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第9章 将酸雨“绳之以法”(1)

森林被毁了,动物在哭泣;湖水变酸了,鱼儿在哭泣;文物被腐蚀了,历史在流泪;庄稼遭殃了,农民伯伯欲哭无泪。凶手都是同一个,它就是酸雨。现在这个凶手依然逍遥法外,并且作的案越来越多,为了世界充满欢笑,我们一定将酸雨“绳之以法”。

§§§第一节你知道酸雨吗

从 20世纪 50年代开始,酸雨的威力逐渐显现,可是那时候人们根本没有在意它,随着时间的推移,酸雨的影响越来越大,连鲜有人至的南北极都有了酸雨的身影,死神在不知不觉中向我们走来。

土壤酸化

1.美国大湖为什么变酸了

本世纪 50年代中期美国科学家勒姆发现酸雨可导致湖泊和土壤酸化,即酸雨可形成灾难,但是此成果未能被世人重视。

2.欧洲大面积酸雨

20世纪 60年代,欧洲建立了欧洲大气化学监测网,继而发现 pH值低于 4.0的酸雨地区,集中于地势较低的地区,如荷兰,丹麦,比利时等。瑞典科学家奥登研究了欧洲的气象和降水,湖水,土壤的化学变化,证实欧洲大陆存在着大面积酸雨,是洲级区域环境问题。

3.跨国界的大气污染

1972年,瑞典政府给联合国人类环境会议提出报告《穿过国界的大气污染:大气和降水中硫的影响》,引起各国政府关注,1973~ 1975年欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究,证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域,几乎北美有 2/3陆地面积受到酸雨威胁,甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧,也出现酸雨。再后,东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟且长年冰封雪盖的格陵兰岛,给冰层打钻,取出 180年前的冰块,与现在的酸度相比,酸度增长了 99倍。至此世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。

4.酸雨现象正在发展

1986年 5月,在肯尼亚首都内罗毕召开的第三世界环境保护国际会议上,专家们认为,酸雨现象正在发展,它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。

5.南极和北极也有酸雨

地球的南极和北极,终年冰雪,罕见人至,但 20世纪 80年代,挪威科学家在北极圈内大面积地区都测到酸雨(酸雪)。哪儿来的?他们认为是前苏联南部工业区排放的大气酸性物质,随气流飘过,几千千米飘移到此地。后来在南极地区也有人曾收集到 pH为 5.5的酸性降水。这些酸性降水所含的酸性物质,可能来自更远的距离。看来,酸雨不但没有国界,也没有洲界。

6.中国南极长城站测到酸雨

1998年上半年,中国南极长城站八次测得南极酸性降水,其中一次 pH值为5.46。有趣的是, 当刮偏南风或偏东风时, 南极大陆因为没有人为排放,大气是新鲜的,所以测得降水都接近于中性;当刮西北风时,来自南美洲和亚太地区的大气污染物将吹到中国南极站所处的南极半岛,遇到降水,形成酸雨。这说明 :南极也不是净土。

7.从酸雨到毒雪

酸雨给人类敲响了警钟。90年代科学家又在冰雪世界的南极和北极收集到了含有有毒农药成分的毒雪。毒雪形成与酸雨或酸雪形成过程极为相似。也是人类活动,使用人造的农药到田间,杀虫增产,但农药却进入了环境中;也是通过大气远程传输;在高空中,污染物被雨雪冲刷;最终降落地面,危害人类。由酸雨,发展到毒雪,如此严重的环境恶化趋势,能不令人类反省吗?

8.苏州市区 10场雨 7场是酸雨

2013年 6月苏州环保部门的监测数据显示,市区降水 pH值范围在3.43~ 7.95之间,pH年均值4.75,酸雨发生频率为 70.7%,酸雨发生频率比上年提高 23.0个百分点。吴江区及四市(县)城区降水 pH年均值在5.31(常熟)~5.83(张家港)之间,常熟、昆山和太仓劣于酸雨临界值 5.60;单次降水 pH最小值为4.17,出现在常熟。各地年酸雨发生频率范围在 11.9%(张家港)~ 43.9%(昆山)之间。按酸雨发生频率由高到低依次为:昆山、常熟、太仓、吴江、张家港。与上年相比,除常熟酸雨发生频率有所下降外,其余各地均有所上升。

