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第10章 将酸雨“绳之以法”(2)

酸雨成分中硫酸和硝酸的比例也不是一成不变的,随着社会发展和工业生产中能源结构的变化而改变。就我国情况而言,目前二氧化硫排放量比氮氧化物排放量要大,所以酸雨中的硫酸多于硝酸。但是个别的南方省市,如广东、福建等省,二氧化硫的排放量比氮氧化物的排放量要小,且从发展的角度考虑,汽车数量在我国增加较快,而汽车尾气排放的主要是增加氮氧化物的排放量。因此,在未来的若干年内,可能出现氮氧化物排放量超过二氧化硫排放量的情况,到时候,酸雨中的硝酸就会占有较高的比例。

酸雨的形成是一种大气化学和大气物理现象,这个过程是非常复杂的。酸雨的形成离不开空气中存在着各种酸性、碱性、中性的气体和颗粒物,由于它们的存在才导致了降水中主要阴阳离子的平衡,最终降水为酸性。降水是否表现为酸性与一些物质是有很大关系的,如当大气中二氧化硫和氧化亚氮的浓度较高时,降水就会表现为酸性;如果降水中代表碱性物质的几个主要阳离子浓度也较高时,降水就不会有很高的酸度,甚至可能呈现碱性。而这种情况往往出现在碱性土壤地区,而也会出现在大气中颗粒物浓度高的时候。如果碱性物质过少,虽然大气中二氧化硫和氧化亚氮浓度不高,降水也会呈现出较高的酸度。

另外,二氧化硫进入大气后,通过光化学反应,变为硫酸根,这需要一段时间,二氧化硫便扩散到很远的地方。因此,硫酸型酸雨的形成可以是本地二氧化硫污染引起的,也可以是别处的二氧化硫污染引起的。氧化亚氮进入大气后,很快与氧气化合,生成二氧化氮,继而变为硝酸根,需要的时间较短。因此,硝酸性酸雨的形成主要是本地的氮氧化物污染引起的。

自从人们在工业生产和生活中燃烧煤炭、汽车排放出二氧化硫、氮氧化物开始,酸雨就在形成。在大气一定范围内存在凝结核造成水蒸气的凝结,这些凝结的水蒸气通过碰并和聚结等过程体积进一步变大,从而形成云滴和雨滴存在于云内,这些云滴和雨滴经过相互碰撞或者是与气溶胶粒子碰并,在这个过程中也会吸收大气中的气体污染物,在云滴内部发生化学反应,最终形成硫酸雨滴和硝酸雨滴,随后就是降落过程。在雨滴下降过程中,会冲刷着所经过空气中的气体和气溶胶,不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体,最终形成较大的雨滴,雨滴内部也会发生化学反应,降落在地面上,就形成了酸雨。

简言之,酸雨的形成过程分为四个步骤:

(1)水蒸气冷凝在含有硫酸盐、硝酸盐等的凝结核上。

(2)形成云雾时,二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等被水滴吸收。

(3)气溶胶颗粒物质和水滴在云雾形成过程中互相碰撞、聚凝并与雨滴结合在一起。

(4)降水时空气中的一次污染物和二次污染物被冲洗进雨水。

2.酸雨形成的影响因素

酸雨的形成,受到一些影响因素的限制。其中,以大气中的氨、大气中的颗粒物、气候条件对其影响最大。这些影响因素有的对酸雨形成是促进的作用,有的对酸雨形成构成阻碍的效果,并且都对酸雨的酸度构成影响。

大气中的氨在酸雨形成中起着非常重要的作用。实验证明,降水 pH值决定于硫酸、硝酸与氨气、碱性尘粒的相互关系。氨气是大气中唯一的常见气态碱。氨是大气中唯一溶于水后显碱性的气体。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。

在大气中,氨气不仅与硫酸气溶胶形成中性的硫酸铵或硫酸氢铵,而且与二氧化硫反应使二氧化硫含量减少,避免了硫酸的生成,酸雨出现的机会也就减少了。总的来说,大气中氨气浓度低且酸性污染物排放量大的地区,酸雨肯定比较严重;相反,大气中氨气排放量大的地区,只会出现少数甚至不会出现酸雨。

大气中氨的来源主要是有机物的分解和农田施用的氮肥的挥发。土壤中的氨的挥发量随着土壤 pH值的上升而增加。我国京津地区土壤 pH值为 7~ 8,而重庆、贵阳地区一般为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。这两个因素结合在一起,就造成目前我国酸雨多发生在南方的分布状况。

大气中的污染物除酸性气体二氧化硫和二氧化氮外,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,在南方约占 1/ 3。大气颗粒物对酸雨形成的作用体现在两个方面,一方面是缓冲作用,一方面是催化作用。

