5.1 酸雨
酸雨(Acid Rain)的主要成分是硫酸和硝酸,两者占总酸量的90%以上。酸雨的pH 值低于5.6,最低可达3 左右。酸雨中除含有酸性物质外,还含有各种大气颗粒物和气态化学物。
19世纪中叶,英国化学家史密斯[1]首次提出“酸雨”这一术语[2],并在1872年出版的《空气和降雨:化学气候学的开端》(Air and Rain:The Beginnings of a Chemical Climatology)一书中报道曼彻斯特市郊区降水中含有高浓度硫酸根离子。
1956年,瑞典斯德哥尔摩国际气象研究所主持建立了欧洲大气化学监测网,开始对降水化学进行长期的、全面系统的观测和研究。
1972年,瑞典政府向联合国人类会议提交了《越国界的大气污染——大气中硫和降水对环境的影响》的报告,该报告极大地促进了世界各国对降水酸度的观测、普查和研究。
1975年第一次国际性酸雨和森林生态系统讨论会在美国举行,会议讨论了酸雨对地表、土壤、森林和植被的严重危害。自此,酸雨问题进一步受到了普遍重视。
20世纪以来,全世界酸雨污染范围日益扩大。欧洲、北美均受到酸雨的危害。美国的15 个州的酸雨pH 值平均在4.8 以下,而弗吉尼亚州甚至下降到1.5。加拿大酸雨危害的面积已达(1.20~1.50)×108平方千米。日本全国降落的酸雨pH 值为4.5。而且,欧洲雨水的酸度每年以10%的速度不断增加。在发展中国家虽然酸雨很少,但酸雨正在从工业发达国家向发展中国家扩张。随着亚洲经济的高速发展,以中国长江以南、青藏高原以东及四川盆地的广大地区为中心的亚洲地区已经成为继欧洲、北美之后世界第三大酸雨区。
20世纪70年代以来,中国开始研究酸雨污染。1974年,中国在北京开始对酸雨进行监测。1979年后各省区陆续开展了这方面的监测工作。总的趋势是由北向南,酸雨逐渐加重。长江以南地区,酸雨已经比较普遍,尤其是西南,全年的降雨大部分是酸度很强的酸雨。
目前所指的酸雨主要是由于二氧化硫溶解在水中所形成的硫酸。因此,它是大气二氧化硫污染的特征。在近代工业发展中,特别是由于燃料煤和石油的使用,把高浓度的二氧化硫排放到大气中。当它被氧化成三氧化硫时能与水汽生成腐蚀性很强的酸雨。
1993年,冯宗炜[3]等研究发现,酸雨除了对土壤、森林、农业、水体等生态环境有诸多不利影响外,还会损毁建筑物表面,危害人体健康,影响社会经济发展,给国民经济造成巨大的损失。
2000年,孟紫强在其主编的《环境毒理学》中论述了他们对二氧化硫引起动物和植物毒害效应的研究成果,发现不同植物对二氧化硫的敏感性不同,并对酸雨的形成及危害进行了总结,指出在中国大气二氧化硫污染比氮氧化物污染严重,所以中国酸雨属于硫酸型,且主要来自二氧化硫和三氧化硫的云下洗脱。
土壤发生酸化后失去中和能力,随之而来的就是湖泊和河流的酸化。当湖泊和河流水体的pH 值降到5 以下时,鱼类的生长繁殖就会受到严重影响。水质变酸还会进一步引起水生生态结构上的变化,耐酸的藻类、真菌就会增多,而有根植物、无脊椎动物以及两栖动物等会减少,并导致细菌对水体的有机物残体的分解速度减慢,水质因此而变坏。
酸性物质使土壤变得贫瘠。一方面硫酸淋溶了土壤中的钙、镁、钾等养分,导致土壤日益酸化、贫瘠化;另一方面酸化的土壤极大地影响了土壤微生物的活性,影响植物的生长。
酸雨沉降物对植物的破坏性作用以及森林土壤的过量酸化造成了大面积的森林生长速度降低甚至枯死。首先在原西德观察到大片森林由于酸性沉降物而受损的迹象。
酸雨可能导致癌症、肾病和先天性缺陷患者大量增加。欧洲每年因酸雨导致死亡的老年人和儿童达数千人之多,酸雨还与眼疾、结肠癌、老年痴呆等疾病的发生有关。
此外,酸雨对材料和古建筑的腐蚀也造成了巨大的经济损失。