酸雨,也叫酸性降水或酸沉积,降水拥有一个pH值约为5.2或以下主要生产排放的二氧化硫(所以2),氮氧化合物(没有x;没有,没有的结合2从人类活动),主要的燃烧化石燃料。在acid-sensitive风景,酸沉积可以减少表层海水的pH值和较低生物多样性。它削弱了树从其他压力,增加他们的易受损害,如干旱、极冷害虫。在acid-sensitive地区,酸雨也耗尽土壤重要的植物营养物质和缓冲等钙和镁,并能释放铝,土壤颗粒和约束岩石,在其有毒的溶解的形式。酸雨导致的腐蚀表面的接触空气污染和负责的恶化石灰石和大理石建筑和纪念碑。
这句话酸雨首次使用在1852年由苏格兰化学家罗伯特·安格斯·史密斯在他调查的雨水化学工业城市附近英格兰和苏格兰。这一现象成为了他的书的一个重要组成部分空气和雨水:化学气候学的开端(1872)。直到1960年代末和1970年代初,然而,酸雨被认为是一个区域性的环境问题影响西欧和东部的广大地区北美。酸雨也发生在亚洲和非洲的部分地区,南美和澳大利亚。作为一个全球性的环境问题,气候变化往往盖过了它。尽管酸雨的问题明显减少了在某些领域,它仍然是一个重要的环境问题,全球主要工业和工业农业地区的顺风。
酸性降水的pH值和酸沉积
酸的化学沉积
酸雨是一个流行的表达式更科学术语酸沉积,指的是许多的酸度可以移动的方法大气地球的表面。酸沉积包括酸性雨以及其他形式的酸性湿deposition-such雪,雨夹雪,冰雹,雾云(或水)。酸沉积还包括酸性粒子和干旱的沉积气体在干旱期,这可能影响景观。因此,酸沉积能够影响景观和驻留在它们的生物即使降水并不发生。
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酸度是衡量的浓度氢离子(H+)解决方案。的pH值规模措施是否解决方案是酸性或基本。物质被认为是酸性pH值低于7,和每个单元的pH值低于7是酸性的10倍,或10倍H+,比上面的单位。例如,雨水pH值为5.0 H 10微当量浓度+每升,而雨水pH值为4.0的浓度为100微当量的H+每升。
正常的雨水是弱酸性的,因为的吸收二氧化碳(有限公司2)大气——过程产生碳酸酸和有机酸生成的生物活性。此外,火山活动可以生产硫酸(H2所以4),硝酸(HNO3),盐酸(HCl)根据与特定相关的排放火山。其他自然酸化的来源包括生产氮氧化合物从大气分子的转换氮(N2)闪电和有机氮的转化森林大火。然而,任何给定的地理范围的自然来源酸化很小,而且在大多数情况下它会降低沉淀的pH值不超过5.2。
正常的雨水是弱酸性的,因为二氧化碳的吸收(有限公司2从大气中)。
人为活动,特别是化石燃料的燃烧(煤炭,石油,天然气)和冶炼的金属矿石酸沉降的主要原因。在美国,所以电力公司生产的近70%2和大约20%的没有x排放。化石燃料的燃烧,汽车占近60%x排放在美国。在大气中,硫酸和硝酸时生成2也没有x分别与水反应。最简单的反应是:
所以2+ H2O H→2所以4←→H++ HSO汽车贸易公司4←→2 h++所以42
没有2+ H2O→HNO3←→H++没有3
这些反应在水相(例如,在云水)创建湿沉积的产品。在气态阶段他们可以生产酸性干沉积。酸的形成也可以发生在大气中粒子。
化石燃料的消耗很大,排放控制不到位减少2也没有x排放,酸沉积将发生在下风位置的排放源,往往数百到数千公里外。在这些地区降水的pH值可以平均每年4.0至4.5,和个人的pH值雨事件有时会低于3.0。此外,云可能受污染的地区的水和雾很多倍的酸性比雨落在同一地区。
许多空气污染和大气沉积问题交织在一起,而这些问题往往是来自相同的原因,即燃烧化石燃料。除了酸沉积,不x随着排放碳氢化合物排放是地面的关键成分臭氧(光化学烟雾)形成,这是一种最普遍的形式的空气污染。所以的2也没有x可以生成排放细颗粒,这是有害的人类呼吸系统。煤炭燃烧的主要来源是大气汞,也进入生态系统干态和湿沉积。(其他一些重金属,如铅和镉和各种颗粒也不受监管的化石燃料燃烧的产品。)酸沉积的氮来自没有x排放创造了更多的环境问题。例如,许多湖、河口和沿海海洋系统从大气沉积和地面接收过多的氮径流。这富营养化(或over-enrichment)导致植物的过度生长藻类。当这些有机体的死亡和分解,消耗溶解氧气提供必要的大部分水体的水生生物。富营养化是湖泊的主要环境问题,全球沿海海洋和河口生态系统(另请参阅水污染)。
