蒸汽机的问世将人类社会牵引进工业文明，亿万吨煤炭的燃烧维持着社会生产和生活的运转。但煤含有的杂质硫，在燃烧中会转变为酸性气体二氧化硫；燃烧产生的高温还使空气中的氧气与氮气化合，形成硝酸类气体。它们在高空中不断积累，并为雨雪冲刷，溶解，最终形成酸雨。纯粹、中性的雨水中溶解了大气中的二氧化硫等酸性气体，表现出明显的酸性，即成为酸雨。
1872年，英国科学家史密斯发现伦敦雨水呈酸性，首先提出“酸雨”这一专有名词。现在，世界上形成了欧洲、北美和中国三大酸雨区。
酸雨污染概述
酸雨是雨、雾、露、霜、雪、雹等与煤、石油等矿物燃料燃烧时排入空中的碳氧化物、硫氧化物、氮氧化物相结合，形成稀释的碳酸、硫酸、硝酸，使雨雪的酸碱度下降。现在“酸雨”一词已用来泛指酸性物质以湿沉降（雨、雪）或干沉降（酸性颗粒物）的形式从大气转移到地面上。酸雨中绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于人类广泛使用化石燃料向大气排放的大量的二氧化硫和氮氧化物。
欧洲是世界上一大酸雨区，由于欧洲地区土壤缓冲酸性物质的能力弱，酸雨使欧洲30%的林区因酸雨的影响而退化。在北欧，由于土壤自然酸度高，水体和土壤酸化都特别严重，有些湖泊的酸化导致鱼类灭绝。美国和加拿大东部也是一大酸雨区。美国国家地表水调查数据显示，酸雨造成了75%的湖泊和大约一半的河流酸化。加拿大政府估计，加拿大43%的土地（主要在东部）对酸雨高度敏感，有14000个湖泊是酸性的。亚洲的酸雨主要集中在东亚，其中我国南方是酸雨最严重的地区，成为世界上又一大酸雨区。
一、酸雨的出现
酸雨是大气受污染的一种表现，因最早引起注意的是酸性的降雨，所以习惯上统称为酸雨。
纯净的雨雪在降落时，空气中的二氧化碳会溶入其中形成碳酸，因而具有一定的弱酸性。空气中的二氧化碳浓度一般在3.16/10000左右，这时降水的pH值可达5.6。这是正常的现象，不是我们通常所说的酸雨。
我们所讲的酸雨是指由于人类活动的影响，使得pH值降低至5.6以下的酸性降水。随着近现代工业化的发展，这样的降水开始出现，并且逐年增多。它已经开始影响到人类赖以生存的环境以及人类自己了。
古代的雨雪酸度没有记载，对大约180年前的格陵兰岛积冰的测定表明，那时降雪的pH值为6～7.6之间。
20世纪50年代以前，世界上降水的pH值一般都大于5，少数工业区曾降酸雨。从20世纪60年代开始，随着工业的发展和矿物燃料消耗的增多，世界上一些工业发达地区（如北欧南部和北美东部）降水的pH值降到5以下，而且范围不断扩大，生态系统受到了明显的伤害。
1872年，英国科学家史密斯分析了伦敦市雨水成分，发现它呈酸性，且农村雨水中含碳酸铵，酸性不大；郊区雨水含硫酸铵，略呈酸性；市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐，呈酸性。他在《空气和降雨：化学气候学的开端》一书中首先使用了“酸雨”这一术语，指出降水的化学性质受到燃煤和有机物分解等因素的影响，也指出酸雨对植物和材料是有害的。
20世纪50年代中期，美国水生生态学家戈勒姆进行了一系列研究工作，揭示了降水的酸度同湖水和土壤酸度之间的关系，并指出降水酸度是矿物燃料燃烧和金属冶炼排出的二氧化硫造成的。但是，他们的工作都没有引起人们的注意。
北欧国家瑞典和挪威的渔业在20世纪50年代初发生减产，但一直搞不清楚原因，直到1959年，挪威科学家才揭示元凶是酸雨。欧洲大陆工业排放大量酸性气体，随高空气流飘到北欧，被雨雪冲刷，形成酸雨，使湖泊酸化，导致渔业减产。
20世纪60年代，欧洲建立了欧洲大气化学监测网，继而发现pH值低于4.0的酸雨地区，集中于地势较低的地区，如荷兰、丹麦、比利时等。瑞典土壤学家奥登首先对湖沼学、农学和大气化学的有关记录进行了综合性研究，发现酸性降水是欧洲的一种大范围现象，降水和地面水的酸度正在不断升高，含硫和含氮的污染物在欧洲可以迁移上千千米。奥登的研究证实了欧洲大陆存在大面积酸雨，酸雨问题是洲级区域环境问题。
