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第9章 空中死神——酸雨

说了那么多雨的分类、雨的好处,接下来呢,我们就谈谈几种有害的雨吧!其实,不是说下雨不好,只是有时候下得过量了,或者雨里掺杂着有毒的东西,那它的危害可就大了!

有人把酸雨叫做“空中死神”,究竟这是为什么呢?

酸雨是指由于空气污染而导致的酸性降水。一般来说,我们把大气降水与二氧化碳气体平衡时的酸度PH值5.6看作是降水的天然酸度,以此为标准,降水PH值低于5.6时,我们就称之为“酸雨”。

酸雨的形成主要是大气污染的一种表现,是工业中释放出来的二氧化硫或汽车尾气中排出的氮氧化物及氯化氢等烟气,在上升过程中与水蒸气相遇,形成的硫酸和硝酸水滴将雨水酸化,这时候,降到地面上的水就成了酸雨。化石燃料的燃烧是造成酸雨的罪魁祸首。

1.酸雨的发现

酸雨对人类的生活破坏极大,那么人类是从什么时候才开始注意到它的危害呢?

近代工业革命是从蒸汽机开始的。机器大工业的发展,使得燃烧煤的数量日益猛增,而煤中含有少量的杂质硫,在燃烧中放出酸性气体二氧化硫,它与空气中的氮氧化物一起升到高空中,再同雨滴凝结形成雨降到地面。1872年英国科学家史密斯分析了伦敦市、郊区和农村的雨水成份,发现农村雨水中含碳酸铵,酸性不大;郊区雨水含硫酸铵,略成酸性;市区雨水含硫酸或酸性硫酸盐,呈酸性。鉴于此,史密斯在他的著作《空气和降雨:化学气候学的开端》中首次提出“酸雨”这一名词。

2.影响酸雨形成的因素

影响酸雨形成的因素中,首当其冲的应该是酸性污染物的排放。一般来讲,一个地区二氧化硫污染越严重,降水中硫酸根离子的浓度就越高,ph值就越低,越容易产生酸雨。

其次是大气中的氨。氨是大气中唯一的常见气态碱,对阻碍酸雨的形成非常重要。由于它具有水溶性,能与酸性气溶胶或雨水中的酸反应,起到中和作用,从而降低酸度。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。土壤中氨的挥发量随着土壤pH值的上升而增大。也就是说,土壤越趋向碱性,氨的挥发量也就越大。我国北方地区土壤的pH值较高,南方土壤的pH值较低,再加上土壤偏酸性的地方缓冲风沙扬尘的能力低,这两个因素解释了我国酸雨多发生在南方的原因。

不仅如此,大气中的颗粒物也是影响酸雨形成的因素之一。大气的污染物中,除了酸性气体二氧化硫和二氧化氮外,还有颗粒物。这些颗粒物的来源很复杂,主要有煤尘和风沙扬尘等。颗粒物对酸雨的形成有两方面的作用:促使二氧化硫氧化成酸和对酸起到中和作用。如果颗粒物本身就是酸性的,不仅无法起到中和作用,而且还会成为酸的来源之一。

此外天气的影响也不容忽视。如果气象条件和地形有利于污染物的扩散,大气中污染物的浓度就会降低,酸性就会减弱,下酸雨的可能性就小;反之,可能性就大。

3.酸雨的危害

我们知道,硫和氮都是营养元素,雨中如果含有少量硫、氮等元素,对植物的生长有很大帮助。但是,这些元素如果过量,导致雨的pH值低于5.6,从而形成酸雨,就会产生严重的危害。随着工业的日益发展,酸雨的危害日益受到人们的关注,它和“温室效应”、“臭氧层破坏”被称为人类面临的三大灾难。那么,酸雨到底有哪些危害呢?

酸雨可以直接杀死大片森林,使农作物枯萎;能够抑制土壤中有机物的分解和氮的固定;与钙、镁、钾等营养元素产生化学反应,减少这些元素在土壤中的含量,使土壤贫瘠化;引起土壤中的水分流失等。

酸雨使湖泊、河流酸化,导致许多对酸敏感的水生物物种灭绝;将土壤和泥中的有毒金属溶解到水里,毒害水生生物和鱼类。欧洲、北美的许多湖泊由于受到酸雨的危害,如今已经变成死湖。

此外酸雨还会加速建筑物和文物古迹的腐蚀和风化过程,使得一些珍贵文物面目全非。这是由于碑林、佛像等都是用石灰岩雕刻而成的,如果这些物质遇到酸雨立即发生化学作用,酸碱中和,使碑林文字模糊,佛像的五官严重腐蚀。

