酸雨的原理

科学家们用“the”来表达酸雨的酸度pH值范围．标度根据溶液中氢离子的浓度来确定溶液的酸度、中性或碱性。酸具有高浓度的氢离子和较低的ph值。ph值的范围从0到14，纯水的ph值是中性的7.0。然而，大多数水并不完全纯净。即使是干净的正常降雨，其pH值也在5.6左右。这是因为它与大气中的二氧化碳发生反应，在变成雨之前形成弱酸性的碳酸。

酸雨的pH值为5.0或更低。大多数酸性沉积物的pH值在4.3到5.0之间，介于橙汁和黑色之间咖啡．但将酸雨与安全的天然酸进行比较可能会误导人。即使在最弱的时候，酸雨也会破坏生态系统，影响敏感植物的生长，杀死脆弱的水生卵。

监测酸雨的程序分析氢的含量以确定酸碱度。它们还测量大气中硝酸、硝酸盐、二氧化硫、硫酸盐和铵的浓度。在美国，国家大气沉降计划(NADP)监测湿沉降，而清洁空气状况和趋势网(CASTNET)监测干沉降。监测酸沉积有助于确定临界载荷，也就是生态系统在遭到破坏之前能够支持的污染物数量。准确的临界负荷有助于制定有效的二氧化硫和氮氧化物减排目标。

现在我们将了解酸雨对水生环境、森林、饰面、建筑材料和人类健康的有害影响。

地表水

地表水及其脆弱的生态系统可能是酸雨最著名的受害者。大部分进入湖泊、河流、溪流或沼泽的降水都必须首先通过并渗入土壤。所有的土壤都有一个缓冲能力或抗酸碱度变化的能力。土壤的缓冲能力决定了水体的酸度。如果容量很低，或者已经达到极限，酸雨就会不中和地通过。

大多数生命在接近中性的pH值下都很舒适——pH值偏离7.0太远，脆弱的生物就会开始死亡。浮游生物和无脊椎动物对酸性的变化很敏感，它们首先死亡。pH为5.0时，鱼卵降解，幼鱼无法发育。成年鱼和青蛙有时可以忍受低至pH 4.0的酸度，但它们会饿死，因为它们较弱的食物来源消失了。当酸雨破坏食物链时，生物多样性就会减少。

酸雨产生的氮沉降也会破坏沿海水域和河口。富氮水支持大型藻类的生长和海藻。细菌分解死去的藻类，繁殖并吸收水中可用的氧气。鱼类、贝类、海草床和珊瑚礁死于藻类窒息、缺氧的水域。科学家估计，10%到45%的人类制造的氮最终进入沿海水域，来自大气沉积[来源:环境保护署］．

大多数酸性水体看起来并没有受到污染。随着腐烂的有机物沉淀，酸化的水会呈现出清澈的蓝色。有些物种，比如灯心草和苔藓，甚至能在酸性环境下茁壮成长。但是绿色和清澈的海水掩盖了一个不健康的环境。多样性下降，没有捕食者的物种往往长得惊人。

酸雨也会破坏森林，我们将在下一节中看到。

森林依靠土壤的缓冲能力来保护它们免受酸雨的侵袭。酸性水体会吸收土壤中的有毒物质，比如铝。树木吸收有毒物质，径流将其倾倒在湖泊、河流和小溪中。酸雨还会在树木吸收之前溶解有益的矿物质和营养物质，如钙、镁和钾。酸雨很少会直接杀死森林，而是通过多年的土壤退化阻碍森林的生长。营养缺乏和毒素暴露使树木更有可能在暴风雨中倒下或在寒冷天气中死亡。

即使是生长在缓冲良好的土壤中的树木，在强烈的酸雾中也会变弱。高海拔的森林浸泡在酸性云中，这会使树叶失去营养，削弱树木抵御寒冷的能力。阿巴拉契亚山脉光秃秃的山峰诉说着酸雨对高海拔森林的毒害作用。