在大多数老百姓的印象中,空气质量好转了,酸雨也应该减少,那为什么酸雨发生频率还在增加呢?环保专家表示,酸雨是由空气中的二氧化硫、氮氧化物碰到雨水后形成的。工业、企业密集,燃煤总量居高不下,由此造成空气中的二氧化硫含量持续居高不下。同时,氮氧化物没有列入减排计划,因此近年来苏州氮氧化物含量增加,另外,机动车尾气排放也是造成氮氧化物含量增加的一大元凶,截至 2012年年底,苏州汽车保有量达到了 240万辆,其中私家车更是以每年 20%的速度在增加。环保监测数据显示:苏州市区环境空气二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物浓度年均值分别为 0.030毫克 /立方米、0.049毫克 /立方米、0.079毫克 /立方米。

大气受到污染的一个很重要表现就是酸雨。为什么被称为“酸雨”呢? 因为所降的雨水是呈酸性的。它已经严重破坏了人类赖以生存的环境,同时也危机了人类的身体健康。 在正常的雨雪降落过程中,空气中的二氧化碳会溶入其中形成碳酸,并呈现出一定的弱酸性。此时,降水的 PH值可达5.6。但这是正常的现象,与我们通常所说的酸雨不同。

我们这里所说的酸雨指的是受人类活动的影响,使得 pH值降低至 5.6以下的酸性降水。随着经济的不断发展和工业化程度不断提高,酸雨不断酸雨对自然界的危害巨大。

古代的雨雪酸度没有记载,对大约 180年前的格陵兰岛积冰的测定表明,那时降雪的 pH值为 6~ 7.6之间。

在 20世纪 50年代以前,世界上降水的 pH值一般都大于 5,酸雨只出现在少数工业区内。从 20世纪 60年代开始,由于工业化程度不断提高,工业企业所燃烧的燃料不断增多,使得一些工业发达地区,如北欧南部和北美东部降水的 pH值降到 5以下,这种降水的范围不断扩大,破坏了生态系统,影响了人们的正常生活。

最早使用“酸雨”这一术语的是英国科学家史密斯。在 1872年,通过分析了伦敦市雨水成分,他发现:伦敦市雨水呈酸性,而农村的降雨含碳酸铵,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。后来在《空气和降雨:化学气候学的开端》中,史密斯指出是燃煤和有机物分解等因素影响了降水的化学性质,并且也说明了酸雨对植物和材料是有害的,其有着很大的破坏性。

在 20世纪 50年代中期,作为美国的一名水生生态学家,戈勒姆开展了大量的研究工作,他揭示了降水的酸度与湖水和土壤酸度有密切的关系,并指出降水酸度是二氧化硫造成的。空气中的二氧化硫主要是由矿物燃料燃烧和金属冶炼排出的。然而,他的研究成果并没有受到重视。

在 20世纪 50年代初,北欧国家瑞典和挪威的渔业减产现象严重,但找不到原因所在。直到 1959年,挪威科学家才揭示出是酸雨导致渔业减产。那酸雨是怎样产生的呢?原来欧洲大陆的工业是罪魁祸首。欧洲大陆工业排放大量酸性气体,随高空气流飘到北欧,在雨雪的冲刷之下,形成酸雨。这些酸雨导致湖泊酸化,渔业减产,经济损失严重。

在 20世纪 60年代,欧洲建立了欧洲大气化学监测网,通过检测发现pH值低于 4.0的酸雨地区,主要集中在荷兰、丹麦、比利时等地,这些国家的地势都比较低。首先对湖沼学、农学和大气化学的有关记录进行了综合研究的是瑞典土壤学家奥登,他发现酸性降水并不是一个地区的现象,而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。通过研究,奥登证实了欧洲大陆存在大面积酸雨,并且认为“酸雨问题是洲级区域环境问题”。

在 1972年,《穿越国界的大气污染:大气和降水中的硫对环境的影响》,引起各国政府关注。它是瑞典政府向联合国人类环境会议提出的一份报告。在后来的三年中,欧洲经济合作与发展组织对酸雨开展了专项研究,证实整个西北欧几乎被酸雨覆盖。同时,在美国东北部和与加拿大交界地区也发现大面积酸雨区域,北美的大部分陆地面积受到酸雨威胁。此外,酸雨也出现在美国夏威夷群岛的迎风一侧。随后,相关的调查资料显示,日本、韩国等也遭受了大面积酸雨的侵蚀。与过去相比,就连冰层的酸度也在不断上升。同时,世界各国关于生态环境的研讨会也在如火如荼地进行,得出的一致结论是,酸雨的危害是全球性的,是一种有着严重危害性的环境污染问题。

