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酸沉降是指酸性物质从大气中迁移到地表的过程.它可以分为干沉降和湿沉降两种途径。酸性降水是指通过降水(雨、雪、雾等)将大气中的酸性物质迁移到地面的过程,最常见的是酸雨。多年来国际上一直将未受污染的大气水pH的背景值5.6作为判断酸雨的界限,若降雨pH值小于5.6则称为酸雨。世界上以西欧、北美一带最为严重,我国以西南地区最为严重。
酸雨现象是大气化学过程和大气物理过程的综合效应。酸雨中含有多种无机酸和有机酸,其中绝大部分是硫酸和硝酸,一般情况下以硫酸为主。从污染源排放出来的SO2和NOx是形成酸雨的主要起始物,其形成过程为:
SO2+[O]一→SO3
SO3+H2O一→H2SO4
SO2+H2O一→H2SO3
HSO3十[O]一→H2SO4
NO+[O]一→NO2
2NO2+H2O一→HNO3+HNO2
式中[O]—一各种氧化剂。
大气中的SO2和NOx经氧化后溶于水形成硫酸、硝酸或亚硝酸,这是造成降水pH值降低的主要原因。除此以外,还有许多气态或固态物质进入大气对降水的pH值也会有影响。大气颗粒物中Mn、Cu、V等是酸性气体氧化的催化剂。大气光化学反应生成的O3和HO2·等又是使SO2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NH3以及其他碱性物质都可使降水中的酸中和.对酸性降水起“缓冲作用”。当大气中酸性气体浓度高时.如果中和酸的碱性物质很多,即缓冲能力很强.降水就不会有很高的酸性,甚至可能成为碱性。在碱性土壤地区,如大气颗粒物浓度高时.往往会出现这种情况。相反.即使大气中SO2和NO2浓度不高,而碱性物质相对较少,则降水仍然会有较高的酸性。
由此可见,降水的酸度是酸和碱平衡的结果。如果降水中酸量大于碱量,就会形成酸雨因此,研究酸雨必须进行雨水样品的化学分析,通常分析测定的化学组分有如下几种离
子阳离子有H+、Ca2+、NH+4、Na+、K+、Mg2+;阴离子有SO42-、NO3-、Cl-、HCO3-。
上述各种离子在酸雨中并非都起着同样重要的作用。下面根据我国实际测定的数据以及从酸雨和非酸雨的比较来探讨具有关键性影响的离子组分。
根据C1-和Na+的浓度相近等情况,可以认为这两种离子主要来自海洋,对降水酸度不产生影响。在阴离子总量中SO2-占绝对优势,在阳离子总量中H+、Ca2+、NH+4占
80%以上,这表明降水酸度主要是由SO42-、Ca2+、NH4+三种离子相互作用而决定的。
在我国酸雨中关键性离子组分是SO42-、Ca2+和NH4+。其中SO42-主要来自燃煤排放的SO2,而Ca2+和NH+4的来源较为复杂,既有人为因素,又有天然因素。但若以天然来源为主,则与各地的自然条件有很大关系。
酸雨的形成与酸性污染物的排放及其转化条件有关。从现有的监测数据分析,降水酸度的时空分布与大气中SO2和降水中SO2-4浓度的时空分布存在着一定的相关性。如某地SO2
污染严重,降水中SO2-4浓度就高,降水pH值就低。我国西南地区煤中含硫量高,并很少经脱硫处理.直接作为燃料燃烧,SO2排放量很高。另外该地区气温高、湿度大,有利于
SO2的转化,因而造成了大面积强酸性降雨区。
大气中的NH3对酸雨形成也相当重要。NH3是大气中唯一的常见气态碱,由于其易溶于水,能与酸性气溶胶或雨水中的酸起中和作用,从而可降低雨水的酸度。在大气中,NH3与硫酸气溶胶形成中性的(NH4)2SO4或NH4HSO4。SO2也由于与NH3反应而减少,从而避免了进一步转化成硫酸。
颗粒物酸度及其缓冲能力对酸雨的酸性也有相当影响。大气颗粒物的组成很复杂,主要来源于土地飞起的扬尘。扬尘的化学组成与土壤组成基本相同,因而颗粒物的酸碱性取决于土壤的性质。此外,大气颗粒物还有矿物燃料燃烧形成的飞灰、烟等,它们的酸碱性都会对酸雨的酸性有一定影响。
天气形势对酸雨的酸性也有影响。若某地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,酸度就减弱;反之则加重。
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