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阅读 8204 次 历史版本 3个 创建者:紫叶秋扬 (2010/12/26 16:51:21)  最新编辑:紫叶秋扬 (2011/1/23 12:43:23)
酸雨
拼音:suān yǔ
英文:Acid Rain
  
被酸雨腐蚀的森林
被酸雨腐蚀的森林
  
 
  酸雨是指引空气污染而造成的酸性降水,通常认为大气降水与二氧化碳气体平衡时的酸度PH5.6为降水天然酸度,并将其作为判断是否酸化的标准,当降水的PH低于5.6时,降水即称为酸雨。
 
 

酸雨的科技名词定义

 
  中文名称:酸雨
 
  英文名称:acid rain
 
  定义1:pH值小于5.6的雨雪或其他方式形成的大气降水(雾、霜)。广义指酸性物质的干、湿沉降。
 
  所属学科:地理学(一级学科);环境地理学(二级学科)
 
  定义2:pH值小于5.6的降水。包括雨、雪在内,其酸性成分主要是硫酸,也有硝酸和盐酸等。酸雨主要由化石燃料燃烧产生的二氧化硫、氮氧化物等酸性气体,经过复杂的大气化学反应,被雨水吸收溶解而成。
 
   所属学科:电力(一级学科);通论(二级学科)
 
   定义3:硫、氮等氧化物所引起的雨、雪和冰雹等大气降水酸化以及pH小于5.6的大气降水。

   所属学科:生态学(一级学科);污染生态学(二级学科)

酸雨概况

 

简介

 
  酸雨 (acid rain)是指PH值小于5.65的酸性降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染,pH小于5.65的酸性降水叫酸雨。酸雨主要
酸雨
酸雨
是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。中国的酸雨主要是因大量燃烧含硫量高的煤而形成的,多为硫酸雨,少硝酸雨,此外,各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。近年来,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。什么是酸? 纯水是中性的,没有味道;柠檬水,橙汁有酸味,的酸味较大,它们都是弱酸;小苏打水有略涩的碱性,而苛性钠水就涩涩的,碱味较大,苛性钠是碱,小苏打虽显碱性但属于盐类。科学家发现酸味大小与水溶液中氢离子浓度有关;而碱味与水溶液中羟基离子浓度有关;然后建立了一个指标:氢离子浓度对数的负值,叫pH。于是,纯水(蒸馏水)的pH为7;酸性越大,pH越低;碱性越大,pH越高。(pH一般为0-14之间)未被污染的雨雪是中性的,pH近于7;当它为大气中二氧化碳饱和时,略呈酸性(水和二氧化碳结合为碳酸),pH为5.65。pH小于5.65的雨叫酸雨;pH小于5.65的雪叫酸雪;在高空或高山(如峨眉山)上弥漫的雾,pH值小于5.65时叫酸雾。检验水的酸碱度一般可以用几个工具:石蕊试剂\酚酞试液\pH试纸(精确率高,能检验pH)\pH计(能测出更精确的pH值)。
 

酸雨率

 
  一年之内可降若干次雨,有的是酸雨,有的不是酸雨,因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次酸雨侵蚀后的森林数除以降雨的总次数。其最低值为0%;最高值为100%。如果有降雪,当以降雨视之。
 
   有时,一个降雨过程可能持续几天,所以酸雨率应以一个降水全过程为单位, 即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。
 
   除了年均降水pH之外, 酸雨率是判别某地区是否为酸雨区的又一重要指标。

酸雨的发现

 
  近代工业革命,从蒸汽机开始,锅炉烧煤,产生蒸汽,推动机器;而后火力电厂星罗棋布,燃煤数量日益猛增。遗憾地是,煤含杂质硫,约百分之一,在燃烧中将排放酸性气体 SO₂;燃烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部分化学变化,氧气与氮气化合,也排放酸性气体NOx。它们在高空中为雨雪冲刷,溶解,雨成为了酸雨;这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子。1872年英国科学家史密斯分析了伦敦市雨水成份,发现它呈酸性,且农村雨水中含碳酸铵,酸性不大;郊区雨水含硫酸铵,略呈酸性;市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐,呈酸性。于是史密斯首先在他的著作《空气和降雨:化学气候学的开端》中提出“酸雨”这一专有名词。

酸雨的成因

 
  酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸。
 

天然排放源

 
  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。
酸雨的形成
酸雨的形成
 
  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
 
  3N₂+O₂==放电==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映生成硝酸。
 
  6、细菌分解: 既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。
 

人工排放源

 
  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年我国化石燃料约消耗近700百万吨;仅占世界消耗总量的12%,人均相比并不惊人;但是我国近几十年来,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。
 