判断某个地区受酸雨污染的程度,会有一些相应的指标,酸雨率就是其中一个。对于一个地区而言,一年之内可降若干次雨,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除以降雨的总次数。其最低值为 0,最高值为100%。如果有降雪,当以降雨视之。有时,一个降雨过程可能持续几天,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除以全年降水过程的总次数。

根据一个地区的酸雨率,以及年均降水 pH值的大小,可以判断一个地区是否为酸雨区,以及受酸雨污染的严重程度。某地收集到酸雨样品,并不能说明该地区即为酸雨区,因为一年中可能有数十场雨,某场雨可能是酸雨,某场雨可能不是酸雨,所以要看年均值。我国目前划分酸雨区使用的是“五级标准”,即年均降水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。

我国目前主要有三大酸雨区,包括:

(1)华中酸雨区。目前它已成为全国酸雨污染范围最大、中心强度最高的酸雨污染区。

(2)西南酸雨区。它是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。华东沿海酸雨区。它的污染强度低于华中、西南酸雨区。

为了控制酸雨污染,将一些地区确定为酸雨控制区;为了控制造成酸雨污染的二氧化硫气体排放,将一些地区确定为二氧化硫控制区。酸雨控制区和二氧化硫控制区就是环境保护术语中经常提到的两控区。

酸雨控制区应包括酸雨污染最严重地区及其周边二氧化硫排放量较大地区。有关研究结果表明,降水 pH值≤ 4.9时,将会对森林、农作物和材料产生损害。西方发达国家多将降水:pH值≤ 4.6作为确定受控对象的指标。在我国酸雨污染较严重的区域内,包含一些经济落后的贫困地区,这些地区目前:还不具备严格控制二氧化硫排放的条件。基于上述考虑,并结合我国社会发展水平和经济承受能力,确定酸雨控制区的划分基本条件为(国家级贫困县暂不划入酸雨控制区):

(1)现状监测降水 pH值≤4.5。

(2)硫沉降超过临界负荷。

(3)二氧化硫排放量较大的区域。

我国二氧化硫污染主要集中于城市,污染的主要原因是局地大量的燃煤设施排放二氧化硫所致,受外来源影响较小,控制二氧化硫污染主要是控制局部地区的二氧化硫排放源。二氧化硫年平均浓度的二级标准是保护居民和生态环境不受危害的基本要求,而二氧化硫日平均浓度的三级标准是保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。因此,二氧化硫污染控制区的划分基本条件确定为:

酸雨中含有多种无机酸和有机酸,绝大部分是硫酸和硝酸,大多数情况下以硫酸为主。美国测定的酸雨成分中,硫酸占 60%,硝酸占32%,盐酸占6%,其余是碳酸和少量有机酸。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,二氧化硫和氮氧化物可以是当地排放的,也可以是从远处迁移来的。

1.酸雨的形成过程

现代工农业和交通排放大量的、种类繁多的污染物到空气中,其中,煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的二氧化硫,通过气相或液相氧化反应生成硫酸。高温燃烧生成氧化亚氮,排入大气后大部分转化成为二氧化氮,遇水生成硝酸和亚硝酸。

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,对酸雨的形成也会产生影响。大气颗粒物中的铁、铜、镁、钒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气以及其他碱性物质可与酸反应而使酸中和。

酸雨中含有一定浓度的盐类,来自于降水过程中被冲刷的正漂浮在大气中的酸碱物质。此种盐类的成分与该地区的排放源性质有关,有点像反映地区排放特点的“指纹”,被称做降水化学。我国南方降水化学中硫酸根浓度较高,平均是德国的4.5倍,美国的 5.5倍;硫酸根与硝酸根之比是德国的 7.0倍,我国南方酸雨属于硫酸型的,主要由煤烟型大气污染造成;美国和德国降水是硝酸型的,主要由汽车尾气型大气污染造成。

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