酸雨是指降水酸堿度（pH 值）小于5.6 的大氣降水，主要是由于人為向大氣中排放大量酸性物質(zhì)所造成的，包括雨、雪、霜、霧、露等各種降水，又稱為酸性濕沉降。分為硝酸型酸雨、混合型酸雨、硫酸型酸雨。酸雨是大氣污染的一種表現(xiàn)，有些國(guó)家稱之為“空中死神”。
“酸雨”一詞最早是由英國(guó)化學(xué)家史密斯于 1872年提出，他在 《空氣和降雨：化學(xué)氣候?qū)W的開端 》一書中首次提出 “酸雨”這一術(shù)語(yǔ)。一般認(rèn)為大氣降水與酸性氣體平衡時(shí)的酸度pH為5.6是降水天然酸度。由于火山噴發(fā)、高空閃電及人類大量使用煤、石油等化石燃料，其產(chǎn)生的硫氧化物或氮氧化物進(jìn)入大氣層被氧化，并溶于水汽，形成雨、霧等形式的pH小于5.6的降水，即酸雨。
全球三大酸雨區(qū)是：歐洲、北美和東亞。中國(guó)酸雨區(qū)主要分布在長(zhǎng)江以南、青藏高原以東及四川盆地等廣大地區(qū)。中國(guó)的酸雨主要因大量燃燒含硫量高的煤而形成的，多為硫酸雨，少為硝酸雨，此外，各種機(jī)動(dòng)車排放的尾氣也是形成酸雨的重要原因。
酸雨已成為一個(gè)全球性的環(huán)境問題。它不僅會(huì)腐蝕建筑物和雕像，更會(huì)嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致土壤酸化，影響植物生長(zhǎng)與農(nóng)作物存活；還會(huì)改變水體酸堿度，危害水體生物系統(tǒng)。從而危害人體健康，并對(duì)日常生活與生產(chǎn)活動(dòng)構(gòu)成廣泛而持續(xù)的影響。
概述
酸雨是pH值小于5.6的大氣降水，20世紀(jì)50年代以前，世界上降水的PH一般大于5.0，少數(shù)工業(yè)區(qū)曾降酸雨。60年代起，隨著礦物燃料消耗的增多，空氣狀況急劇惡化，越來越多的地區(qū)降水的PH降到5.0以下，形成歐洲、北美和東亞三大酸雨區(qū)，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重傷害。20世紀(jì)70年代以后，中國(guó)出現(xiàn)大范圍酸雨，80年代中后期加重。中國(guó)對(duì)酸雨的研究始于20世紀(jì)80年代初，中國(guó)約1/3的國(guó)土受到酸雨污染，是繼歐洲和北美之后的世界第三大酸雨區(qū)，同時(shí)也是東亞酸雨區(qū)的一部分。
研究歷史
早在17世紀(jì)，英國(guó)作家、博物學(xué)家J.伊夫林(John Evelyn) 就將城市中酸性大氣與石灰?guī)r和大理石的腐蝕聯(lián)系到一起。工業(yè)革命以后，二氧化硫和氮氧化物的排放持續(xù)增加。1852年，英國(guó)化學(xué)家R.A.史密斯(Robert Angus Smith)首次提出英國(guó)曼徹斯特地區(qū)的雨和大氣污染物之間的關(guān)系。1872年，他出版著作《空氣和雨: 化學(xué)氣候?qū)W的開端》 (Air and Rain: TheBeginnings of Chemical Climatology) ，并在其中首次提出了“酸雨”的概念。然而，酸雨概念提出早期并未受到足夠關(guān)注。直到20世紀(jì)60年代，瑞典化學(xué)家S.奧丁 (Svante Odin) 在斯的納維亞地區(qū)建立地表水化學(xué)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，用觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，酸雨是歐洲許多地區(qū)的大尺度現(xiàn)象，有明確的源排放地區(qū)和沉降區(qū)，并且可導(dǎo)致毒物從土壤瀝出，降低魚類種群和森林生長(zhǎng)。此后，對(duì)酸雨相關(guān)的科學(xué)研究逐漸進(jìn)入高潮，發(fā)現(xiàn)世界上除了歐洲之外，還有北美洲及東亞等主要酸雨區(qū)。
酸雨的形成
發(fā)生機(jī)理
酸雨是工業(yè)高度發(fā)展而出現(xiàn)的副產(chǎn)物，酸雨的形成過程相當(dāng)復(fù)雜，與地形、氣候、土壤的敏感度、工業(yè)結(jié)構(gòu)及能源的開發(fā)利用密切相關(guān)。包括一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，形成酸雨的物質(zhì)有硫氧化物、氮氧化物、氣溶膠等。按其來源大致可分為兩類:
