与环境中的酸性和碱性物质有关的问题 - 环境

与影响环境的酸性和碱性物质有关的主要问题与它们引起的pH值变化及其对生物的间接或直接影响直接相关。

酸性物质和碱性物质都会产生严重的环境问题；特别是环境酸化会引起酸雨，海洋，淡水体和土壤酸化的问题。碱化特别是在土壤向碱性pH值变化时表现出来。

图1.受酸雨影响的森林。来源：Lovecz，来自Wikimedia Commons

环境问题可以定义为威胁任何生态系统完整性并由于自然环境的干扰而发生的情况。

人类活动已造成极端的环境问题。当前的生产方式，由于大量使用自然资源和过多的污染物，正在破坏环境的承载能力和弹性。

在很短的时间内修改土地的大面积，向大气中排放大量有毒物质并影响水体并对环境产生巨大影响的独特方法是人类所独有的。

酸性物质通过一些工业废水，采矿活动，土壤酸化肥料的使用以及与雨水或空气湿度反应生成酸性化合物的气体排放物排放到环境中。

图2.污染性工业排放的产生。资料来源：picture.com。

碱性或碱性物质也可以来自各种工业废水和采矿活动。

与酸性和碱性物质有关的哪些问题会影响环境？

-由于酸化引起的环境问题：来源

废水

来自某些行业和酸性采矿排水道的酸废水主要包含酸：盐酸（HCl），硫酸（H ₂ SO ₄），硝酸（HNO ₃）和氢氟酸（HF）。

冶金，塑料，染料，炸药，制药和树脂工业是酸放电的产生者。

图3.工业废水排放。来源：Nigel Wylie，通过Wikimedia Commons

排放物

燃烧煤炭，石油和天然气等化石燃料所产生的二氧化碳（CO ₂），二氧化硫（SO ₂）和氮氧化物（NO，NO ₂）排放到大气中的原因不是仅来自地球的全球变暖，而来自酸雨。

CO ₂排放还导致海洋和地表淡水水体（湖泊和河流）酸化，这是灾难性规模的环境问题。

化肥

长时间使用含有氨氮和过磷酸钙的无机肥料会酸化土壤。

而且，由于腐殖酸和其他产生的有机酸的作用，在非常潮湿的土壤上施用大量有机物也会产生酸化作用。

在酸性物质引起的最令人担忧的环境问题中，我们将提及酸雨，土壤酸化和陆地海洋酸化。

酸雨

二氧化硫气体（SO ₂）和氮氧化物（NO和NO ₂），其在工业，发电厂，航空，海上和陆路运输中的化石燃料燃烧中以及在冶炼以提取金属时产生是雨水沉淀呈酸性的原因。

在对流层中，SO ₂氧化形成硫酸（H ₂ SO ₄），成为一种强酸，氮氧化物也转化为硝酸（另一种强酸）。

下雨时，这些以气溶胶形式存在于大气中的酸被掺入雨水并酸化。

建筑物

酸性雨水会与建筑物，大理石和金属中的石灰石产生的碳酸钙（CaCO ₃）反应，从而腐蚀建筑物，桥梁和纪念碑。酸雨还会酸化地球上的土壤和水体。

图4.酸雨造成的建筑物损坏，巴黎圣母院的石像鬼（法国巴黎），显示出背部受到损坏。资料来源：Michael Reeve，通过Wikimedia Commons

土壤中的金属

酸雨改变了土壤的成分，将有毒的重金属置换到土壤溶液和地下水中。

在很强的pH值下，由于高浓度H ⁺离子取代了阳离子，土壤矿物质发生了剧烈变化。这会导致土壤结构不稳定，有毒元素浓度高和植物养分利用率低。

pH值低于5的酸性土壤含有高浓度和有毒浓度的铝（Al），锰（Mn）和铁（Fe）。

此外，营养素钾（K），磷（P），硫（S），钠（Na），钼（Mo），钙（Ca）和镁（Mg）的可用性显着降低。

微生物

酸性条件不允许土壤微生物（主要是细菌）的生长，而土壤微生物是有机物的分解物。

固氮菌在7到6.5之间的pH值时具有最佳功能; 当pH值小于6时，其固定率急剧下降。

微生物也有利于土壤颗粒的聚集，从而促进结构，通气和良好的土壤排水，这对于植物的生长至关重要。

海洋，湖泊和河流的酸化

地表水（海洋，湖泊和河流）的酸化主要是由化石燃料燃烧产生的CO ₂吸收引起的。

行星的地表水是大气CO _2的天然汇。特别是，海洋构成了地球上最大的二氧化碳汇。CO ₂被水吸收并与水反应，生成碳酸（H ₂ CO ₃）：

CO ₂ + H ₂ O→H ₂ CO ₃

碳酸在水中解离，为海水贡献H ⁺离子：

ħ ₂ CO ₃ + H ₂ O→H ^ ⁺ + HCO ₃ ^-

H ⁺离子浓度过高会增加地球海水的酸度。

海洋生态系统

这种过量的酸性极大地影响了海洋生态系统，特别是形成碳酸钙外骨骼的生物（贝壳，贝壳和其他支撑或保护结构），因为H ⁺离子取代了碳酸钙中的钙并将其溶解，防止其形成。

珊瑚，牡蛎，蛤，海胆，螃蟹和带有外骨骼的浮游生物受到海洋酸化的影响最直接。

所有海洋物种的生命在很大程度上取决于珊瑚礁，因为它们是海洋中生物多样性最大的地区。大部分较小的动物区系避难所并在那里生活，它们是鱼类，鲸鱼和海豚等海洋生态系统次要消费者的食物。

由于地球大气中过量的CO ₂导致的酸化对整个海洋生态系统构成了严重威胁。这颗行星的历史从未记录过以目前的速度对海洋进行酸化的过程（过去3亿年来最高），这也降低了其作为CO ₂汇的能力。

-碱化引起的环境问题：来源

工业和采矿

洗涤剂和肥皂，纺织，印染，造纸和制药工业等产生的碱性废水主要包含氢氧化钠（NaOH），强碱和其他碱，例如碳酸钠（Na ₂ CO ₃），这是一个薄弱的基础。

用NaOH处理铝土矿矿物以提取铝，生成高碱性的赤泥。石油开采和石化工业也产生碱性废水。

碱性物质产生的主要环境问题是土壤的碱化。

土壤碱化

碱性土壤的pH值大于8.5，结构非常差，散布的颗粒和0.5至1米深的紧密钙质层，阻止了根的生长和渗透，渗水和排水。

它们呈现出钠（Na）和硼（B）的毒性浓度，并且是高度不育的土壤。

图5.碱性土壤。资料来源：png.com

参考文献

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