生态酸沉积的影响
对湖泊和河流的影响
酸沉积的区域影响首次指出西欧和东欧的部分地区北美在1960年代末和1970年代初的化学变化河流和湖泊通常在偏远地区,与下降等水生生物居民的健康鱼,小龙虾,蛤人群。越来越多的酸沉积在一些敏感领域造成成千上万的湖泊和溪流在欧洲和北美,成为更多的酸性比他们过去几十年。Acid-sensitive领域是那些倾向于酸化,因为该地区的土壤较低缓冲能力,或低acid-neutralizing能力(ANC)。此外,酸化可以释放铝绑定到土壤中,溶解的形式可以是有毒的植物和动物的生活。高浓度的溶解铝释放土壤经常进入河流和湖泊。在水生与酸度上升环境、铝会损害鱼鳃从而损害呼吸。在阿迪朗达克山纽约州的地区,研究表明,鱼类的数量从5下降在湖泊的pH值6.0至7.0中只有一个湖泊pH值为4.0至4.5。其他生物也有负面影响,所以酸化水体的整体失去动植物多样性。这些影响可能波及整个食物链。
酸度高,特别是从硫沉积,可以加速转化汞元素的最致命形式:甲基汞,神经毒素。
酸度高,尤其是来自硫沉积,可以加速转换汞元素的最致命形式:甲基汞神经毒素。这种转换通常发生在湿地和水饱和土壤在低氧环境中甲基汞的形成提供了理想的条件细菌。甲基汞集中在移动的生物食物链,这一现象被称为生物体内积累。小的甲基汞浓度出现在浮游植物和浮游动物积累的脂肪细胞消费的动物。因为动物在更高层次的食物链必须消耗大量的生物从较低的甲基汞浓度的顶级捕食者,这通常包括人类,增加水平,他们可能成为有害的。甲基汞的生物体内积累组织鱼是最主要的原因政府健康警告,建议减少食用新鲜的鱼和海洋水域。
此外,海洋酸化可能情景,尤其是在寒冷的气候。硫酸和硝酸积累在积雪浸出在最初的融雪和迅速导致酸性融水的脉冲。这种脉冲可能比任何个人更酸性降雪事件在过去的一个冬天,和这些事件可以是致命的acid-sensitive水生生物整个食物网。
影响森林和山区
在1970年代和80年代,森林在欧洲中部,南部斯堪的那维亚东部,北美显示出令人担忧的迹象:森林枯死树死亡率。在27个欧洲国家1993年的一项调查显示空气污染损害或死亡率23%的接受调查的100000棵树。很可能枯死是许多因素的结果,包括酸沉积(例如,土壤酸化和损失的缓冲能力,动员的有毒铝、直接酸对植物的影响),接触地面臭氧,可能多余受精沉积的氮化合物(如硝酸盐、铵和氨化合物),和一般压力造成这些因素的结合。一旦病情削弱了一棵树,它更可能屈服于其他环境压力如干旱、昆虫侵扰,感染病原体。森林枯死的领域是经常发现与地区有关缓冲能力较低,破坏水生生态系统由于酸沉积也发生。
酸沉积涉及的变更土壤化学和几个树种的下降通过直接和间接的意思。差缓冲土壤特别容易酸化因为他们缺乏大量的基地阳离子(带正电荷的离子),中和酸性。钙,镁,钠,钾,这是占大多数的基阳离子acid-neutralizing能力的土壤,是来自风化干态和湿沉积的岩石和。这些基阳离子(如钙、镁)也二级植物必需的营养,适当的植物生长。这些基阳离子下降的供应中和酸在干态和湿沉积,可以从土壤中过滤出来。因此,景观以前富含基阳离子可以成为acid-sensitive当土壤形成过程是缓慢和基阳离子取代通过风化或沉积过程。
大约80%的NH3在美国和欧洲排放来自农业部门。
土壤酸化也会发生沉积的氨气(NH的地方3)和(NH铵4+)高。氨和铵沉积导致的生产H+(这导致酸化)当这些化学物质转化为硝酸盐(NO3−),这一过程被称为硝化细菌:
NH3+O2→不2−+ 3 h++ 2 e−
没有2−+ H2O→不3−+ 2 h++ 2 e−
NH的来源3和NH4+主要是农业生产活动,尤其是牲畜(鸡,猪,牛)生产。大约80%的NH3在美国和欧洲排放来自农业部门。的蒸发或动物粪便挥发释放NH3到大气。这个过程往往导致氨排放源附近的沉积。然而,NH3可以转化为铵颗粒,可以传输和存储为干态和湿沉积数百公里外的发射源。