①自然物質(zhì)。如火山噴發(fā)出大量的硫化物、動(dòng)植物分解產(chǎn)生有機(jī)酸二甲硫醚及氮化物等，由于是弱酸性，所以對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)不成太大的威脅。②人為物質(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)、民用生活燃燒煤和石油等燃料，產(chǎn)生大量的硫氧化物及氮氧化物，被空氣中的氧氣氧化后再與空氣中的水蒸氣結(jié)合生成硫酸和硝酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)，使得雨水的pH值降低，最后降落到地面形成所謂的酸雨。
化學(xué)過程
酸雨中含有多種無機(jī)酸和有機(jī)酸，其中絕大部分是硫酸和硝酸。多數(shù)情況下，以硫酸為主，從污染源排放出來的 SO2和NOx是形成酸雨的主要起始物，其形成過程為：
SO2＋［O］ → SO3
SO3＋H2O→ H2SO4
SO2＋H2O→H2SO3
H2SO3＋［O］→H2SO4
NO＋［O］ → NO2
2NO2＋H2O→HNO3＋HNO2
式中，［O］為各種氧化劑。大氣中的SO2和ＮＯ經(jīng)氧化后溶于水形成硫酸、硝酸和亞硝酸，是造成降水pH值降低的主要原因。
基本類型
酸性沉降可分為濕沉降與干沉降兩大類。濕沉降是指所有氣狀污染物或粒狀污染物，隨著雨 、雪 、霧或雹等降水形態(tài)而落到地面者；干沉降是指在不下雨的日子，從空中降下來的落塵所帶的酸性物質(zhì)而言。酸雨為酸性沉降中的濕沉降，分為硝酸型酸雨、混合型酸雨、硫酸型酸雨。中國(guó)屬于典型的硫酸型酸雨。
（2）混合型：0.5<硫酸根/硝酸根<3.0
（3）硫酸型或燃煤型：硫酸根/硝酸根≥3
大氣中還有許多氣態(tài)或固態(tài)物質(zhì)對(duì)降水的pH也會(huì)有影響。石灰中的氧化鈣，土壤中的碳酸鈣，天然和人為來源的NH3以及其它堿性物質(zhì)都可使降水中的酸中和，對(duì)酸性降水起緩沖作用。酸雨中關(guān)鍵性離子組分是 SO?2?、Ca2?和NH?+。作為酸指標(biāo)的是SO?2?，其來源主要是燃燒排放的SO2。作為堿指標(biāo)的是 Ca2?和NH?+離子，既有人為來源，也有天然來源，一般天然來源是主要的，這也可以在一定程度上解釋酸雨區(qū)域分布的原因。
分布區(qū)域
目前全球已形成三大酸雨區(qū)：一個(gè)是以德、法、英等國(guó)為中心，波及大半歐洲的北歐酸雨區(qū)；一個(gè)是包括美國(guó)和加拿大在內(nèi)的北美酸雨區(qū)。這兩個(gè)酸雨區(qū)降水的pH小于 5，有的甚至小于 4。由于二氧化硫和氮氧化物的排放量逐漸增多，中國(guó)已成為繼北歐和北美之后的世界第三大酸雨區(qū)。
中國(guó)酸雨區(qū)主要分布在東北地區(qū)東南部、華北大部、西南和華南沿海地區(qū)及新疆北部地區(qū)，大體呈東北西南走向。在歐、美、亞世界三大酸雨區(qū)中，中國(guó)的強(qiáng)酸雨區(qū)面積最大，長(zhǎng)江以南地區(qū)是強(qiáng)酸雨中心。中國(guó)降水酸度和頻率有明顯的季節(jié)變化，總的趨勢(shì)是冬春季pH值低，夏秋季pH值高，特別在中國(guó)南方地區(qū)尤為明顯。中國(guó)降水化學(xué)組成目前仍屬硫酸型，但正在向硫酸一硝酸混合型轉(zhuǎn)變。
危害
對(duì)土壤的危害
酸雨使土壤中的鈣、鎂、鉀和鈉等營(yíng)養(yǎng)元素被淋溶，導(dǎo)致土壤日益酸化、貧瘠化，無法耕種。酸化的土壤影響微生物的活性，進(jìn)而抑制土壤中有機(jī)化合物的分解和氮的固定。
對(duì)水生生態(tài)的危害
酸雨可使湖泊、河流等地表水酸化，污染飲用水源。水質(zhì)變酸還會(huì)引起水生生態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化，魚類會(huì)減少甚至絕跡。酸化水體已在加拿大、美國(guó)東部和瑞典、挪威南部大面積出現(xiàn)，中國(guó)西南地區(qū)也出現(xiàn)酸化水體。
