酸雨的成因是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理的現(xiàn)象.酸雨中含有多種無機(jī)酸和有機(jī)酸,絕大部分是硫酸和硝酸.工業(yè)生產(chǎn)、民用生活燃燒煤炭排放出來的二氧化硫,燃燒石油以及汽車尾氣排放出來的氮氧化物,經(jīng)過“云內(nèi)成雨過程”,即水汽凝結(jié)在硫酸根、硝酸根等凝結(jié)核上,發(fā)生液相氧化反應(yīng),形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又經(jīng)過“云下沖刷過程”,即含酸雨滴在下降過程中不斷合并吸附、沖刷其他含酸雨滴和含酸氣體,形成較大雨滴,最后降落在地面上,形成了酸雨.我國的酸雨是硫酸型酸雨.酸雨多成于化石燃料的燃燒.
硫和氮是營養(yǎng)元素.弱酸性降水可溶解地面中礦物質(zhì),供植物吸收.如酸度過高,pH值降到5.6以下時(shí),就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害.它可以直接使大片森林死亡,農(nóng)作物枯萎；也會(huì)抑制土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定,淋洗與土壤離子結(jié)合的鈣、鎂、鉀等營養(yǎng)元素,使土壤貧瘠化；還可使湖泊、河流酸化,并溶解土壤和水體底泥中的重金屬進(jìn)入水中,毒害魚類；加速建筑物和文物古跡的腐蝕和風(fēng)化過程；可能危及人體健康.
酸性雨水的影響在歐洲和美國東北部最明顯,而且被大力宣傳,但受威脅的地區(qū)還包括加拿大,也許還有加利福尼亞州塞拉地區(qū)、洛基山脈和中國.在某些地方,偶爾觀察到降下的雨水像醋那樣酸.酸雨影響的程度是一個(gè)爭論不休的主題.對湖泊和河流中水生物的危害是最初人們注意力的焦點(diǎn),但現(xiàn)在已認(rèn)識(shí)到,對建筑物、橋梁和設(shè)備的危害是酸雨的另一些代價(jià)高昂的后果.污染空氣對人體健康的影響是最難以定量確定的.
受到最大危害的是那些緩沖能力很差的湖泊.當(dāng)有天然堿性緩沖劑存在時(shí),酸雨中的酸性化合物(主要是硫酸、硝酸和少量有機(jī)酸)就會(huì)被中和.然而,處于花崗巖(酸性)地層上的湖泊容易受到直接危害,因?yàn)橛晁械乃崮苋芙怃X和錳這些金屬離子.這能引起植物和藻類生長量的減少,而且在某些湖泊中,還會(huì)引起魚類種群的衰敗或消失.由這種污染形式引起的對植物的危害范圍,包括從對葉片的有害影響直到細(xì)根系的破壞.
控制酸雨的根本措施是減少二氧化硫和氮氧化物的排放.
用以減少酸雨的各種戰(zhàn)略對策,可能每年需要幾十億美元的投資.由于耗資如此巨大,所以,至關(guān)重要的是要很好地了解涉及污染物遷移、化學(xué)轉(zhuǎn)化和歸宿的大氣過程.
酸沉降包括兩部分,即“濕”降水(如雨和雪的形式)和干沉降(氣溶膠或氣態(tài)酸性化合物的形式沉降到諸如土壤顆粒、植物葉片等表面上).以被沉降而告終的物質(zhì),往往以一種極其不同的化學(xué)形式進(jìn)入大氣.例如,煤中的硫被氧化成二氧化硫,這是它從煙囪排出的氣態(tài)形式.隨著它在大氣中運(yùn)動(dòng),便慢慢被氧化,并與水反應(yīng)生成硫酸——這是它可能被沉降在下風(fēng)向數(shù)百英里處的形式.
氮氧化物的生成、反應(yīng)以及最終從大氣中脫除所經(jīng)歷的路線也是非常復(fù)雜的.當(dāng)?shù)獨(dú)夂脱鯕庠诎l(fā)電廠、在民用爐灶和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)中的高溫下加熱時(shí),生成一氧化氮(NO),再與氧化劑反應(yīng)生成二氧化氮(NO2),最終生成硝酸(HNO3).全球氮氧化物衡算——它們來自何方及它們?nèi)ネ畏降亩抗烙?jì)值仍然相當(dāng)不確定.
可以容易地看到,在我們徹底了解各種不同化學(xué)形式的氮、硫和碳的生物地球化學(xué)循環(huán)以及這些化學(xué)物種的全球來源與歸宿之前,將難以滿懷信心地選擇空氣污染控制戰(zhàn)略.大氣化學(xué)和環(huán)境化學(xué)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)更清潔、更有益健康的環(huán)境的核心.發(fā)展空氣中痕量化學(xué)物種的可靠測定方法、重要大氣反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)、和發(fā)現(xiàn)可用以減少污染物排放的、新的、更有效的化學(xué)工藝,這些就是未來10年中必須受到國家承諾的目標(biāo).