基本概况

　　酸雨（acid rain）属于空气污染，是指PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。我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，少为硝酸雨，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，我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。

　　什么是酸雨？纯水是中性的，没有味道；柠檬水，橙汁有酸味，醋的酸味较大，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）。

频率

　　一年之内有许多次降水，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数与降雨的总次数的比值。其最低值为0%；最高值为100%。

　　有时，一个降水过程可能持续几天，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的全年降水过程的总次数比值。

　　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。

基本类型

　　（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。

发现历程

　　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；燃烧产生的高温还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。它们在高空中被雨雪冲刷，溶解，雨就成为了酸雨；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。

相关危害

　　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。在中国的大气污染中，酸雨和浮尘是最主要的污染。

　　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。我国南方土壤本来多呈酸性，再经酸雨冲刷，加速了酸化过程；我国北方土壤呈碱性，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，导致土壤贫瘠化，影响植物正常发育；酸雨还能诱发植物病虫害，使农作物大幅度减产，特别是小麦，在酸雨影响下，可减产 13% 至 34%。大豆、蔬菜也容易受酸雨危害，导致蛋白质含量和产量下降。酸雨对森林的影响在很大程度上是通过对土壤的物理化学性质的恶化作用造成的。在酸雨的作用下，土壤中的营养元素钾、钠、钙、镁会释放出来，并随着雨水被淋溶掉。所以长期的酸雨会使土壤中大量的营养元素被淋失，造成土壤中营养元素的严重不足，从而使土壤变得贫瘠。此外，酸雨能使土壤中的铝从稳定态中释放出来，使活性铝的增加而有机络合态铝减少。土壤中活性铝的增加能严重地抑制林木的生长。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、细菌和放线菌均会明显受到酸雨的抑制。酸雨可对森林植物产生很大危害。根据国内对 105 种木本植物影响的模拟实验，当降水 pH 值小于 3.0 时，可对植物叶片造成直接的损害，使叶片失绿变黄并开始脱落。叶片与酸雨接触的时间越长，受到的损害越严重。野外调查表明，在降水 PH 值小于 4.5 的地区，马尾松林、华山松和冷杉林等出现大量黄叶并脱落，森林成片地衰亡。例如重庆奉节县的降水 PH 值小于 4.3 的地段，20 年生马尾松林的年平均高生长量降低 50%。酸雨还可使森林的病虫害明显增加。在四川，重酸雨区的马尾松林的病情指数为无酸雨区的 2.5 倍。酸雨对中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，占有林地面积的 32%。贵州受害森林面积约为 14 万公顷。根据某些研究结果，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（按 1988 年市场价计算）。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，森林的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，这几乎是一致的。根据这些计算结果，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。

　　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。我国酸雨正呈蔓延之势，是继欧洲、北美之后世界第三大重酸雨区。80 年代，我国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的川贵两广地区，酸雨区面积为 170 万平方公里。到 90 年代中期，酸雨已发展到长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨面积扩大了 100 多万平方公里。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区现已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区年降酸雨频率高于 90%，几乎到了逢雨必酸的程度。以南京、上海、杭州、福州、青岛和厦门为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨区。华北、东北的局部地区也出现酸性降水。1998 年，全国一半以上的城市，其中 70% 以上的南方城市及北方城市中的西安、铜川，图们和青岛都下了酸雨。酸雨在我国已呈燎原之势，覆盖面积已占国土面积的 30% 以上。酸雨危害是多方面的，包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。酸雨可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加。十多年来，由于二氧化硫和氮氧化物的排放量日渐增多，酸雨的问题越来越突出。现在中国已是仅次于欧洲和北美的第三大酸雨区。我国酸雨主要分布地区是长江以南的四川盆地、贵州、湖南、湖北、江西，以及沿海的福建、广东等省。在华北，很少观测到酸雨沉降，其原因可能是北方的降水量少，空气湿度低，土壤酸度低。然而值得注意的是北方如侯马、京津、丹东、图们等地区现在也出现了酸性降水。