1972年，瑞典政府向联合国人类环境会议提出一份报告：《穿越国界的大气污染：大气和降水中的硫对环境的影响》，引起各国政府关注。1973～1975年，欧洲经济合作与发展组织开展了专项研究，证实酸雨地区几乎覆盖了整个西北欧。1974年和以后北美证实在美国东北部和与加拿大交界地区亦发现大面积酸雨区域，几乎北美有2/3陆地面积受到酸雨威胁，甚至在美国夏威夷群岛的迎风一侧，也出现酸雨。再后，东南亚日本、韩国等亦发现大面积酸雨。有位科学家到杳无人烟，且长年冰封雪盖的格陵兰岛，给冰层打钻，取出180年前的冰块，与现在的酸度相比，酸度增长了99倍。至此，世人公认酸雨是当前全球性重要区域环境污染问题之一。
1975年5月，在美国俄亥俄州立大学举行了第一次国际酸性降水和森林生态系统讨论会。1982年6月，在瑞典斯德哥尔摩召开了国际环境酸化会议。1986年5月，在肯尼亚首都内罗毕召开的第三世界环境保护国际会议上，专家们认为，酸雨现象正在发展，它已成为严重威胁世界环境的十大问题之一。
二、酸雨率、酸雨区、两控区
判断某个地区受酸雨污染的程度，会有一些相应的指标，酸雨率就是其中一个。对于一个地区而言，一年之内可降若干次雨，有的是酸雨，有的不是酸雨，因此一般称某地区的酸雨率为该地区酸雨次数除以降雨的总次数。其最低值为0%，最高值为100%。如果有降雪，当以降雨视之。有时，一个降雨过程可能持续几天，所以酸雨率应以一个降水全过程为单位，即酸雨率为一年出现酸雨的降水过程次数除以全年降水过程的总次数。
根据一个地区的酸雨率，以及年均降水pH值的大小，可以判断一个地区是否为酸雨区，以及受酸雨污染的严重程度。某地收集到酸雨样品，并不能说明该地区即为酸雨区，因为一年中可能有数十场雨，某场雨可能是酸雨，某场雨可能不是酸雨，所以要看年均值。我国目前划分酸雨区使用的是“五级标准”，即年均降水pH值高于5.65，酸雨率是0%～20%，为非酸雨区；pH值在5.30～5.60之间，酸雨率是10%～40%，为轻酸雨区；pH值在5.00～5.30之间，酸雨率是30%～60%，为中度酸雨区；pH值在4.70～5.00之间，酸雨率是50%～80%，为较重酸雨区；pH值小于4.70，酸雨率是70%～100%，为重酸雨区。
我国目前主要有三大酸雨区，包括：
（1）华中酸雨区。目前它已成为全国酸雨污染范围最大，中心强度最高的酸雨污染区。
（2）西南酸雨区。它是仅次于华中酸雨区的降水污染严重区域。
（3）华东沿海酸雨区。它的污染强度低于华中，西南酸雨区。
为了控制酸雨污染，将一些地区确定为酸雨控制区；为了控制造成酸雨污染的二氧化硫气体排放，将一些地区确定为二氧化硫控制区。酸雨控制区和二氧化硫控制区就是环境保护术语中经常提到的两控区。
酸雨控制区应包括酸雨污染最严重地区及其周边二氧化硫排放量较大地区。有关研究结果表明，降水pH值≤4.9时，将会对森林、农作物和材料产生损害。西方发达国家多将降水pH值≤4.6作为确定受控对象的指标。在我国酸雨污染较严重的区域内，包含一些经济落后的贫困地区，这些地区目前还不具备严格控制二氧化硫排放的条件。基于上述考虑，并结合我国社会发展水平和经济承受能力，确定酸雨控制区的划分基本条件为（国家级贫困县暂不划入酸雨控制区）：
（1）现状监测降水pH值≤4.5；
（2）硫沉降超过临界负荷；
（3）二氧化硫排放量较大的区域。
我国二氧化硫污染主要集中于城市，污染的主要原因是局地大量的燃煤设施排放二氧化硫所致，受外来源影响较小，控制二氧化硫污染主要是控制局部地区的二氧化硫排放源。二氧化硫年平均浓度的二级标准是保护居民和生态环境不受危害的基本要求，而二氧化硫日平均浓度的三级标准是保护居民和生态环境不受急性危害的最低要求。因此，二氧化硫污染控制区的划分基本条件确定为：
（1）近年来环境空气二氧化硫年平均浓度超过国家二级标准；
（2）日平均浓度超过国家三级标准；