  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量二氧化硫和二氧化氮,由于二氧化氮带有淡棕的黄色,因此,工厂尾气所排出的带有二氧化氮的废气象一条“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。
废气排放
废气排放
 
  交通运输,如汽车尾气。在发动机内,活塞频繁打出火花,象天空中闪电,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,不息火等待通过时,要比正常行车尾气中的氮氧化物浓度要高。近年来,我国各种汽车数量猛增,它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。由于我国多燃煤,所以的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的国家下硝酸雨。
 
   资料来源:联合国环境署(UNEP)
 
  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)
 
   亚硫酸在空气中可氧化成硫酸
 
  2H₂SO₃+O₂→2H₂SO₄(硫酸)
 
  (2)氮的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(闪电或高温)=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(硝酸)+NO
 
  (3)酸雨与大理石反应:
 
  CaCO₃+H₂SO₃=CaSO₃+H₂O+CO₂↑
 
  CaSO₃+SO₂+H₂O=Ca(HSO₃)₂
 
  (5)此外还有其他酸性气体溶于水导致酸雨,例如氟化氢,氟气,氯气等其他酸性气体。

酸雨的危害

 
  1、城市大气污染严重程度的改变了季节变化和昼夜变化的规律,大体可分为煤炭型和石油型两类。煤炭型是燃煤引起,因此污染强度以对流最强的夏季和白天为最轻,而以逆温最强、对流最弱的冬季和夜间为最重。伦敦烟雾事件就属于这种类型。石油型是石油和石油化学产品和汽车尾气所产生,由于氮氧化物和碳氢化物等生成光化学烟雾时需要较高气温和强烈阳光,因此污染强度变化规律和煤炭型刚刚相反,即以夏季午后发生频率最高,冬季和夜间少或不发生。洛杉矶光化学烟雾就属于这个类型。
被酸雨腐蚀的森林
被酸雨腐蚀的森林
 
  2、此外,城市云量增多的结果,使城区日照时数和太阳辐射量均有减少。城市中烟尘粒子增多的结果,使大气透明度变差,所以有人称城市为“烟霾岛”或“混浊岛”。烟尘大量削弱太阳光中的紫外线部分(在太阳高度较低时甚至可减少30%一50%),这对城市居民的身体健康也是不利的。
 
  3、酸雨可导致土壤酸化。中国南方土壤本来多呈酸性,再经酸雨冲刷,加速了酸化过程;中国北方土壤呈碱性,对酸雨有较强缓冲能力,一时半时酸化不了。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;改变土壤结构,导致土壤贫脊化,影响植物正常发育;酸雨还能诱发植物病虫害,使作物减产。
 
   4、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,从而建筑物损坏。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。

酸雨的防治

 
  当前,酸雨的危害日益严重。现已确认,大气中的二氧化硫和氧化氮是形成酸雨的主要物质。美国测定的酸雨成分中,硫酸占60%,硝酸占32%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。大气中的二氧化硫和氧化氮主要来源于煤和石油天然气的燃烧,它们在空气中缓慢氧化,分别形成硫酸和硝酸。在我国主要是硫酸型酸雨,从酸雨取样分析来看,硝酸的含量只有硫酸的1/10,这是因为我国能源结构以煤为主,二氧化硫排放量的90%来源于燃煤。据统计,全球每年排入大气的二氧化硫约为1亿吨,二氧化氮约5000万吨,无疑,酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。
 
  因此,防治酸雨最根本的措施是减少人为硫氧化物和氮氧化物的排放。实现这一目标有两个途径:一是调整以矿物燃料为主的能源结构,增加无污染或少污染的能源比例,发展太阳能核能水能风能地热能等不产生酸雨污染的能源。二是加强技术研究,减少废气排放,积极开发利用煤炭的新技术,推广煤炭的净化技术、转化技术,改进燃煤技术,改进污染物控制技术,采取烟气脱硫、脱氮技术等重大措施。1980年至1986年间,法国发电量增加了4%,二氧化硫排放量却减少了一半,大气质量明显改善,主要原因是其核电比重由24%上升到了70%。由于二氧化硫是我国酸雨的祸根,国家环保总局已在全国范围对二氧化硫超标区和酸雨污染区进行了严格控制(两控区)。控制高硫煤的开采、运输、销售和使用,同时采取有效措施发展脱硫技术,推广清洁能源技术。
 
  同时,作为政府职能部门应制定严格的大气环境质量标准,调整工业布局,改造污染严重的企业,加强大气污染的监测和科学研究,及时掌握大气中的硫氧化物和氮氧化物的排放和迁移状况,了解酸雨的时空变化和发展趋势,以便及时采取对策。

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