酸雨：它的形成方式，组成，反应和作用 - 环境 - 2025

的酸雨是其中产生的pH值低于5.6的物质的湿或干沉淀。这种沉淀可以是湿的（在雨水中稀释）或干的（颗粒或气溶胶沉积）。

“酸雨”一词最早由英国研究人员罗伯特·安格斯·史密斯（Robert Angus Smith）于1850年工业革命中期提出。大气中形成的最丰富的酸是自然或人工污染物氧化产生的硝酸和硫酸。

酸雨地图。资料来源：Alfredsito94

最相关的污染物是氧化物：NO2，NO3，SO2，其天然来源是火山喷发，森林大火和细菌降解。人工来源是燃烧化石燃料产生的气体排放（工业活动和汽车交通）。

酸雨会对环境造成负面影响，例如土壤和水的酸化，影响包括人类在内的生物。另外，土壤和水被重金属污染，水体富营养化。

在植被水平上，叶片直接受到损害，并影响植物的生长。此外，土壤酸化会固定养分并影响菌根（土壤真菌）。同样，暴露于这些元素的建筑物，机械，古迹和艺术品会因沉淀酸的作用而严重氧化或腐蚀。

为了补救酸雨的影响，可以采取一些基本措施，例如保护古迹和纠正土壤和水的酸化。但是，酸雨的基本解决方案是减少作为酸形成前体的化合物向大气中的排放。

酸雨是如何形成的？

PDVSA位于库拉索的炼油厂的SO2排放导致的酸雾。资料来源：HdeK

化学前体

酸雨现象始于化合物的排放，这些化合物是形成酸的前体。这些化合物可通过天然或人工来源释放。

自然资源包括火山喷发，植被大火和海洋排放物。当人造源产生工业排放物时，燃烧的汽车排放物或废物燃烧。

这些来源会释放出各种化合物，这些化合物会在大气中产生酸。但是，最重要的是氮氧化物和硫氧化物。

氮氧化物被称为NOx，包括二氧化氮（NO2）和一氧化二氮（NO）。就其本身而言，氧化硫是SO2或二氧化硫。

对流层过程和产生的酸

酸雨现象发生在对流层（从地球表面到16 km高的大气带）。

在对流层中，气流可以将这些化合物携带到地球的任何部分，这成为一个全球性问题。在此过程中，氮氧化物和硫氧化物与其他化合物相互作用，分别形成硝酸和硫酸。

反应支持

可以对悬浮液中的固体颗粒或悬浮液中的水滴进行化学反应。

硝酸由于在水中的溶解度低而主要在气相中形成。就硫酸而言，它更易溶于水，是酸雨的主要成分。

硝酸

为了形成硝酸（HNO3），氮氧化物会与水，自由基（例如OH）（在较小程度上与HO2和CH3O2）或对流层臭氧（O3）反应。

硫酸

在生产硫酸（H2SO4）的情况下，OH，HO2，CH3O2，水和臭氧等自由基也参与其中。另外，它可以通过与过氧化氢（H2O2）和各种金属氧化物反应而形成。

碳酸

H2CO3是通过二氧化碳与大气水的光化学反应形成的。

盐酸

HCl仅占酸雨的2％，其前体是甲基氯（ClCH3）。该化合物来自海洋，被OH自由基氧化形成盐酸。

沉淀

一旦形成酸性化合物（硝酸或硫酸，以及程度较小的盐酸），它们就会沉淀。

沉淀可以通过沉积其中已在气相中发生酸化反应的悬浮颗粒来进行。另一种方法是使冷凝水在形成酸的雨中沉淀。

组成

雨水的自然酸度接近于5.6的pH值，尽管在一些未污染的地区其值为5.这些低pH值与自然来源的酸的存在有关。

据认为，根据pH值的不同，降雨可分为：

a）弱酸性（pH在4.7和5.6之间）

b）中酸性（pH在4.3和4.7之间）

c）强酸（pH等于或小于4.3）。

如果雨中硝酸盐的浓度> 1.3 mg / L，硫酸盐的浓度> 3 mg / L，则认为污染程度很高。

在三分之二以上的案例中，硫酸是由酸雨引起的，其次是硝酸。可能有助于雨水酸度的其他成分是盐酸和碳酸。

酸雨的化学反应

硫酸（H2SO4）的形成

硫酸的产生可以在气相或液相中进行。

气相

气相中只有3-4％的SO2被氧化生成硫酸。由气态前体形成硫酸的途径很多，此处显示了SO2与对流层臭氧的反应。

该反应分为两个阶段：

1.-二氧化硫与对流层臭氧反应，生成三氧化硫并释放出氧气。

SO2 +氧气= SO3 +氧气

2.-然后三氧化硫被水蒸气氧化并生成硫酸。

SO3 + H2O = H2SO4

液相

在将形成雨水的水滴中，硫酸可以通过几种方式产生：

1.- SO2溶于水中生成亚硫酸，并被过氧化氢氧化：

SO2 + H2O = H2SO2

H2SO2 + H2O2 = H2SO4 + H2O

2.-光催化机理：在这种情况下，金属氧化物颗粒（铁，锌，钛）由于日光的作用而被活化（光化学活化）并氧化生成硫酸的SO2。

硝酸（HNO3）的形成

对流层臭氧O3通过三个阶段的过程将NO2转化为HNO3：

1.- NO2 + O3 = NO3 + O2

2.- NO3 + NO2 = N2O5

