省内仍有输送。例如,峨嵋山并无工业污染源,但其雨水却是酸化的。为了正确估价酸雨的影响和采取合适的对策,酸雨研究中远距离输送是重要问题之一。* J/ e& Y9 ^. _& j3 i; a/ @
酸雨危及环境+ O7 D" B9 D! e" u% h( j4 N! h
酸沉降对于户外的设备、建筑乃至艺术品的腐蚀,是不容置疑的。仅美国每年用于修缮和更换设备的费用即高达数百亿美元。在我国,污染物对建筑、金属材料及油漆外皮等的锈蚀,广东估计每年高达10亿元,广西约2.5亿元,大约占各省年国民生产总值的1%,其中酸雨造成的损失约占一半。川黔两省因金属腐蚀的损失,以1987年估计达3.7亿元。
/ R1 c5 [0 c" Y9 C# o酸沉降对农作物和森林的损害同样是严重的。据1988~1989年的估算,广东因酸雨和二氧化硫造成的农田减产面积占全省耕地10%,年损失1.3亿元;广西减产面积占耕地12%,年损失0.9亿元。广东森林受害面积占全省森林面积55%,木材年损失量折算约3.5亿元;广西受害森林面积占47%,年损失达6.5亿元。川黔两省因酸雨危害,估计蔬菜年损失折2.2亿元,木材直接损失量折2.4亿元。目前,淡水养殖的水产量损失尚不明显,若酸雨继续发展下去,当降水pH达到4.5以下,水域将酸化,以两广计年损失可达6.5亿元。尽管因受试验周期短、设备条件的限制、估算方法选择等影响,人们对结果尚有疑义,但是这样大的经济损失已经够触目惊心的了。考虑到我国目前正处于工业化发展的起步阶段,能源使用的人均率远低于发达国家,一旦我们达到发达国家的人均耗能水平,而又未采取相应的治理措施,那损失将是十分严重的。不仅如此,问题还在于,酸雨这种危害是渐变的,在大范围内是分散的,其源又可能是外来的,所以短时间内不易为人察觉。而农、林、渔业的损失常不表现为直接的作物及产品死亡,仅以生长缓慢、发育不良、易受病虫害困扰等为主,这往往与受自然灾害和耕作方式变化引起的减产不易区别,更易为人所忽视。
2 S6 q1 a8 o, t/ `总之,酸雨对生态环境的影响及其对农、林、渔业生产所造成损失的估计是一个十分复杂的课题。事实上,酸雨降落到地面即开始了新一轮的物理、化学、生物的循环过程。如果是碱性土壤,降水的酸性可被中和,土壤中的钙、镁等离子可被置换出来,随水径流带走。当然,水体(如湖泊、河流)本身可能会有岩石风化的碱离子,可以具有中和酸性的能力,但若酸雨作用持续下去,这种中和能力将减弱,而使水体逐渐酸化。水体的酸性直接影响鱼的生长,尤其是酸雨释放出的土壤中的铝对鱼类更是具有毒性。从目前的研究来看,酸化污染的水体可能会影响鱼卵的孵化和鱼苗的生长发育,抑制鱼对水中氧的吸收,使其食物供应减少,得病的可能性增加。
$ k9 @( q, {+ T; Z+ z. F! d时至今日,有关酸雨对农作物及森林危害的机理,人们并未完全搞清,但人们已经意识到酸雨是一种不容忽视的区域性环境灾害。随着生产的发展,二氧化硫、氮氧化物的排放将日益增加,其影响势必更加严重,所以弄清其规律、积极防治已刻不容缓。
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