酸雨的形成原因及其影响

酸雨的形成原因及其影响

1、酸雨的形成原因

1.1酸雨的发现

随着工业革命带来了科技的急速发展，能源的消耗日益增加，这些能源主要来自是煤，进而导致燃煤数量的日益猛增，但煤中含有杂质硫，在燃烧煤的过程中将排放酸性气体2SO ；同时燃烧产生的高温还能促使助燃的空气发生部分化学变化，促使氧气与氮气化合，也排放酸性气体x NO 。这些酸性氧化物在高空中被雨雪冲刷，溶解从而形成酸雨。1872年英国科学家史密斯分析了伦顿市雨水成份，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”的概念。

酸雨只是酸沉降中的一种，酸沉降是指大气中的酸性物质通过降水，如雨、雪、雾、冰雹等迁移到地表，或酸性物质在气流的作用下直接迁移到地表的过程，前者为湿沉降，后者为干沉降。

1.2酸雨的形成原因

酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，无机酸中绝大部分是硫酸和硝酸，从而形成硫酸型酸雨和硝酸型酸雨两种。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水气凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经过“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨，我国的酸雨是硫酸型酸雨。

酸雨的形成分为以下几个过程：

1.由污染源排放的气态2SO 、X NO 经气相反应生成42SO H 、3HNO 或硫酸盐、硝酸盐气溶胶；

2.云形成时，-24SO 和-3NO 的气溶胶粒子以凝结核的形式进入降水；

3.云滴吸收了2SO 、X NO 气体，在水相氧化形成-24SO 和-3NO ;

4.云滴成为雨滴，降落时吸收了含有-24SO 和-3NO 的气溶胶；

5.雨滴下降时吸收2SO 、X NO ，再在水相中转化成-24SO 和-3NO 。

氮氧化物以及硫氧化物是形成酸雨的主要酸性氧化物，在国外酸雨中硫酸和

硝酸之比约为2∶1，而我国降水中硫酸和硝酸之比约10:1。这说明，我国的酸雨主要是大气中的二氧化硫造成的。这与两区能源结构的差别有关：美国加强风能、太阳能、风能等可再生资源的利用，同时减少煤、石油、天然气的使用，使其大气中含硫的氧化物较少；然而中国的在风能、太阳能、风能等可再生资源的利用上普遍较低，仍然以煤、石油、天然气为主要能源，使我国大气中含硫的氧化物较多。

当前世界最严重的三大酸雨区是西北欧、北美和中国。我国酸雨分布：覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区，面积达200多万平方公里的酸雨区。

从化学角度看，大气中的酸性物质增加或碱性物质减少，或两者同时发生都将导致降水酸化。

刘帅仁等研究了大气气溶胶在云下雨水酸化过程的作用。结果表明：

1.气溶胶对雨水酸度有影响，若气溶胶的pH 值低于雨水的pH 值，则气溶胶起酸化作用；反之，则起碱化作用；但气溶胶的酸化作用强于碱化作用。

2.在一般浓度(每3cm 含103个)下，酸性气溶胶是雨水+H 的重要来源，碱性气溶胶可消耗雨水中的+H ；气溶胶对雨水-24SO 的贡献较小。

3.酸性气溶胶对雨水的酸化作用随2SO 浓度增大而减弱，而碱性气溶胶对雨水的碱化作用随2SO 浓度增大而增强；云内清除过程是雨水-24SO 的重要来源，云下气溶胶清除过程对-24SO 贡献较小。

4.3HNO 对雨水+H 的贡献比同浓度的2SO 要大几倍，气溶胶对雨水-3NO 的贡献相当于1ng/mL 3HNO 的贡献，随着3HNO 浓度的增大，气溶胶的相对贡献 迅速减少。

1.3酸雨酸性大小的影响因素

大气中二氧化碳饱和时，略呈酸性（二氧化碳在全球大气浓度为 330ml/3m ），pH 值为5.65。pH 值小于5.65的雨叫酸雨；pH 值小于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。

影响酸雨酸性的因素有很多，其中主要有三个方面。第一个方面是大气中的氨。大气中的氨（3NH ）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

释我国酸雨多发生在南方的分布状况。

第二个方面是颗粒物酸度及其缓冲能力。大气中的污染物除酸性气体

SO和

2 NO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X

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

SO氧化成酸；二是对酸起中和作

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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。目前我国大气颗粒物浓度水平普遍很高，为国外的几倍到十几倍，在酸雨研究中自然是不能忽视的。

第三个方面是天气形势的影响。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）。

就北方酸雨区而言，雨水中除含酸性物质外，还含有从空气中洗涤进来的碱性物质，如含碳酸盐的土壤扬尘、工业粉尘和天然来源的氨等。酸碱物质会发生中和反应。雨水酸度实际上是酸碱物质相平衡的结果。我国北方气候干燥，土壤多呈碱性，这些碱性土壤被风扬到空中，对雨水中的酸起中和作用。南方土壤多偏酸性，气候湿润，大气中飘尘较少，对酸的中和能力较低。酸雨发生频率一直维持在较低的水平，但自2003年开始，京津冀地区及河南部分地区的酸雨发生频率增加到20%甚至50%以上，山东省酸雨发生频率大于50%的区域面积也逐渐扩大。尤其值得注意的是，传统上为非酸雨区的北京地区近些年雨水酸化趋势十分明显。

我国西南地区酸雨严重的原因，是我国西南地区降水酸度很高，既与该区域所使用的煤中含硫量较高有关，也与该区域的地形、气象和土壤等自然地理条件有关。西南地区煤的含硫量达5%左右，并且未经任何脱硫处理品而直接使用，因此二氧化硫的排放量很高。重庆市全年的耗煤量只及北京的三分之一，但每年排放的二氧化硫量却是北京的2倍。再加上重庆和贵阳的气象条件和地形条件也不利于污染物的扩散，故大气中二氧化硫浓度很高。而且，这个地区气温高、湿度大，有利于二氧化硫转化为三氧化硫，并进一步转化为硫酸。另外，该区域土壤亦呈酸性反应，大气中碱性物质较少。所有这些条件造成了我国西南大面积强酸性降雨区。

此外自然界对酸性有一定抵御能力，如土壤中的碳酸钙，大气中的氧化钙、碳酸钙微粒（风沙天气时更多），碱性物质可与酸雨起中和作用，但超过其抵御能力，就会出现酸雨现象。由于不同的地方存在地质条件的不同，导致不同酸度的酸雨对其影响也不同。

通过对降水的多年观察，近年来也有人对pH=5.6能否作为酸性降水的界限以及判别人为污染的界限提出了异议。首先除二氧化碳外还存在着各种酸、碱性