對(duì)植物的危害
酸雨對(duì)農(nóng)作物危害相當(dāng)大，使農(nóng)作物根、莖、葉受傷害，造成農(nóng)作物產(chǎn)量降低。受到酸雨侵蝕的綠植，葉綠素含量降低，光合作用受阻，嚴(yán)重的可使葉片失綠變黃并開始脫落，導(dǎo)致森林生長(zhǎng)速度降低。
對(duì)材料和文物古跡的危害
酸雨加速許多用于建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、水壩、工業(yè)裝備、供水管網(wǎng)及通信電纜等的材料腐蝕，酸雨能使非金屬建筑材料（混凝土、砂漿和灰砂磚）表面硬化水泥溶解，出現(xiàn)空洞和裂縫，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，從而損壞建筑物。還能嚴(yán)重?fù)p害文物古跡、歷史建筑及其他重要文化設(shè)施。
對(duì)人體健康的危害
人體通過呼吸道和皮膚等途徑吸收酸雨可導(dǎo)致一系列健康疾病。酸雨主要通過三種方式影響人類健康：（1）經(jīng)呼吸道吸入硫和氮的氧化物，引起呼吸道疾病。（2）經(jīng)皮膚沉積而吸收。（3）來自地球表面微量金屬的毒性作用，如鉛、汞、鋁等。
直接危害：實(shí)驗(yàn)室研究表明，酸雨對(duì)呼吸道中起主要防御功能的細(xì)胞有重要損傷作用，其后果將會(huì)使呼吸道感染，肺腫瘤的發(fā)生機(jī)會(huì)大大增加，甚至?xí)T發(fā)癌癥。
間接危害：酸雨通過對(duì)土壤、水生生態(tài)和植物等的危害，使土壤中的重金屬溶出，在植物和水體中積累，造成污染，最終經(jīng)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物和人體內(nèi)，對(duì)人體健康造成間接危害。
防治措施
酸雨防治的政策和國(guó)際協(xié)作
酸雨問題是一個(gè)全球性問題，1979年33個(gè)國(guó)家簽訂了遠(yuǎn)距離跨界大氣污染公約(LRTAP)，這一公約為簽約國(guó)建立了一個(gè)框架，使他們?cè)诳蚣軆?nèi)認(rèn)識(shí)到跨界污染所引發(fā)的問題，并且接受了采取適當(dāng)措施的責(zé)任。然而LRTAP一直沒有采取實(shí)質(zhì)性的措施來減少酸雨污染。1985年各國(guó)在LRTAP協(xié)定下簽訂了兩份議定書：削減硫排放議定書(第一份硫議定書)和1988年在索非亞簽訂的穩(wěn)定NOx排放議定書。各國(guó)逐漸開始致力于削減各種酸性污染物的排放，采取了一系列的措施削減來自畜牧業(yè)的氨排放等。
1990年美國(guó)國(guó)會(huì)啟動(dòng)了酸雨計(jì)劃（ARP）。1985年，加拿大建立了酸雨控制計(jì)劃，要求將S02的排放量在1980年的水平上降低40％。1991年，美國(guó)和加拿大簽署了加拿大——美國(guó)大氣質(zhì)量協(xié)議(AQA)，正式開始了對(duì)酸雨問題的合作。1998年10月，加拿大聯(lián)邦、省及地方能源與環(huán)境部長(zhǎng)簽署了加拿大跨越2000酸雨策略(The Canada—Wide Acid Rain Strategy for Post一2000)。該策略的主要長(zhǎng)期目標(biāo)是“滿足加拿大酸沉降的環(huán)境臨界值”，直到對(duì)水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)不再構(gòu)成危害。
進(jìn)入20世紀(jì)90年代，歐美各國(guó)由于多年來簽署的各項(xiàng)協(xié)議的實(shí)施，SO2排放量得以削減，酸雨和酸沉降的威脅趨于緩和，而亞洲各國(guó)由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染物排放量急劇增加，酸雨污染越來越嚴(yán)重。為了有效解決亞洲地區(qū)所出現(xiàn)的環(huán)境問題，從1992年開始，在亞洲地區(qū)啟動(dòng)了“亞洲酸雨及其減排”項(xiàng)目。