更重要的是酸雨还会影响人和动物的身体健康:刺激人的眼角膜和呼吸道黏膜,导致红眼病和支气管炎的发生,还能诱发肺病;使儿童免疫功能下降,导致慢性咽炎、支气管哮喘发病率增加;还会引起结膜炎、咽喉炎、皮炎等病症;酸雨酸化农田土壤,使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属,如汞、镉、铅等再溶出,继而被粮食和蔬菜吸收。人类摄取这类粮食和蔬菜会中毒、得病;酸雨引起的酸雾,还会使鸟类受到伤害。

由此可见,酸雨破坏我们的环境,使森林衰退、湖泊酸化、土壤贫瘠、粮食蔬菜减产、建筑物腐蚀等,严重破坏我们家园。

一般来说,酸性雨水的影响在欧洲和美国东北部最为明显,还包括加拿大和中国。

酸雨是工业高度发展带来的产物,它所带来的污染是世界性的。因此,如果我们不采取行动的话,将给人类带来无法挽回的损失!所以,我们现在必须从根本上治理酸雨,减少废气排放、发展新技术、开发新能源!

4.如何治理酸雨

从根本上来说,减少二氧化碳和氮氧化物的排放,是控制酸雨的根本措施。

酸雨的危害是世界性的,无国界的。因此,防治酸雨是一个国际性的环境问题,不能仅仅依靠单个国家来解决,必须共同采取应对措施。目前,全世界减少二氧化硫气体排放量的主要措施有:

①原煤脱硫技术,就是在燃烧之前将煤中含有的硫除掉,这样可以除去燃煤中大约40%~60%的无机硫。

②优先使用含硫低的燃料,如低硫煤和天然气等。

③尽量减少燃烧煤过程中二氧化硫的排放量。例如,采用液态化燃煤技术,在煤中加入石灰石和白云石,在燃烧过程中与二氧化硫发生反应,生成硫酸钙随灰渣一同排出。

④在将煤燃烧后形成的烟气排放到大气中之前,进行脱硫。目前主要用石灰法脱硫,可以除去烟气中85%~90%的二氧化硫气体。这种方法虽然具有良好的效果,但是代价昂贵,这也是治理酸雨的主要困难之一。

⑤开发利用新能源,如太阳能、风能、核能等。

5.酸雨的生物防治

酸雨的危害已经引起全世界的普遍关注,联合国也多次召开国际会议讨论酸雨问题,许多国家已把控制酸雨列为重大科研项目。1993年,在印度召开的“无害环境生物技术应用国际合作会议”上,专家们提出利用生物技术预防、阻止环境的恶化,增强自然资源的持续发展和应用,保持环境完整性和生态平衡等措施。有报道说,日本某研究所从土壤中分离出一种硫杆菌,能有效地去除煤中的无机硫;美国煤气研究所分离出一种新的微生物菌株,能从煤中分离有机硫而不降低煤的质量;捷克筛选出的一种酸热硫化杆菌,可脱除黄铁矿中75%的硫。近年来,科学家发现,能脱去黄铁矿中硫的微生物还有氧化亚铁硫杆菌和氧化硫杆菌等。日本电力中央研究所最近开发出的利用微生物胶硫的新技术,可除去70%的无机硫,还能减少60%的粉尘。这种技术原理简单,设备价廉,尤其适合那些无力购买昂贵脱硫设备的发展中国家使用。生物技术脱硫符合“源头治理”和“清洁生产”的原则,是一种发展前途广阔的治理方法,正日益受到世界各国的重视。

6.酸雨的相关知识

酸雨率:一年之内有好多次降雨,有的是酸雨,有的不是酸雨,我们把某地区酸雨次数除以降雨的总次数就是这个地区的酸雨率。酸雨率的最低值为0%,最高值为100%。如果出现降雪,以降雨视之。

除了年均降水pH值之外,酸雨率是判别某地区是否是酸雨区的又一重要指标。

酸雨区:一个地方下过酸雨,我们并不能称之为酸雨区,因为一年会降很多次雨,某场雨可能是酸雨,某场雨可能不是酸雨,所以要看年均值。目前我国定义酸雨区的科学标准还未定型,但一般都认为:年均降水pH值高于5.65,酸雨率是0%~20%,为非酸雨区;pH值在5.30~5.60之间,酸雨率是10%~40%,为轻酸雨区;pH值在5.00~5.30之间,酸雨率是30%~60%,为中度酸雨区;pH值在4.70~5.00之间,酸雨率是50%~80%,为较重酸雨区;pH值小于4.70,酸雨率是70%~100%,为重酸雨区。这就是所谓的五级标准。

我国是硫酸型酸雨,主要有三个酸雨区,按严重程度排列依次为:华中酸雨区>西南酸雨区>华东沿海酸雨区。

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