大气颗粒物本身的酸性影响着其对酸雨的缓冲作用。如果颗粒物呈碱性或中性,就会中和酸性,降低雨水的酸度;如果颗粒物本身呈酸性,不仅不能中和酸性,还会成为酸雨的来源之一。通过相关研究资料,我们可以了解到,之所以在我国会出现南方酸雨多、北方酸雨少的现象,很大一部分原因是由于我国北方城市有较高浓度的大气颗粒物,粒径大,呈碱性,所以对酸雨有较强的缓冲能力;南方城市大气颗粒物浓度相对较低,粒径小,呈酸性,对酸雨缓冲能力较弱。

大气颗粒物对酸雨形成的催化作用表现为,大气颗粒物所含的锰、铁、铜、钒等金属离子,通过复杂的催化氧化过程,可以加快二氧化硫的氧化反应速率,使其与氧气、水蒸气发生反应并生产硫酸。

§§§第二节齐抓共管治酸雨

酸雨所产生的危害作用是非常大的。一旦遭到酸雨的腐蚀,大量植被就会萎缩,甚至是死亡,那些生长的植物嫩芽也会受到伤害,发育和生长受到影响。酸雨对不同的地区所产生的危害也是不同的,如在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区,如果降落到地面的酸雨得不到中和,就会使土壤、湖泊、河流酸化。另外,酸雨还会严重影响土壤中有机物的分解和氮的固定,冲刷掉与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素,造成土壤贫瘠化,严重破坏陆地生态系统。与此同时,酸雨可使湖泊、河流酸化,在溶解土壤和水体底泥中的重金属后进入水中,毒害鱼类,使渔业减产,影响了经济效益。如果人们饮用湖泊水,也会危及身体健康。酸雨会加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程……

1.危害人体健康

一般来说,人体的耐酸能力高于耐碱能力,如经常用弱碱性洗衣粉洗衣服,不戴手套,手就会变得粗糙,皮革工人,经常接触碱液,也有类似情况;但皮肤角质层遇酸就会好一些。可是,眼角膜和呼吸道黏膜对酸类却十分敏感,酸雨或酸雾对这些器官有明显刺激作用,导致红眼病和支气管炎,咳嗽不止,尚可诱发肺病。尤其是对于一些体质比较弱的人来说,要特别提防酸雾,因为它可以吸入体内,对呼吸道黏膜会造成损害,引起呼吸道疾病。

人的皮肤也会受到酸雨的伤害。当下比较小的雨的时候,很多人都不打伞在雨中漫步,这在酸雨区的话是非常错误的。有专家指出,人体的不断老化,其实就是一个被氧化的过程;而酸雨中含有强氧化剂,会加速皮肤老化。另外,酸雨落到人的头上,还可能会导致脱发的发生。

除了以上所提到的酸雨直接危害人体之外,人体所受的酸雨间接伤害更为严重。如果酸雨溶解重金属或者是有毒金属后流入河水中,这些河流被海洋生物饮用,一旦人类食用这些海洋特产就会危及身体健康。如果儿童饮用酸化的水就会导致腹泻。一些致力于研究酸雨的科学家还指出,酸雨可导致癌症、肾病和先天性缺陷患者大量增加。总之,酸雨对人类的生产生活和经济发展以及身体健康都带来了严重的危害。

2.酸雨对森林的危害

酸雨会对森林植物产生很大危害。酸雨损伤树叶,阻碍植物的光合作用,使树叶枯黄脱落。全欧洲约有14%的森林受酸雨危害,德国高达50%。德国人常自豪地称自己的国家为“黑森林王国”,可是由于酸雨肆虐,现在黑森林已变成了黄森林,墨绿的树叶泛黄脱落,有许多树冠已完全脱光,只剩下光秃秃的枝,在凄风苦雨中呻吟挣扎。所以,德国人把酸雨称为“绿色的鼠疫”。美国的世界观察研究所在一份研究报告中指出,因酸雨引起的世界范围的森林毁灭,就木材的损失估计,每年超过 l00亿美元。

酸雨对我国森林的危害主要是在长江以南的省份。根据初步的调查统计,四川盆地受酸雨危害的森林面积最大,约为 28万公顷,占林地面积的 32%。贵州受害森林面积约为 14万公顷。根据有关研究显示,仅西南地区由于酸雨造成森林生产力下降,共损失木材 630万立方米,直接经济损失达 30亿元。对南方 11个省的估计,酸雨造成的直接经济损失可达 44亿元。

现在大多数专家认为,森林生态价值远远超过它的经济价值。虽然对森林的生态价值的计算方法还有一些争议,计算出来的数字还不能得到社会的普遍承认,但森林的生态价值超过它的经济价值,这一点,几乎已达成共识。根据计算结果,森林的生态价值是它经济价值的 2~ 8倍。如果按照这个比例来计算,酸雨对森林危害造成的经济损失是极其巨大的。

