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生命中的化学元素
1.10.2.3 8-2-3 污染气体氮氧化物、二氧化硫的释放引起了全球性的严重大气污染
8-2-3 污染气体氮氧化物、二氧化硫的释放引起了全球性的严重大气污染

酸雨最早是在1872年由英国化学家Smith提出的,但并未受到重视。20世纪60年代,由于公害事件的出现,才引起了各国的重视,于1975年召开了第一次讨论酸雨的国际会议。

雨水的pH值在正常的情况下取决于空气中的CO2浓度,CO2溶于雨、雪后,形成碳酸就产生了雨的酸性。如果将大气中正常的CO2浓度估计为百万分之316(它是20世纪50年代开始测量大气中二氧化碳含量的最早记录),那么CO2溶于雨水达平衡后所形成的浓度约为1.04×10-5摩/升,由此可算出pH值=5.63。所以一般就公认酸雨指的是pH值<5.6的酸性降水,它是大气遭受污染的一个标志。

酸雨的形成是人类活动产生的污染所引起的,其中最主要的是由于SO2和NOx的污染所造成的,因为CO2浓度的增加对雨水酸度的增加很有限。SO2在大气中的烟尘等固体颗粒物的催化氧化下就形成了硫酸,NOx在大气中最终也被氧化而转化为NO2溶于雨水中形成了硝酸和亚硝酸。因此,酸雨又被叫作酸沉降。

根据各国科学家的研究,酸雨已构成了对全球生态和各种经济资源的危害,这包括渔业、森林、农业和野生生物等。其具体危害表现在:①酸雨会降低植物的光合作用,破坏叶面的蜡质保护层,当酸雨的pH值小于3时,植物就会死亡,导致农业产量下降。②酸雨会使水域和土壤酸化。资料表明,水体的pH值降至4.0时,大多数鱼类和水生动物将会死亡。土壤酸化的结果会导致树木的死亡,使细菌受到抑制,引起土壤肥力的枯竭,还会引起土壤中有害金属元素的溶解、迁移,危害整个生态平衡。③酸雨还会腐蚀建筑物,破坏文物。④酸雨会使得土壤中的Ca,Mg含量降低,并使得Pb等重金属含量升高,Pb等重金属通过生物链就易于进入人体,造成在人体中的蓄积和对机体的毒害。

产生SO2和NOx的污染是由于汽车废气和工业废气的排放所造成的,而且废气排放还产生了大量其他有害污染物。已知每燃烧1千克汽油,就会产生150~200克一氧化碳,4~20克氮氧化物,4~8克烃类化合物及二氧化硫、颗粒物、臭氧、铅、镉等有害气体和气溶胶,这一切污染物同时也是参与构成PM2.5的主要成分。

美国的洛杉矶早在20世纪40年代就曾发生了一次重大的大气污染事故,十年后,经研究才弄清楚这原来是由光化学烟雾造成的。这次污染的起因是当时该城由350多万辆汽车以及大量工厂排放的碳氢化合物和NOx在强烈的日光照射下发生了光化学反应,结果生成了毒性很大的二次污染物。一次污染物是从污染源直接排出的大气污染物,如颗粒物、二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等;二次污染物则是由污染源排出的一次污染物与大气正常组分或几种一次污染物之间发生了一系列的化学或光化学反应而形成的与原污染物性质不同的新污染物,如光化学烟雾中的过氧乙酰硝酸酯、酸雨中的硫酸和硝酸等。由一次污染物和二次污染物混杂而形成的烟雾就称为光化学烟雾。

光化学烟雾有着强烈的氧化性,这是因为其产物中有着臭氧。它不仅使得大气能见度下降,而且能使植物叶子枯萎,并使得行人眼睛红肿,流泪、刺激黏膜和呼吸道,损害肺部的功能。洛杉矶光化学烟雾曾在两天内使得65岁以上的老人死亡400多人。20世纪80年代之后,光化学烟雾在世界许多城市多次出现。

大气的严重污染不仅危害了人类的生存和身体健康,更重要的是它破坏了地球上正常的氮循环和硫循环。大气中的氮污染导致了水体中的氮污染,又使得植物中的氮污染加剧,这势必也会最终伤害人体中的氮平衡。人类不可能置身于地球的氮循环之外。最终将是更多的硝酸盐和亚硝酸盐进入人体,毒害机体并破坏人体中正常的氮平衡,这完全是人类对氮循环的搅动所一手造成的。同样,人类活动(一般是工业活动)还将硫大量带入环境,促使硫循环进行得较为迅速。含硫的矿物燃料大量燃烧,释放出的二氧化硫引起大气中严重的硫污染,最终导致了酸雨、硫酸盐烟雾、工业烟雾、PM2.5、臭氧等主要环境问题。

如果氮循环和硫循环都出了严重的问题,我们赖以呼吸的空气中充满着氮氧化物和二氧化硫,地面的水体因此变成了工业稀酸,难以想象我们还如何生存?