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酸雨

一、酸雨的定義

       「酸雨」,顧名思義,雨是酸的。其正確的名稱應為「酸性沈降」,它可分為「濕沈降」與「乾沈降」兩大類,前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物,隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者,後者則是指在不下雨的日子,從空中降下來的落塵所帶的酸性物質而言。在化學上定義水之pH(酸鹼)值等於七為中性,小於則是酸性。自然大氣中含有大量二氧化碳,二氧化碳在常溫時溶解於雨水中並達到氣液相平衡後,雨水之酸鹼值約為 5.6,因此大自然的雨水是酸的;但是,在大自然中,仍存在其他致酸的物質,例如火山爆發所噴出的硫化氫,海洋所釋放出的二甲基硫,高空閃電所導致之氮氧化物等,均會使雨水進一步酸化,而酸鹼值會降至 5.0 左右。因此,在 1980 年代後期以來,許多國內外(包含環保署研究報告)研究者,已將所謂「酸雨」認知為當雨水酸鹼值在 5.0 以下時,即確定受到人為酸性污染物的影響。因此,在環保署研究報告中,已統一雨水酸鹼值達 5.0以下時,正式定義為「酸雨」。例如,若以環保署台北酸雨監測站 1990-1998 年之有效雨水化學分析資料為準,顯示約九成降水天數的雨水pH值在 5.6 以下,而酸雨發生機率則為七成五左右。

二、酸雨的組成

         一般酸水化學組成中,較重要的物種包括 H+、Cl-、NO3-、SO2-4、NH4+、K+、Na+、Ca2+及 Mg2+ 等九種。其來源包括

        自然來源人為來源如圖所示,一般而言NO3-及 SO2-4 為主要的致酸物質,其硫氧化物與氮氧化物轉化而來。在人為污染排放方面,前者則與化石燃料使用、火力電廠、含硫有機物燃燒有關;後者主要源自工廠高溫燃燒過程,交通工具排放等因素 。Ca2+ 及 NH4為主要的中和(致鹼)物質

人為致酸物質

人為致鹼物質

SO2-4  石化工業、火力電廠、燃燒Na+、Cl、 Mg2+  海洋的海水飛沫
NO3-工廠高溫燃燒過程、交通工具排放Ca2+、K塵土
  NH4+農藥噴灑

 

  在此釐清一個觀念,雨水 pH 值之高低與否,並不必然代表其中人為污染物多寡除了上述酸性離子外,亦存在其他如銨根、鈣、鎂等鹼性離子,以中和其酸性,雨水酸鹼值則為以上離子平衡後之氫離子所計算得來。換言之,雨水中若有高濃度之硫酸根與硝酸根離子,但因有其他鹼性離子中和之,那麼雨水未必呈現酸性反應(即低酸鹼值),反之亦然。雨水酸鹼值無疑地可以作為一項先期指標,但更重要的是必須進一步進行雨水化學成份分析,瞭解其污染物來源,並計算隨雨水沈降至地表的污染物通量(即所謂沈降量,以公斤/公頃/年為單位),進而制定控制策略以改善之。

三、酸雨的危害

  • 人類

        酸雨對人類的影響,我們最直接的反應就是會〝禿頭〞,但是否真正會導致禿頭,科學家們仍再努力研究,但大家還是少淋雨為妙。

  酸污染對人類最嚴重的副作用就是呼吸方面的問題。二氧化硫和二氧化氮的射出物會引起呼吸方面的問題,例如哮喘、乾咳、頭痛、和眼睛、鼻子、喉嚨的過敏。對人類而言,酸雨的一個間接影響就是溶解在水中的有毒金屬被水果,菜蔬和動物的組織吸收。雖然這些有毒金屬不直接影響這些動物,但是吃下這些動物卻對人類的產生嚴重影響。例如,累積在動物器官和組織中的汞與腦損傷和神經混亂有關聯的。同樣地,在動物器官中的另一種金屬,鋁,與腎臟的問題有關,近來也被懷疑與老年癡呆症的疾病有關。

