酸雨

酸雨，是指pH小於5.6的雨雪或其他形式的降水。 ^[1]  雨、雪等在形成和降落過程中，吸收並溶解了空氣中的二氧化硫、氮氧化合物等物質，形成了pH低於5.6的酸性降水。酸雨主要是人為的向大氣中排放大量酸性物質所造成的。

酸雨是全球三大環境危害之一， 20 世紀 70 年代以後，中國出現大範圍酸雨，中國酸雨區是世界三大酸雨區之一，東亞酸雨區的一部分。 ^[6]  中國的酸雨主要因大量燃燒含硫量高的煤而形成的，多為硫酸雨，少為硝酸雨，此外，各種機動車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。中國一些地區已經成為酸雨多發區，酸雨污染的範圍和程度已經引起人們的密切關注。 ^[2] 

《酸雨和酸雨區等級》 從規範氣象行業酸雨觀測及服務業務的角度出發， 參考了國內外常見的酸雨污染程度習慣性劃分方式和稱謂， 結合中國氣象局酸雨觀測資料的統計分析、 業務產品製作和技術開發經驗， 提出了酸雨、 酸雨頻率和酸雨區等級的劃分指標體系。 ^[6] 

該標準規定，酸雨是降水酸鹼度 （pH 值） 小於5.6 的大氣降水，酸雨區是平均降水pH值小於5.6的地區。按照日降水pH值， 將酸雨劃分為較弱酸雨、弱酸雨、強酸雨和特強酸雨；按照單站某一時段（月、 季、 年） 內酸雨頻率， 將酸雨頻率劃分為酸雨偶發、 酸雨少發、酸雨多發、酸雨頻發和酸雨高發；由區域內全部單站 （月、 季、 年）平均降水 pH 值，用插值方法計算得到 （月、 季、 年） 平均降水 pH 值的空間分佈，將酸雨區劃分為較輕酸雨區、輕酸雨區、重酸雨區、特重酸雨區。 ^[6] 

某地收集到酸雨樣品，還不能算是酸雨區，因為一年可有數十場雨，某場雨可能是酸雨，某場雨可能不是酸雨，所以要看年均值。

由區域內全部單站(月、季、年)平均降水pH值，用插值方法計算得到(月、季、年)平均降水pH值的空間分佈，據此劃分較輕酸雨區、輕酸雨區、重酸雨區、特重酸雨區。 ^[7] 

其實，北京、拉薩、西寧、蘭州和烏魯木齊等市也收集到幾場酸雨，但年均pH和酸雨率都在非酸雨區標準內，故為非酸雨區。 ^[1] 

中國酸雨主要是硫酸型，中國三大酸雨區分別為：

1.西南酸雨區：是僅次於華中酸雨區的降水污染嚴重區域。

2.華中酸雨區：它已成為全國酸雨污染範圍最大，中心強度最高的酸雨污染區。

3.華東沿海酸雨區：它的污染強度低於華中、西南酸雨區。

全球三大酸雨區是：西歐、北美、東南亞。 ^[1] 

1.海洋：海洋霧沫，它們會夾帶一些硫酸到空中。 ^[1] 

2.生物：土壤中某些機體，如動物死屍和植物敗葉在細菌作用下可分解某些硫化物，繼而轉化為二氧化硫。

3.火山爆發：噴出可觀量的二氧化硫氣體。

4.森林火災：雷電和乾熱引起的森林火災也是一種天然硫氧化物排放源,因為樹木也含有微量硫。

5.閃電：高空雨雲閃電，有很強的能量，能使空氣中的氮氣和氧氣部分化合生成一氧化氮,繼而在對流層中被氧化為二氧化氮。

N2+O2=高温高壓=2NO

2NO+O2==2NO2

氮氧化物即為一氧化氮和二氧化氮之和，與空氣中的水蒸氣反應生成硝酸。

6.細菌分解： 即使是未施過肥的土壤也含有微量的硝酸鹽，土壤硝酸鹽在土壤細菌的幫助下可分解出一氧化氮，二氧化氮和氮氣等氣體。

煤、石油和天然氣等化石燃料燃燒。無論是煤，或石油,或天然氣都是在地下埋藏多少億年，由古代的動植物化石轉化而來,故稱做化石燃料。科學家粗略估計，1990年中國化石燃料約消耗近700萬噸;僅佔世界消耗總量的12%,人均相比並不驚人;但是中國近幾十年來，化石燃料消耗的增加速度實在太快，1950年至1990年的四十年間,增加了30倍，不能不引起足夠重視。 ^[2] 