中國(guó)針對(duì)酸雨惡化的趨勢(shì)，1992年經(jīng)過國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)在部分省市進(jìn)行征收工業(yè)燃放二氧化硫排污費(fèi)試點(diǎn)工作。在中國(guó)的工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中，也逐步制定了二氧化硫排放限值。對(duì)推動(dòng)酸雨的污染治理起了積極的作用，為進(jìn)一步遏制酸雨和SO2污染的發(fā)展，1995年 8月全國(guó)人大常委會(huì)通過了新修訂的 《大氣污染防治法 》，專門在全國(guó)范圍內(nèi)制定酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)。2002年國(guó)務(wù)院批復(fù)的《關(guān)于兩控區(qū)酸雨和二氧化硫污染防治“十五”計(jì)劃 》明確提出了 “兩控區(qū) ” 對(duì)酸雨和SO2污染重點(diǎn)治理。
具體防治措施
1、對(duì)燃煤技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，減少燃煤過程中二氧化硫和氮氧化物的排放量。
2、使用原煤脫硫技術(shù)。原煤脫硫可以除去燃煤中大約40%-60%的無機(jī)硫，減少二氧化硫排放。
3、優(yōu)先使用含硫較低的天然氣或低硫煤等。
4、對(duì)燃燒過程中形成的煙氣排放之前進(jìn)行脫硫處理，以減少燃料燃燒后的二氧化硫的排放。煙氣脫硫效果雖好但成本高，這也成為治理酸雨的主要困難之一。
5、改變能源結(jié)構(gòu)，加速發(fā)展清潔能源，淘汰高耗能、高污染行業(yè)。盡可能使用清潔能源，少用煤。大力發(fā)展城市燃?xì)?天然氣、液化石油氣)，積極開發(fā)水能、核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿葷崈裟茉础?/p>
6、還可通過脫硫和脫硝技術(shù)改善交通環(huán)境、控制汽車尾氣、減少二氧化硫和氮氧化物的排放。
7、完善環(huán)境法規(guī)，建立激勵(lì)和約束機(jī)制，制定酸雨氣體排放標(biāo)準(zhǔn)，推行征收二氧化硫排污費(fèi)制度。
8、建立公眾參與機(jī)制，倡導(dǎo)綠色消費(fèi)出行等。盡量乘坐公共交通工具，少開車，減少?gòu)U氣排放。
等級(jí)
《酸雨和酸雨區(qū)等級(jí)》從規(guī)范氣象行業(yè)酸雨觀測(cè)及服務(wù)業(yè)務(wù)的角度出發(fā)，參考了國(guó)內(nèi)外常見的酸雨污染程度習(xí)慣性劃分方式和稱謂，結(jié)合中國(guó)氣象局酸雨觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)分析、業(yè)務(wù)產(chǎn)品制作和技術(shù)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提出了酸雨、酸雨頻率和酸雨區(qū)等級(jí)的劃分指標(biāo)體系。
該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，酸雨是降水酸堿度（pH 值）小于5.6 的大氣降水，酸雨區(qū)是平均降水 pH 值小于 5.6的地區(qū)。按照日降水 pH 值作為酸雨等級(jí)劃分指標(biāo)體系的基礎(chǔ)，將酸雨劃分為較弱酸雨、弱酸雨、強(qiáng)酸雨和特強(qiáng)酸雨；按照單站某一時(shí)段（月、季、年）內(nèi)酸雨頻率，將酸雨頻率劃分為酸雨偶發(fā)、酸雨少發(fā)、酸雨多發(fā)、酸雨頻發(fā)和酸雨高發(fā)；由區(qū)域內(nèi)全部單站（月、季、年）平均降水 pH 值作為酸雨區(qū)等級(jí)劃分指標(biāo)體系的基礎(chǔ)，用插值方法計(jì)算得到（月、季、年）平均降水 pH 值的空間分布，將酸雨區(qū)劃分為較輕酸雨區(qū)、輕酸雨區(qū)、重酸雨區(qū)、特重酸雨區(qū)。
《酸雨和酸雨區(qū)等級(jí)》的應(yīng)用，對(duì)于氣象科研與業(yè)務(wù)、大氣環(huán)境與生態(tài)保護(hù)、環(huán)境保護(hù)政策制定、環(huán)境外交、公眾健康水平提高等具有積極作用。
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