3.水生动植物不能幸免

湖水 pH值在 6.5~ 9.0之间的中性范围时,对鱼类无害;在 5.0~ 6.5之间的弱酸性时,鱼卵难以孵化,鱼苗数量减少;当湖水 pH值低于 5.0时,流域内的土壤和水体底泥中的重金属(例如铝)就会被溶解进入水中,毒害鱼类,使其繁殖和发育受到严重影响,大多数鱼类不能生存。因此,湖泊酸化会引起鱼类死亡。相对于忍耐湖水酸化的能力而言,虾类比鱼类更差,在已酸化的湖泊中,虾类要比鱼类提前灭绝。

为了生存,一些鱼、虾类以草本食物为生。一旦遭受酸雨的影响,湖水就会酸化,这也会导致水生生物种群的减少。在日常生活中,我们经常会这样说“大鱼吃小鱼,小鱼吃虾米,虾米吃滋泥”,其实这里所说的滋泥是大量水生生物的生活区,一旦离开了水草和水生生物,鱼虾就无法生存。所以,从生态食物链角度来看,湖泊酸化后,鱼虾也难以生存,这也会影响人类的正常生活。

另外,水体酸化还会使得水生生物的组成结构发生变化,藻类、真菌增多,因为它们耐酸,而有根植物、细菌和无脊椎动物减少,同时也降低了有机物的分解率。所以,在酸化的湖泊、河流中,鱼类减少,产量也非常低。这也间接地影响了人们的正常生活,所以人们要尽其所能地减少酸雨量。

4.酸雨让农作物无处可躲

另外,酸雨还会对土壤产生危害,它可导致土壤酸化,进而减退土壤肥力,这产生的恶果是农业减产。世界各国关于酸雨导致农作物减产的资料表明,酸雨所带来的经济损失是非常严重的,必须引起重视。

酸雨对农作物的伤害主要分为两种:急性伤害和慢性伤害。所谓急性伤害,通常是指农作物一旦与强酸雨或高浓度二氧化硫等污染物接触,其叶片在短时间内会出现细胞死亡,严重者出现枯叶、枯枝、枯梢和枯株。这种情况多发生在实验室和土法炼硫窑附近。而酸雨的慢性伤害,一般是指农作物长期与弱酸雨或低浓度的二氧化硫等污染物接触,其叶色失绿或色素变化,作物细胞正常代谢活动遭到破坏,导致细胞死亡,主要外在症状为过早落叶等。这种慢性危害多发生在酸雨地区或二氧化硫长期超标地区,导致农作物大面积减产。

5.建筑物的“皮肤”也会遭殃

酸雨对建筑物有多方面的危害:腐蚀建筑外墙外露构件油漆、石材幕墙、外墙砂浆和灰砂砖,使混凝土碳化,使金属结构锈蚀。特别是许多以大理石和石灰石为材料的历史建筑物和艺术品,耐酸性差,容易受酸雨腐蚀和变色。

在下酸雨时,由于酸雨中含有二氧化硫,大理石中的碳酸钙会和酸雨发生化学反应,产生硫酸钙,所生成的部分硫酸钙会流入大理石粒状间的隙缝,结壳后沉积在大理石的表面,然后逐渐脱落,严重损害大理石的外貌和内质。所以,一定要保护好大理石的建筑物,使其免受酸雨损失。

除了大理石的建筑物以外,镀金顶的建筑物或是置于室外的青铜艺术品等,也是酸雨喜欢侵蚀的对象。酸雨打在含金属性质的建筑物和艺术品表面时,氧可以在金属表面轻易取得电子而发生化学反应,金属表面因而不断被氧化,逐渐被腐蚀。

受酸雨侵蚀严重的地区,其古迹的损坏速度也是比较快的。在希腊和罗马,很多神像由于受到酸雨的淋蚀,面貌发生了很大的变化,有的甚至看不出原来的样子,珍贵文物损失非常严重,并且随着时间的变化,损失越来越大。为什么这些文物如此不堪“酸雨”一击呢?因为古希腊和古罗马的许多古迹,都是以大理石为建筑材料,其主要成分是碳酸钙,当酸雨降落时,其表层碳酸钙变成硫酸钙或硝酸钙,脆裂剥落。与此同时,很多著名的建筑物如埃及金字塔和狮身人面像、柬埔寨吴哥寺、意大利威尼斯城、印度泰姬陵、英国圣保罗大教堂等珍贵的历史遗迹,都受到了酸雨的威胁。而我国北京故宫太和殿台阶拉杆及其石柱上的浮雕所受的损失也相当严重。

酸雨的危害如此之大,所以要求人类一起保护大自然,爱护大自然。

让酸雨远离地球首先要从源头上遏制,发展太阳能、核能、水能、风能、地热能等新型无污染的能源。

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