除了消极的改变土壤化学、酸沉积可以直接影响某些树种。红色的云杉(云杉鲁本斯)发现在高海拔树木在美国东部从细胞膜伤害酸浸钙针,使针从冰冷的冬天更容易受到伤害。在山区的破坏往往是最大的,因为这些地区经常收到比低酸沉积地区,冬季环境更极端。山区受到高酸性的云雾水和其他环境压力。此外,红云杉可以被土壤中的有毒铝浓度的增加。这些过程可以减少树的营养吸收根。糖枫(宏碁蔗糖)数量也下降在美国东北部和东部的部分地区加拿大。高土壤铝和低钙浓度造成酸沉积涉及这种下降趋势。负面影响的其他树木在这个地区酸性沉积包括阿斯彭(杨树),桦木(桦木属),灰(Fraxinus)。
一些科学家认为酸沉积可能影响地质一些地区。2018年的一项研究调查2009年Jiweishan滑坡西南部中国提出,酸雨可能削弱了一层页岩包含一个分离的岩层含水层上面的岩层包含我的下面,造成大量岩石滑落山坡并杀死74人。
对人造结构的影响
酸沉积也影响人造结构。最显著的影响发生在大理石和石灰石,这是常见的建筑材料在许多历史建筑,纪念碑,和墓碑。二氧化硫,一个酸雨前体,可以直接与石灰石的反应在水的存在形式石膏,最终片或被水溶解。此外,酸雨能溶解石灰岩和大理石通过直接接触。
历史
现代人为酸沉积开始在欧洲和东方北美后第二次世界大战国家在这些地区,大大增加他们的化石燃料的消耗。国际合作来解决空气污染和酸沉积始于1972年联合国人类的会议上环境在瑞典的斯德哥尔摩。1979年日内瓦公约远程跨界空气污染创造了框架,减少空气污染和酸沉积在欧洲。《公约》产生的第一个具有法律约束力的国际协议减少空气污染在广泛区域的基础上。第一个协议延长几个协议自原来的《盗梦空间》。
在美国,减少酸沉积源于清洁空气法案1970年和修正案在1990年。努力开发一个意图之间的美国和备忘录加拿大减少空气污染和酸沉积开始于1970年代。然而,这并不是正式的,直到Canada-United州在1991年空气质量协议,将永久限制所以2的减少排放和引导x排放在这两个国家。所以的2排放在美国和加拿大在1970年代达到顶峰,但是他们随后拒绝由于采用强制空气污染的标准。第一阶段的减排要求由美国清洁空气法修正案1990始建于1995年,主要由燃煤电厂排放的监管。这种发展标志着进一步显著的开始2减少美国和导致了下降88%2排放在1990年和2017年之间。
相比之下,没有x排放在美国大约1980达到顶峰,保持相对稳定,直到1990年代末,当排放开始下降更显著,因为控制电厂和车辆排放的尾气。没有x排放已经超过了2排放自1980年,但是他们也已经实施《清洁空气法》。没有2排放,例如,在1990年和2017年之间下降了50%。的减少2也没有x排放在此期间导致酸沉积显著下降,以及硫酸(所以42)和硝酸盐(NO3)沉积。氨(NH3)和铵沉积继续增加在美国的一些地区,特别是在地区集约农业和畜牧生产。
这一趋势也反映在收集的数据测量站坐落在美国东部,在H报道减少大约40%+集中在1994年和2008年之间。
由于行动和协议如前所述,酸沉积两种欧洲和东部北美明显减少了。最长的连续记录的降水化学在北美哈伯德实验森林小溪新汉普郡,美国,whereH+浓度在降水下降了大约86%从1960年代中期到2016年。类似的趋势也反映在收集的数据测量站坐落在美国东部,在H报道减少大约40%+集中在1994年和2008年之间。环境保护署监控网站在主要城市地区已经表明,年平均2和氮浓度出现在潮湿和干燥酸沉积大幅下降在美国东部1989年到2015年之间,和最大的下降发生在干燥的地区硫沉积,下降了约82%(当大西洋中部地区数字,中西部地区,东北和东南部被认为)。
尽管酸沉积显著减少,一些欧洲和北美生态系统受酸沉积恢复的很慢。几十年的酸沉积在这些敏感地区的acid-neutralizing能力枯竭土壤。因此,这些土壤更容易继续酸沉积,即使在降低水平。进一步减少不x所以2排放将有必要保护这些acid-sensitive生态系统。
与欧洲和北美相比,酸沉积增加在世界的其他地方。例如,亚洲出现了稳定的增长的排放量2也没有x以及NH3——部分地区的现象最为明显中国和印度,在那里煤炭燃烧工业和电力生产大约2000以来已经大大扩展。然而,2007年在中国的引入严格的排放控制在该国的生产下降75%2到2019年将碳排放量,而印度的2排放量继续增加。
写的托马斯·巴特勒,卡里生态系统研究所的网站管理员基因大肠比作,尊敬的资深科学家,卡里生态系统研究所的研究。
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