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酸雨是什么

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图1 图片来自网络

由于空气中的二氧化碳气体与水反应生成碳酸,碳酸显酸性,因此正常雨水略带酸性,其pH≈5.6,而随着经济的迅速发展,伴随着大气污染愈发严重,导致大气降水的pH小于5.6,原因离不开两大酸即硝酸和硫酸。大多数人认为酸雨即pH<5.6的雨水,其实不然,除了雨还有雪、霜、冰雹、露水、雾等大气降水只要其pH<5.6,都被称作酸雨,酸雨也可称作湿沉降[1]。那么酸雨是如何形成的呢?

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酸雨产生的原因

(一)自然原因

    火山爆发会产生大量的SO2、H2S气体,经大气氧化生成SO3,SO3与H2O结合生成H2SO4;动物尸体和植物败叶中存在含硫有机物,在自然界微生物作用下,被分解为H2S,经多次氧化可生成H2SO4;由于树木中含有硫,因此若森林着火,也会导致酸雨的产生;在雷电作用下,N2和O2会发生化合反应生成NO,NO会被空气中的O2氧化生成NO2,NO2遇水生成HNO3;土壤中存在少量硝酸盐,会在土壤细菌的作用下生成NOX,进而成为造成酸雨的原因;特殊的地形如盆地,生成的酸性气体不易扩散,易导致部分地区酸雨严重等[2]。

(二)人为原因

1、工业生产和人民生活

   作为能源消耗大国,三大化合燃料(即煤、石油、天然气)占我国能源生产和消费总量的80%以上,而化石燃料燃烧会生成大量的SO2,NOX等气体,严重危害生态环境,造成酸雨、温室效应,雾霾等一系列环境问题[3]。

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图2  2021年中国能源消耗情况

2、交通运输

汽车排放的尾气中含有一氧化碳、硫化物、氮氧化合物、悬浮小颗粒等多种危害环境的污染物,其中硫化物、氮氧化合物经氧化会生成硫酸和硝酸,形成酸雨。经查阅文献发现,一辆汽车在行驶中若燃烧1kg的汽油,那么15kg的空气将遭到污染,并且排放出大约0.08kg的碳氢化合物,0.2kg的一氧化碳和0.015kg的氮氧化合物等[4]。

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图3 汽车尾气的排放

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酸雨的危害

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图4 图片来自网络

(一)对土壤的影响 

1、土壤酸化

硝酸和硫酸属于强酸,因此其进入土壤后,H+含量增加,必定引起pH的降低;

2、降低土壤盐基离子

    酸雨中的阴离子硫酸根和硝酸根会和土壤中的阳离子结合,导致盐基离子(K+、Ca2+、Na+、Mg2+等)减少,盐基离子的淋失量随酸雨 pH 值的降低而增加;

3、对重金属和微量元素的影响

土壤中含有少量的、作物生长所必需的微量元素如Cu、Fe、Mn等,但也含有一些不利于作物生长的毒害元素如Cd、Al等,一般极少量进入生物循环,因此不会造成严重危害,但是接触到酸雨时,会促进微量元素的流失和土壤中重金属如Cd、毒害离子如Al3+的释放,且PH越小,微量元素流失越多,土壤中Al3+、Cd越多,对植物和生态系统也越不利。

4、养分流失

包括氮营养流失和磷营养流失。土壤氮以有机和无机形式存在,相关研究表明,针对大部分土壤来说,pH越小,氮营养和磷营养流失越明显;

5、对土壤中微生物的影响

土壤中平衡的生态系统对作物的生长起着极其重要的作用,而在酸雨影响下,导致细菌和放线菌的数量减少,真菌数量增加。研究表明,pH越低,越不利于植物的呼吸作用和酶的活性;

6、对土壤结构的影响

酸雨会严重危害土壤的结构,pH越低,不利于作物生长的重金属离子和Al3+越多,土壤调节水、肥、热等能力越低[5]。

(二)对植物的影响

酸雨会导致植物叶片变色、卷缩、出现各种形状的斑点等,且酸雨强度越高,对植物叶片的叶绿体、线粒体等细胞器造成的危害越严重;酸雨对植物根茎也会产生不利影响,严重时引起植物死亡,导致森林面积减少、农作物产量下降;酸雨还会严重阻碍植物的光合作用,影响叶子的发芽率[6];

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图5 被酸雨腐蚀的花朵

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图6 被酸雨腐蚀的森林

(三)造成水体污染

酸雨会引起江、河流、湖泊中酸度增加,严重危害生态系统功能和结构。研究表明,当pH<5时,鱼的繁殖和生存会受到严重影响,水体中不利于生物生长的真菌、藻类增多,浮游动物严重减少,有机物的分解速率降低,并且水体底泥中不利于生物生存的金属不断溶解,严重时导致水生生物死亡[7]。

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图7  被酸雨腐蚀的河水

(四)危害人体健康

1、 直接影响

    酸雨中的酸性物质会对人体中肺的呼吸功能产生严重影响,尤其对于青少年的影响最大,轻者引起咳嗽、声音嘶哑等症状,严重时会导致呼吸急促、胸闷,甚至肺气病;由于酸雨中含有丙烯酸、甲醛等有害物质,因此若酸雨进入人的眼睛,将导致患沙眼病几率增高;除此之外,还会诱发癌症、降低儿童的免疫力等。

2、间接影响

前面我们讨论到,酸雨或导致土壤、水体酸化,沉积重金属,因此若人饮入已受污染的水源或食入在体内沉积重金属的鱼虾类海鲜,将会对人体造成严重影响[8]。

(二)对建筑物和材料的影响

建筑物一般都是由混凝土、钢筋、金属等材料制作而成,长期暴露在空气中,当与酸雨接触时,会发生化学或电化学反应,导致金属腐蚀,混凝土强度和硬度降低、疏松剥落。一方面引起安全问题,另一方面也会导致资源浪费。

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图8 被酸雨腐蚀的建筑物

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酸雨的防治措施

(一)调整能源结构,加速发展无污染能源

我国能源结构结构中,煤炭消耗总量最高,而煤炭中含有硫元素,燃烧会生成引起酸雨的含硫化物,因此应积极推动调整我国能源结构,大力发展清洁能源如氢能、太阳能、风能、水能等,不但利用率高,而且不污染环境。

(二)完善法律法规,倡导绿色出行

    为推动环境保护工作的有效进行,应制定科学合理的排放标准,对超标排放的工厂和汽车实施惩罚措施,与此同时大力倡导市民使用公交车、自行车或步行等绿色出行方式,树立环保意识,减少汽车尾气的排放,为生态环境的治理做出一份贡献[9]。

(三)加强技术研究、减少污染气体的排放

    我国短时期仍然会以煤炭为主,能源结构变化不会很大,因此我们需要对煤的燃烧进行技术加工,如进行煤的脱硫、提高煤炭的燃烧利用率等可有效防止大气污染。

(四)种植抗酸雨农作物品种,加大森林面积

    利用高新技术培育抗酸雨植物如金橘、桑树等,可以减轻酸雨的危害,植物具有净化空气的作用,大力植树造林可在一定程度上吸收空气中的污染物质,并且有利于治理温室效应和防止沙漠化[1]。

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小结

酸雨的产生是由自然原因和人为原因双重导致的,酸雨中含有大量腐蚀性物质,会造成土壤酸化、水体污染、建筑物损坏、农作物减产、森林面积减少,甚至危害人体健康,对我国的经济发展和生态环境造成严重的危害,因此,我们必须预防和治理统一起来,改善生态环境、还原美好家园。

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图9 绿水青山就是金山银山