酸雨 (acid rain) ：組成和途徑

酸雨 (acid rain) ：組成和途徑
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 酸雨的形成的途徑為何？

2. 口語中的「酸雨」一詞容易引起哪些誤解？

什麼是酸雨

酸雨正式的名稱是為酸性沈降 (acidic deposition)，因為除了雨之外還有其他形式的沈降。主要可分為「濕沈降」（wet deposition）與「乾沈降」（dry deposition）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。

圖 1：形成酸雨的濕沈降（wet deposition）與乾沈降（dry deposition）的幾個重要途徑。天然氨氣(NH3) 也可能被轉化成 NH4+。 （圖片來源：http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506）

酸雨的「酸」的定義必須說明一下。在化學上定義水之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，因此大自然中沒有受污染的雨水就是酸的。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。

酸雨的組成和途徑

一般酸水化學組成中，較重要的物種包括 Cl^–、NO3^–、SO₄^2-、NH₄⁺、K⁺、Na⁺、Ca²⁺及 Mg²⁺ 等九種。其來源包括自然來源及人為來源。一般而言，NO₃^–及 SO₄^2- 為主要的致酸物質，它們是由硫氧化物(SO₂)與氮氧化物(NO, NO₂)轉化而來（圖3）。這些物質的來源是：

• SO₄^2- 來源：石化工業、火力發電廠、燃燒
• Na⁺, Cl^–, Mg²⁺ 來源：海洋的海水飛沫
• NO₃^– 來源：工廠高溫燃燒過程、交通工具排放
• Ca²⁺、K⁺ 來源：塵土
• NH₄⁺ 來源：農藥噴灑

要注意的是，酸度高低（雨水 pH 值之高低），並不必然代表其中人為污染物的多寡。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。但是，雨水酸鹼值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。

圖2：造成酸雨的主要原因之一：火力電廠 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Acid_rain#Surface_waters_and_aquatic_animals）

參考資料：
1. Gene Likens (Lead Author); EPA (Content Source);Wayne Davis, Lori Zaikowski, Stephen C. Nodvin (Topic Editor) 2010: “Acid rain”. In: Encyclopedia of Earth. Eds. Cutler J. Cleveland http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506
2. 英文維基百科：Acid rain.（http://en.wikipedia.org/wiki/Acid_rain#cite_note-19）
3. 中文維基百科： 酸雨 （http://zh.wikipedia.org/wiki/%E9%85%B8%E9%9B%A8）