3.- N2O5 + H2O = 2HNO3

对环境的影响

酸雨的影响在捷克共和国的Jizera山的森林里。资料来源：Lovecz

土壤酸化及其对植被的影响

酸雨对土壤的影响因土壤成分而异。例如，钙质，玄武质和火成岩来源的土壤具有更大的中和酸度的能力。

就其本身而言，富含石英作为惰性材料的土壤无法调节酸含量。因此，在酸雨增加酸度的土壤中，对植物和动物有毒的金属离子被释放并带走。

一个相关的案例是铝硅酸盐的溶解，它释放出对植物非常有害的铝离子。

通常，土壤的酸度会降低植物养分的利用率。此外，它促进钙的释放和洗涤，这会导致植物缺乏。

对含水层和人类健康的影响

在大多数情况下，酸雨的外观或味道与普通雨并无不同，也不会在皮肤上产生感觉。它对人体健康的影响是间接的，并且由于极度的酸性而很少引起皮肤损害。

酸雨的问题之一是，通过降低5以下的pH值，重金属被释放并带走。这些污染物（例如铝和镉）可以进入地下蓄水层。

如果这些被污染的含水层中的水进入用于人类消费的井中，则会严重损害健康。

建筑物，古迹和材料的劣化

石像鬼被酸雨损坏。资料来源：Nino Barbieri

钙质结石

用石灰石或大理石制成的建筑，纪念碑和雕塑受到酸雨的严重影响。这是非常严重的，因为许多历史建筑和艺术品都是用这些材料建造的。

就石灰石而言，酸雨会导致石灰石溶解并导致方解石重结晶。这种重结晶在表面上产生发白的色调。

在硫酸雨淋的特定情况下，会发生硫酸化现象。通过此过程，岩石表面转变为石膏并释放出二氧化碳。

大理石虽然更具抵抗力，但也受到酸雨的影响。在这种情况下，会发生石材的剥落，这就是其表层脱落的原因。

其他非腐蚀性材料

在某些建筑物中，结构变坏很小，但也有负面影响。例如，干燥的酸沉积物会使壁变脏，从而增加了维护成本。

金属制品

酸雨由于氧化现象而导致金属腐蚀。由于带有金属零件的结构，设备，机械和车辆受到严重影响，因此会造成巨大的经济损失。

植物群和动物群

鱼被酸雨杀死。资料来源：美国鱼类和野生动物局。

酸雨改变了水生和陆地生态系统的自然平衡。

透镜状水体中的动植物

透镜状水体更容易被酸化，因为它们是封闭的生态系统。另外，酸在水中的积累对其所拥有的生命具有负面影响。

酸化的另一个结果是通过雨水沉淀硝酸盐，这会导致水体富营养化。过多的营养物质会减少可用的氧气，并对水生动物的生存产生不利影响。

另一个间接的负面影响是将重金属离子从陆地环境中夹带到水体中。当酸度增加时，这些离子通过水合氢离子的作用释放到土壤中。

植被和养分利用率

由土壤酸化引起的最严重的问题是必需养分的固定化和有毒金属的增加。

例如，铝和镁通过被氢取代而从土壤颗粒中释放出来。铝会影响根的结构和功能，并减少植物对钙的吸收。

另一方面，土壤酸化会破坏菌根（与根相关的真菌），这对于森林的动态发展至关重要。

直接损害动植物

硫酸通过降解叶绿素和产生绿化作用（对叶片发黄）而直接损害叶片。在某些物种中，存活种子的生长和产量下降。

两栖动物（青蛙和蟾蜍）特别容易受到水中酸度的影响。一些损害是直接伤害和对病原体（尤其是皮肤真菌）的防御能力下降。

解决方案

减少排放

酸雨的底线是减少酸前体化学品向环境的排放。其中最重要的是硫和氮氧化物。

但是，这有一些困难，因为这意味着影响公司和国家的经济和发展利益。例如，二氧化硫的主要来源之一是煤炭燃烧，占中国能源的70％以上。

有一些技术替代方案可以帮助减少排放。例如，在工业上，所谓的“流化床”结合了保留SO 2的吸收剂（石灰石或白云石）。一般而言，对于机动车辆和内燃机，催化转化器也有助于减少SO2排放。

另一方面，一些国家一直在执行减少酸雨的具体计划。例如，美国制定了国家酸沉淀评估计划（NAPAP）。NAPAP计划采取的一些措施之一是实施低硫燃料。

另一个可行的措施是用电动汽车代替车队，以减少酸雨和全球变暖。但是，尽管存在实现此目的的技术，但来自汽车和石油行业的压力已延迟了这方面的决策。影响因素的其他因素是与车辆预期达到的速度有关的文化因素。

应用酸度校正措施

在某些情况下，可以通过添加碱，例如加入大量的石灰来提高土壤和水的pH值。但是，这种做法在很大的土地上是不可行的。

表面保护

结石

在酸雨的影响下，有多种保护或至少减少石材变质的方法。这些方法之一是用蒸汽或热水洗涤。

也可以使用化学试剂，例如氢氟酸或氟化氢铵。清洗后，可以通过涂抹会堵塞毛孔的特殊产品（例如氢氧化钡）来密封石材。

金属

易于腐蚀的金属表面可以通过用非腐蚀性金属（例如锌）覆盖来保护。

为此，可以施加电沉积，或者可以将待保护的金属结构浸入液态的保护性金属中。

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