材料和完成

酸雨有一种令人不安的能力，可以将石头和金属——最耐用的材料——抹去。古老的建筑、纪念碑和墓碑上都有平滑的酸性腐蚀和退化的痕迹。酸液沉积加速了由雨、太阳、雪和风引起的自然风化。

酸雨也会损坏汽车油漆。汽车工业认为酸沉积是一种腐蚀性物质环境影响，还有树液，花粉和鸟粪。酸性标记在水平表面留下不规则的蚀刻形状。要修理被酸雨损坏的汽车漆面，唯一的办法就是重新油漆。

健康

由于酸雨可以杀死水生动物，削弱树木和溶解石头，它似乎也可以烫伤或烧伤人类。但它对人类的影响不同于对鱼类或植物的影响。酸雨给人的感觉和一般的雨一样——甚至在酸性湖泊里游泳都是安全的。但是干沉积物中的硫酸盐和硝酸盐颗粒会导致哮喘、支气管炎和心脏问题。酸沉积中的氮氧化物也与挥发性有机化合物(VOCs)形成地面臭氧．臭氧、或烟雾，加重和削弱呼吸系统。

自工业革命的第一批工厂开始排放有毒物质以来，酸雨就一直存在。英国科学家罗伯特·安格斯·史密斯(Robert Angus Smith)在1872年写下酸雨对建筑物的腐蚀作用和对植物的致命影响时，创造了“酸雨”一词。但直到一个多世纪后，酸雨才成为政府监测的环境问题。那时，科学家们已经确定酸雨是跨国界的，而不是本地的问题。1980年，《酸沉降法》在美国国家科学院的指导下，对酸雨进行了为期10年的研究国家酸性降水评估计划(NAPAP)监测全国各地的监测点。

1990年，在NAPAP研究的支持下，国会修改了现有的《清洁空气法》，将酸雨纳入其中。新的《清洁空气法》第四修正案要求减少二氧化硫和氮氧化物。的酸雨计划(ARP)于1995年成立，以实施第IV章。

ARP对电力行业进行了限制，以减少二氧化硫和氮氧化物的年排放量。ARP使用限额与交易计划减少二氧化硫的排放。它设定了美国毗邻地区发电厂产生二氧化硫的总量上限。设定上限后，ARP将配额分配给电厂单位。单位只允许生产它们所拥有的数量的二氧化硫。如果它们的减排速度快于ARP要求，它们就可以储存余款以备将来使用，或者将余款卖给其他工厂。2010年的最终上限将是每年895万吨，比1980年的发电厂排放量显著减少了50%[来源:环境保护署］．

ARP通过更传统的方式调节氮氧化物的减少率的监管体系．该计划为每个电厂的锅炉设定了每百万英热单位(lb/mmBtu)允许的氮氧化物磅数限制。业主要么实现单个锅炉的减排目标，要么实现所有拥有机组的平均减排目标，并实现联合目标。《ARP》的目标是将氮氧化物减少到低于预计2000年水平的200万吨[来源:环境保护署］．

发电厂通过使用低硫煤、“湿式洗涤器”或烟气脱硫系统、低NOx燃烧器等来实现其ARP目标洁净煤技术。他们也可以在自己之间交易二氧化硫信用。

即使在能源需求增加的情况下，ARP也成功地减少了SO2和NOx的排放。但NAPAP建议，为了使生态系统完全恢复，减排必须在2010年的全部限额的基础上再降低40%至80%[来源:环境保护署］．

汽车也会排放氮氧化物。新设计的催化转换器有助于处理废气，并清除氮氧化物和其他污染物，如一氧化碳和挥发性有机化合物，导致烟雾。

即使有了卓越的清洁煤技术、催化转换器、强有力的上限和监管，化石燃料仍然是一种肮脏的能源。能源的替代形式核，太阳能和水电也不会排放数百万吨的二氧化硫和氮氧化物，这些物质会颠覆生态系统，毁坏建筑物和纪念碑，削弱人们的健康。

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