防治措施

　　1.开发新能源，如氢能，太阳能，水能，潮汐能，地热能等。

　　2.使用燃煤脱硫技术，减少二氧化硫排放。

　　3.工业生产排放气体处理后再排放。

　　4.少开车，多乘坐公共交通工具出行。

　　5.使用天然气等较清洁能源，少用煤。

　　6.改进发动机的燃烧方式。

　　7.通过净化装置，减少燃烧煤，石油等燃料时的污染物排放

预防对人的危害

　　1.要减少污染物对大气的排放，例如对排出的硫氧化物进行回收利用，使用低硫燃料等。

　　2.在酸雨多发时节，要尽量避免淋雨，淋雨之后要尽快清洁表面皮肤。

　　3.尽量减少在大雾环境中的活动，外出佩戴口罩，减少有害物质的吸入。

　　4.日常生活中，要注意食品和饮用水的卫生，注意饮食的品种和营养结构。一些绿色食品，如绿豆、海带、鲜果等，能加速体内有害物质的排除，多吃这类食品，就能有效降低酸雨对人的危害。

影响因素

　　1.酸性污染物的排放及转换条件。一般说来，某地SO2污染越严重，降水中硫酸根离子浓度就越高，导致ph值越低。

　　2.大气中的氨（NH3）对酸雨形成是非常重要的。氨是大气中唯一的常见气态碱。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。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。土壤的氨的挥发量随着土壤pH值的上升而增大。京津地区土壤pH值为7~8以上，而重庆、贵阳地区则一般为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。这两个因素合在一起，至少在目前可以解释中国酸雨多发生在南方的分布状况。

　　3.颗粒物酸度及其缓冲能力

　　大气中的污染物除酸性气体SO2和NO2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，在南方估计约占三分之一。颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用，一是所含的催化金属促使SO2氧化成酸；二是对酸起中和作用。但如果颗粒物本身是酸性的，就不能起中和作用，而且还会成为酸的来源之一。目前中国大气颗粒物浓度水平普遍很高，在酸雨研究中自然是不能忽视的。

　　4.天气形势的影响

　　如果气象条件和地形有利于污染物的扩散，则大气中污染物浓度降低，酸雨就减弱，反之则加重（如逆温现象）。

治理措施

　　1.原煤脱硫技术，可以除去燃煤中大约40%一60%的无机硫。

　　2.优先使用低硫燃料，如含硫较低的低硫煤和天然气等。

　　3.改进燃煤技术，减少燃煤过程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。例如，液态化燃煤技术是受到各国欢迎的新技术之一。它主要是利用加进石灰石和白云石，与二氧化硫发生反应，生成硫酸钙随灰渣排出。

　　4.对煤燃烧后形成的烟气在排放到大气中之前进行烟气脱硫。目前主要用石灰法，可以除去烟气中85%一90%的二氧化硫气体。不过，脱硫效果虽好但十分费钱。例如，在火力发电厂安装烟气脱硫装置的费用，要达电厂总投资的25%之多。这也是治理酸雨的主要困难之一。

　　5.开发新能源，如太阳能，风能，核能，可燃冰等，但是目前技术不够成熟，如果使用会造成新污染，且消耗费用十分高.20世纪60年代间，瑞典土壤学家奥登首先对湖沼学、农学和大气化学的有关记录进行了综合性研究，发现酸性降水是欧洲的一种大范围现象，降水和地面水的酸度正在不断升高，含硫和含氮的污染物在欧洲可以迁移上千公里。1972年瑞典政府向联合国人类环境会议提出一份报告：《穿越国界的大气污染：大气和降水中的磕对环境的影响》。从此更多的国家关注酸雨这一问题，研究的规模也在不断扩大。1975年5月，在美国俄亥俄州立大学举行了第一次国际酸性降水和森林生态系统讨论会。1982年6月在瑞典斯德哥尔摩召开了国际环境酸化会议，酸雨已成为当前全球性环境污染的主要问题之一。酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，以硫酸为主。硫酸和硝酸是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物转化而成的，可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。煤和石油燃烧以及金属冶炼等工业活动会释放二氧化硫到空气中，通过气相或液相氧化反应生成硫酸。同时高温燃烧会使空气中的氮气和氧气生成一氧化氮，其在大气中与氧继续作用，大部分转化成为二氧化氮，遇水或水蒸气就会生成硝酸和亚硝酸。由于人类活动和自然过程，还有许多气态或固体物质进入大气，对酸雨的形成也产生影响。大气颗粒物中的铁、铜、镁等是成酸反应的催化剂。大气光化学反应生成的臭氧和过氧化氢等又是使二氧化硫氧化的氧化剂；飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天然和人为来源的氨，以及其他碱性物质又会与酸反应，而使酸中和。降水的酸度实际上就是降水中的主要阴阳离子的干衡。当大气中二氧化硫和一氧化氮的浓度较高时，降水中就会表现为酸性；如果降水中代表碱性物质的几个主要阳高子浓度也较高时，降水就不会有很高的酸度，甚至可能呈现碱性。在碱性土壤地区，或大气中颗粒物浓度高时，往往出现这种情况。相反，即使大气中二氧化硫和一氧化氮浓度不高，而碱性物质相对更少时，则降水仍然会有较高的酸度。工业区的高大烟囱可把二氧化硫扩散到很远的地方，因而很多山区和荒野地带也降酸雨。硫和氮是植物生长不可或缺的营养元素，弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质，供动、植物吸收。但如果酸度过高，例如pH值降到5以下，就可能使生态系统遭受损害。在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区，酸性雨水降落地面后得不到中和，就会使土壤、湖泊、河流酸化。当湖水或河水的pH值降到5以下时，流域内的土壤和水体底泥中的金属(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。水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，而有根植物、细菌和无脊椎动物减少，有机物的分解率降低。因此，酸化的湖泊、河流中鱼类减少。瑞典和挪威南部以及美国东北部许多湖泊都已成为无鱼的死湖。例如美国东部阿迪朗达克山区，海拔700米以上的湖泊，目前半数以上湖水pH值在5以下，90%已无鱼。而在1929年-1937年间，只有4%的湖泊的pH值在5以下，或者是无鱼的。现在瑞典18,000多个大中型湖泊已经酸化，其中约4,000个酸化严重，水生生物受到很大伤害。