煤中含有硫，燃燒過程中生成大量二氧化硫，此外煤燃燒過程中的高温使空氣中的氮氣和氧氣化合為一氧化氮，繼而轉化為二氧化氮，造成酸雨。工業過程，如金屬冶煉：某些有色金屬的礦石是硫化物，銅、鉛、鋅便是如此,將銅、鉛、鋅硫化物礦石還原為金屬過程中將逸出大量二氧化硫氣體，部分回收為硫酸,部分進入大氣。再如化工生產，特別是硫酸生產和硝酸生產可分別產生可觀數量的二氧化硫和二氧化氮，由於二氧化氮帶有淡棕的黃色,因此，工廠廢氣所排出的帶有二氧化氮的廢氣像一條“黃龍”,在空中飄蕩，控制和消除“黃龍”被稱做“滅黃龍工程”。再如石油煉製等,也能產生一定量的二氧化硫和二氧化氮。它們集中在某些工業城市中，也比較容易得到控制。 ^[3] 

交通運輸，如汽車尾氣。在發動機內，活塞頻繁打出火花，像天空中閃電，氮氣變成二氧化氮。不同的車型，尾氣中氮氧化物的濃度有多有少，機械性能較差的或使用壽命已較長的發動機尾氣中的氮氧化物濃度要高。汽車停在十字路口,不熄火等待通過時，要比正常行車尾氣中的氮氧化物濃度要高。隨着中國各種汽車數量猛增，它們的尾氣對酸雨的貢獻正在逐年上升，不能掉以輕心。

工業生產、民用生活燃燒煤炭排放出來的二氧化硫，燃燒石油以及汽車尾氣排放出來的氮氧化物，經過“雲內成雨過程”，即水汽凝結在硫酸根、硝酸根等凝結核上，發生液相氧化反應，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又經過“雲下衝刷過程”，即含酸雨滴在下降過程中不斷合併吸附、沖刷其他含酸雨滴和含酸氣體，形成較大雨滴，最後降落在地面上，形成了酸雨。由於中國多燃煤，所以中國的酸雨是硫酸型酸雨。而多燃石油的國家下硝酸雨。

酸雨形成的化學反應過程： ^[1] 

(1) 酸雨多成於化石燃料的燃燒：

含有硫的煤燃燒生成二氧化硫

S+O2=點燃=SO2

二氧化硫和水作用生成亞硫酸

SO2+H2O=H2SO3

亞硫酸在空氣中可氧化成硫酸

2H2SO3+O2→2H2SO4

(2)氮氧化物溶於水形成酸：雷雨閃電時，大氣中常有少量的二氧化氮產生。

閃電時氮氣與氧氣化合生成一氧化氮

N2+O2=放電=2NO

一氧化氮結構上不穩定，空氣中氧化成二氧化氮

2NO+O2=2NO2

二氧化氮和水作用生成硝酸

3NO2+H2O=2HNO3+NO

(3)酸雨與大理石反應：

CaCO3+H2SO4=CaSO4+H2O+CO2↑

CaSO3+SO2+H2O=Ca(HSO3)2

(4)此外還有其他酸性氣體溶於水導致酸雨，例如氟化氫，氟氣，氯氣，硫化氫等其他酸性氣體。

酸雨中的陰離子主要是硝酸根和硫酸根離子，根據兩者在酸雨樣品中的濃度可以判定降水的主要影響因素是二氧化硫還是氮氧化物。二氧化硫主要是來自於礦物燃料（如煤）的燃燒，氮氧化物主要是來自於汽車尾氣等污染源。相關的文獻中，通過硫酸根和硝酸根離子的濃度比值將酸雨的類型分為三類，如下： ^[4] 

（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，可以根據一個地方的酸雨類型來初步判斷酸雨的主要影響因素。當然，大多數地方的酸雨可能這三種類型都涵蓋了，這就需要對每個時間段的酸雨影響因素作進一步分析了。 ^[4] 

