文档介绍：酸沉降(2008年3月,王振山)
近地面层大气化学与空气污染
一、酸沉降
1、酸沉降的分类
酸沉降是指大气中的酸性物质通过干、湿沉降两种途径迁移到地表的过程。
在早期的研究中,人们几乎完全致力于湿沉降(即酸雨)的研究,后来发现引起环境问题时,往往是干、湿沉降综合作用的结果,两种作用各占50%。因此,近年来已逐渐用“酸沉降”来取代“酸雨”的提法,酸沉降化学就是研究干、湿沉降过程中与酸有关的化学问题。
⑴、酸性湿沉降:指大气中的酸性物质通过降水(即天然降水,或称大气降水,包括雨、雪、雾、霜、雹、露或其他形式的大气降水)而降落到地面的过程。
⑵、酸性干沉降:指大气中的污染气体和颗粒物等酸性物质,在非降水时,通过重力或气流的作用,直接迁移降落到地表的过程。
2、作用机制
⑴、湿沉降的作用机制
①、雨除(rainout)
雨除是指被除去的物质(气体和颗粒物)参与了云的形成过程,即作为云滴的凝结核,使水蒸汽在其上凝结,云滴吸收、附着、溶解大气中的成分,并伴随化学反应的发生。
②、冲刷(washout)
冲刷是在云层下部即降水过程中的去除。
﹡湿沉降可以去除大气颗粒物总量的80~90%。
﹡酸雨(acid rain)就是酸性物质的湿沉降而形成的。
⑵、干沉降的作用机制
①、重力作用
大气中直径大于10μm的颗粒物,可以通过重力作用降落在土壤、水体表面或植物、建筑物上,被吸附或吸收。
②、随气流的对流、扩散作用
直径过小的大气颗粒物,随着气流的对流与扩散,与地表碰撞而被吸附或吸收。
干沉降:通过重力对颗粒物的作用,使它沉降,沉降的速率与颗粒物的粒径、密度、空气
运动粘滞系数有关,如:
颗粒直径(μm)
沉降速率(cm·s-1)
到达地面所需时间
8×10-5
2-13a
1
4×10-3
13-98h
10
4-9h
100
30
3-18min
3、酸雨
现代酸雨的研究是从早期的降水化学发展而来的。早在1761~1767年,Marggraf就进行了雨雪的降水化学测定。
“酸雨”一词是英国化学家罗伯特·安格斯·史密斯(R·Angus Smith)于1872年首先提出的,在其《空气和雨:化学气象学的开端》一书中首先使用了"酸雨"这一术语,指出降水的化学性质受燃煤和有机物分解等因素的影响,同时也指出酸雨对植物和材料是有害的。
Potter(1930)最早采用pH来表示雨水的酸度。1982年6月召开了“国际环境酸化会议”,标志着酸雨已成为全球性的环境问题。
⑴、pH<
未受污染的大气中,φ(CO2)=330×10-6。如果只把CO2作为影响天然降水pH的因素,通过下述平衡可以计算出pH=。
溶解平衡:CO2(g)+H2OCO2·H2O,CO2的水合平衡常数KH,即亨利定律常数;
电离平衡:H2CO3H++HCO- 3,Ka1;HCO- 3H++CO2- 3,Ka2;H2OH++OH-,Kw。
,
,
按电荷平衡原理:c(H+)=c(OH-)+c(HCO3-)+2c(CO32-)
将c(H+)、c(HCO3-)和c(CO32-)代入上式,得
,
计算结果,pH=。
多年来国际上一直将此值作为洁净大气水的背景值,把pH=