酸雨 (acid rain) :組成和途徑

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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、SO42-、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 SO42- 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:

  • SO42- 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

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