酸雨可導致土壤酸化。

土壤中含有大量鋁的氫氧化物，土壤酸化後，可加速土壤中含鋁的原生和次生礦物風化而釋放大量鋁離子，形成植物可吸收的形態鋁化合物。植物長期和過量的吸收鋁，會中毒，甚至死亡。

酸雨尚能加速土壤礦物質營養元素的流失；在酸雨的作用下，土壤中的營養元素鉀、鈉、鈣、鎂會流失出來，並隨着雨水被淋溶掉。所以長期的酸雨會使土壤中大量的營養元素被淋失，造成土壤中營養元素的嚴重不足，從而使土壤變得貧瘠。改變土壤結構，導致土壤貧瘠化，影響植物正常發育。此外，酸雨能使土壤中的鋁從穩定態中釋放出來，使活性鋁的增加而有機絡合態鋁減少。土壤中活性鋁的增加能嚴重地抑制林木的生長；

酸雨還能誘發植物病蟲害，使農作物大幅度減產，特別是小麥，在酸雨影響下，可減產 13% 至 34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，導致蛋白質含量和產量下降。

酸雨對森林的影響在很大程度上是通過對土壤的物理化學性質的惡化作用造成的。 ^[4] 

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、細菌和放線菌均會明顯受到酸雨的抑制。

酸雨能使非金屬建築材料（混凝土、砂漿和灰砂磚）表面硬化水泥溶解，出現空洞和裂縫，導致強度降低，從而損壞建築物。建築材料變髒， 變黑, 影響城市市容質量和城市景觀, 被人們稱之為 “黑殼”效應。

4.酸雨在中國已呈燎原之勢，覆蓋面積已佔國土面積的 30% 以上。 酸雨危害是多方面的，包括對人體健康、生態系統和建築設施都有直接和潛在的危害。酸雨可使兒童免疫功能下降，慢性咽炎、支氣管哮喘發病率增加，同時可使老人眼部、呼吸道患病率增加。

十多年來，由於二氧化硫和氮氧化物的排放量日漸增多，酸雨的問題越來越突出。中國已是僅次於歐洲和北美的第三大酸雨區。 中國酸雨主要分佈地區是長江以南的四川盆地、貴州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、廣東等省。在華北，很少觀測到酸雨沉降，其原因可能是北方的降水量少，空氣濕度低，土壤酸度低。

1.酸性污染物的排放及轉換條件。一般説來，某地SO2污染越嚴重，降水中硫酸根離子濃度就越高，導致pH值越低。 ^[4] 

2.大氣中的氨（NH3）對酸雨形成是非常重要的。氨是大氣中唯一的常見氣態鹼。由於它的水溶性，能與酸性氣溶膠或雨水中的酸反應，起中和作用而降低酸度。土壤的氨的揮發量隨着土壤pH值的上升而增大。京津地區土壤pH值為7~8以上，而重慶、貴陽地區則一般為5~6，這是大氣氨水平北高南低的重要原因之一。土壤偏酸性的地方，風沙揚塵的緩衝能力低。這兩個因素合在一起，至少在可以解釋中國酸雨多發生在南方的分佈狀況。

3.顆粒物酸度及其緩衝能力 ^[4] 

大氣中的污染物除酸性氣體SO2和NO2外，還有一個重要成員——顆粒物。顆粒物的來源很複雜。主要有煤塵和風沙揚塵。後者在北方約佔一半，在南方估計約佔三分之一。顆粒物對酸雨的形成有兩方面的作用，一是所含的催化金屬促使SO2氧化成酸；二是對酸起中和作用。但如果顆粒物本身是酸性的，就不能起中和作用，而且還會成為酸的來源之一。中國大氣顆粒物濃度水平普遍很高，在酸雨研究中自然是不能忽視的。

4.天氣形勢的影響

如果氣象條件和地形有利於污染物的擴散，則大氣中污染物濃度降低，酸雨就減弱，反之則加重（如逆温現象）。 ^[1] 