　　酸雨还会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。

　　酸雨正式的名称是为酸性沉降，它可分为“湿沉降”与“干沉降”两大类。前者指的是所有气状污染物或粒状污染物，随着雨、雪、雾或冰雹等降水形态而落到地面者；后者则是指在不下雨的日子，从空中降下来的落尘所带的酸性物质。酸雨（acid rain）是指PH值小于5.6的雨雪或其他形式的降水。雨水被大气中存在的酸性气体污染。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质造成的。我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，少为硝酸雨，此外，各种机动车排放的尾气也是形成酸雨的重要原因。

　　2）酸雨的形成

　　（1）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。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N2+O2=2NO，2NO+O2=2NO2放电氮氧化合物即为一氧化氮和二氧化氮之和，与空气中的水蒸气反应生成硝酸3NO2+H2O=2HNO3+NO。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。（2）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若干亿年，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。煤中含有硫，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。

　　3）酸雨的危害

　　酸雨危害是多方面的，包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。酸雨可使儿童免疫功能下降，慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加，同时可使老人眼部、呼吸道患病率增加。硫和氮是植物生长不可或缺的营养元素，弱酸性降水可溶解地壳中的矿物质，供动、植物吸收。但如果酸度过高，例如pH值降到5以下，就可能使生态系统遭受损害。在土壤盐基饱和度低的地区或土层薄的岩石地区，酸性雨水降落地面后得不到中和，就会使土壤、湖泊、河流酸化。当湖水或河水的pH值降到5以下时，流域内的土壤和水体底泥中的金属(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。水体酸化还会导致水生生物的组成结构发生变化，耐酸的藻类、真菌增多，而有根植物、细菌和无脊椎动物减少，有机物的分解率降低。因此，酸化的湖泊、河流中鱼类减少。酸雨还会抑制土壤中有机物的分解和氮的固定，淋洗与土壤粒子结合的钙、镁、钾等营养元素，使土壤贫瘠化。众所周知，大理石的主要成分是碳酸钙（CaCO3），因而极易被酸腐蚀。世界上的一些知名建筑都在遭受着酸雨的侵蚀。例如，有两座高157米尖塔的著名德国科隆大教堂，石壁表面已腐蚀得凹凸不平，“酸筋”累累，通向人口处的天使和玛丽亚石像剥蚀得已经难以恢复。其中的砂岩(更易腐蚀)石雕近15年间甚至腐蚀掉了10个厘米。已经进入《世界遗产名录》的著名印度泰姬陵，由于大气污染和酸雨的腐蚀，大理石失去光泽，乳白色逐渐泛黄，有的变成了锈色。中国北京国子监街孔庙内的“进士题名碑林”(共198块)距今已有700年历史，上面共镑刻了元、明、清三代51624名中第进士的姓名、籍贯和名次，是研究中国古代科举考试制度的珍贵实物资料，已被列为国家级文物重点保护单位。近年来，许多石碑表面因大气污染和酸雨出现了严重腐蚀剥落现象，具有珍贵历史价值的石碑已变得面目皆非。