  • 建築物和雕像

        酸性粒子也會沈積在建築物和雕像上,造成侵蝕。例如,建在渥太華的美國國會大廈一直被大氣中過量的二氧化硫瓦解。石灰岩和大理石跟酸接觸後會轉變為一種粉碎物質,稱為石膏。此外,橋樑以更快的速度被腐蝕,鐵路工業和飛機工業同樣的必須花費更多的錢來修補由酸雨造成的損害。酸雨不僅造成了經濟負擔上的問題,而且也對一般大眾的安全產生危險。舉一個實例,1967年俄亥俄河上的橋倒塌,造成46人死亡。原因為何?由於酸雨的腐蝕。

  另外,酸雨也造成暴露在外的雕像受到侵蝕,這造成文化資產的破壞,令許多人擔憂。

  • 農作物

        酸雨會影響農作物稻子的葉子,同時土壤中的金屬元素因被酸雨溶解,造成礦物質大量流失,植物無法獲得充足的養分,將枯萎、死亡。但土壤中因酸雨釋出的金屬也可能為植物吸收造成影響,這問題極其複雜,譬如,酸雨中某些金屬( 如,鐵 )的釋出反而有助於植物的生長。因此,酸雨對植物、農作物、森林的確實影響仍不清楚。

左圖為葉子受酸雨為害的情形

右圖為顯微鏡觀察葉子內部的組織

 

 

  • 樹木和土壤

  酸雨造成最嚴重的影響之一是在森林和土壤。硫酸隨著降雨落到地球而造成嚴重損害,土壤中的養分也會流失,因此樹木會因為維持生命所必須的鈣和鎂的流失而枯死。並非所有的二氧化硫都會轉變成硫酸,事實上有一相當的量會漂浮在大氣中,當最後沈降到地表時,會阻礙葉子的氣孔進行光合作用。研究顯示當紅雲杉的幼苗被酸鹼值 2.5 到 4.5 的硫酸和硝酸的組合噴灑後,觀察得知這些幼苗會產生棕色損傷。最後,針葉會減少,同時也發現在酸性高度集中區域的針葉,生長速度較緩慢,因為在此區針葉凋零的速率大於再生的速率,光合作用也大受影響。

  此外,劇烈的霜也可能使這個情況進一步惡化,隨著二氧化硫、空氣中現存的氨和臭氧的增加,會減少樹的耐霜性。從硫化銨產生的氧化氨和二氧化硫,這些產物會在樹的表面上形成。當銨硫酸鹽到達這些土壤時, 它會起反應形成含硫和含氮的酸性物質,這樣的條件會刺激真菌和有害動物例如甲蟲的成長。

  林業在加拿大是一個一年價值一千萬元的工業,大約有百分之十的加拿大人仰賴樹木的收穫和加工處理維生。若森林處於危險時,這些職業也會跟著消失。

四、臺灣現況

  台灣地區最早的酸雨研究為中央氣象局於台北氣象站的雨水調查,當時已出現最低為 3.8 的 pH 觀測值。1990 年 4月,環保署始展開全島性、長期性的酸沈降研究,調查結果顯示台灣地區發生酸雨之情形已很普遍,如果以 pH=5.0 作為判斷酸雨的基準,全台地區降雨發生酸雨的機率為 52%,台北地區則為 85%,高雄地區為 74%,分別都顯著地高於整個台灣地區的統計結果(鄭, 1998),而阿里山發生酸雨的機率為 28%,遠小於都會區發生酸雨的機率,此乃與都會區中之汽機車數及工廠數較多有關,因此造成雨水嚴重酸化的情形。

台灣地區雨水pH值分佈圖

  目前台灣地區的酸雨分佈大約是以嘉南平原作為分界,向南或向北逐漸酸化,因而嘉南平原可說是台灣地區雨水尚未酸化的主要地區,另一尚未酸化的區域是台灣南端的墾丁,但僅佔一小部份地區。

  由環保署的監測結果 (1991-1997年),以年平均值而言,台北市的雨水之 pH 值是所有地區最低的,約僅 4.3;其次則是鄰近大台北地區的龜山及中壢測站,pH 值也在 4.5 以下,高雄及台中兩站也是酸雨相當嚴重的地區,其 pH 值平均約在 4.6 附近,太麻裡、宜蘭、墾丁及阿里山則是屬於雨水酸化較低之區域 。




 
 
 
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