中國從八十年代開始對酸雨污染進行觀測調查研究。在八十年代，中國的酸雨主要發生在重慶，貴陽和柳州為代表的西南地區，酸雨的面積約為170萬平方公里。到九十年代中期，酸雨已發展到長江以南，青藏高原以東及四川盆地的廣大地區，酸雨地區面積擴大了100多萬平方公里。以長沙，贛州，南昌，懷化為代表的華中酸雨區現在已經成為全國酸雨污染最嚴重的地區，其中心區平均降水pH值低於4.0，酸雨的頻率高達90%以上，已達到了“逢雨必酸”的程度。以南京，上海，杭州，福州和廈門為代表的華東沿海地區也成為中國主要的酸雨地區。值得注意的是，華北的京津，東北的丹東，圖們等地區也頻頻出現酸性降水。年均pH值低於5.6的區域面積已佔中國國土面積的40%左右。中國的酸雨化學特徵是pH值低，硫酸根（SO42-）,銨（NH4+），和鈣（Ca2+）離子濃度遠遠高於歐美，而硝酸根（NO3-）濃度則低於歐美。研究表明，中國酸性降水中硫酸根與硝酸根的摩爾之比大約為6.4:1，因此，中國的酸雨是硫酸型的，主要是人為排放SO2造成的。所以，治理好中國的SO2排放對中國的酸雨的治理有着決定性的作用。

1.開發新能源，如氫能，太陽能，水能，潮汐能，地熱能等。

2.使用燃煤脱硫技術，減少二氧化硫排放。

3.工業生產排放氣體處理後再排放。

4.少開車，多乘坐公共交通工具出行。

5.使用天然氣等較清潔能源，少用煤。 ^[2] 

世界上酸雨最嚴重的歐洲和北美許多國家在遭受多年的酸雨危害之後，終於都認識到，大氣無國界，防治酸雨是一個國際性的環境問題，不能依靠一個國家單獨解決，必須共同採取對策，減少硫氧化物和氮氧化物的排放量。經過多次協商，1979年11月在日內瓦舉行的聯合國歐洲經濟委員會的環境部長會議上，通過了《控制長距離越境空氣污染公約》，並於1983年生效。《公約》規定，到1993年底，締約國必須把二氧化硫排放量削減為1980年排放量的70%。歐洲和北美(包括美國和加拿大)等32個國家都在公約上籤了字。為了實現許諾，多數國家都已經採取了積極的對策，制訂了減少致酸物排放量的法規。例如，美國的《酸雨法》規定，密西西比河以東地區，二氧化硫排放量要由1983年的2000萬噸/年，經過10年減少到1000萬噸/年；加拿大二氧化硫排放量由1983年的470萬噸/年，到1994年減少到230萬噸/年，等等。 ^[5] 

世界上減少二氧化硫排放量的主要措施有：

1.原煤脱硫技術，可以除去燃煤中大約40%一60%的無機硫。

2.優先使用低硫燃料，如含硫較低的低硫煤和天然氣等。

3.改進燃煤技術，減少燃煤過程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液態化燃煤技術是受到各國歡迎的新技術之一。它主要是利用加進石灰石和白雲石，與二氧化硫發生反應，生成硫酸鈣隨灰渣排出。

4.對煤燃燒後形成的煙氣在排放到大氣中之前進行煙氣脱硫。主要用石灰法，可以除去煙氣中85%一90%的二氧化硫氣體。不過，脱硫效果雖好但十分費錢。例如，在火力發電廠安裝煙氣脱硫裝置的費用，要達電廠總投資的25%之多。這也是治理酸雨的主要困難之一。

5.開發新能源，如太陽能，風能，核能，可燃冰等。

6.生物防治：1993年在印度召開的"無害環境生物技術應用國際合作會議"上，專家們提出了利用生物技術預防、阻止和逆轉環境惡化，增強自然資源的持續發展和應用，保持環境完整性和生態平衡的措施。科學家已發現能脱去黃鐵礦中硫的微生物還有氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫桿菌等。日本財團法人電力中央研究所最近開發出的利用微生物膠硫的新技術，可除去70%的無機硫，還可減少60%的粉塵。這種技術原理簡單，設備價廉，特別適合無力購買昂貴脱硫設備的發展中國家使用。生物技術脱硫符合“源頭治理”和“清潔生產”的原則，因而是一種極有發展前途的治理方法，越來越受到世界各國的重視。 ^[2]