（3）二氧化硫排放量较大；
（4）以城市为基本控制单元。
国家级贫困县暂不划入二氧化硫污染控制区。酸雨和二氧化硫污染都严重的南方城市，不划入二氧化硫控制区，划入酸雨控制区。
三、酸雨的成分及形成过程
酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸，多数情况下以硫酸为主。美国测定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。硫酸和硝酸是由人为排放的二氧化硫和氮氧化物转化而成的，二氧化硫和氮氧化物可以是当地排放的，也可以是从远处迁移来的。
现代工农业和交通排放大量的、种类繁多的污染物到空气中，其中，煤和石油燃烧以及金属冶炼等释放到大气中的二氧化硫，通过气相或液相氧化反应生成硫酸。高温燃烧生成一氧化氮，排入大气后大部分转化成为二氧化氮，遇水生成硝酸和亚硝酸。
由于人类活动和自然过程，还有许多气态或固体物质进入大气，对酸雨的形成也会产生影响。大气颗粒物中的铁、铜、镁、钒是成酸反应的催化剂。大气光化学反应生成的臭氧和过氧化氢等又是使二氧化硫氧化的氧化剂，飞灰中的氧化钙、土壤中的碳酸钙、天然和人为来源的氨气以及其他碱性物质可与酸反应而使酸中和。
酸雨中含有一定浓度的盐类，来自于降水过程中被冲刷的正漂浮在大气中的酸碱物质比例。此种盐类的成分与该地区的排放源性质有关，有点像反映地区排放特点的“指纹”，被称作降水化学。我国南方降水化学中硫酸根浓度较高，平均是德国的4.5倍，美国的5.5倍；硫酸根与硝酸根之比是德国的7.0倍，我国南方酸雨属于硫酸型的，主要由煤烟型大气污染造成的；美国和德国降水是硝酸型的，主要由汽车尾气型大气污染造成的。
酸雨成分中硫酸和硝酸的比例也不是一成不变的，随着社会发展和工业生产中能源结构的变化而改变。就我国情况而言，目前二氧化硫排放量比氮氧化物排放量要大，所以酸雨中的硫酸多于硝酸。但是个别的南方省市，如广东、福建等省，二氧化硫的排放量比氮氧化物的排放量要小，且从发展的角度考虑，汽车数量在我国增加较快，而汽车尾气排放的主要是增加氮氧化物的排放量。因此，在未来的若干年内，可能出现氮氧化物排放量超过二氧化硫排放量的情况，到时候，酸雨中的硝酸就会占有较高的比例。
酸雨的形成是一种复杂的大气化学和大气物理现象。空气中存在着各种酸性、碱性、中性的气体和颗粒物，而最终降水的酸度就是降水中的主要阴阳离子的平衡。当大气中二氧化硫和一氧化氮的浓度较高时，降水中就会表现为酸性；如果降水中代表碱性物质的几个主要阳离子浓度也较高时，降水就不会有很高的酸度，甚至可能呈现碱性。在碱性土壤地区，或大气中颗粒物浓度高时，往往出现这种情况。相反，即使大气中二氧化硫和一氧化氮浓度不高，而碱性物质相对更少时，则降水仍然会有较高的酸度。
另外，二氧化硫进入大气后，通过光化学反应，变为硫酸根，这需要一段时间，二氧化硫扩散到很远的地方。因此，硫酸型酸雨的形成可以是本地二氧化硫污染引起的，也可以是别处的二氧化硫污染引起的。一氧化氮进入大气后，很快与氧气化合，生成二氧化氮，继而变为硝酸根，需要时间较短。因此，硝酸性酸雨的形成主要是本地的氮氧化物污染引起的。
酸雨的形成过程，是从工业生产，民用生活燃烧煤炭，汽车尾气排放出二氧化硫、氮氧化物开始的。之后经过“云内成雨过程”，自由大气里由于存在0.1～10微米范围的凝结核而造成了水蒸气的凝结，然后通过碰并和聚结等过程进一步生长从而形成云滴和雨滴在云内，云滴相互碰并或与气溶胶粒子碰并，同时吸收大气中气体污染物，在云滴内部发生化学反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴。再经过“云下冲刷过程”，在雨滴下降过程中，雨滴冲刷着所经过空气中的气体和气溶胶，不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，雨滴内部也会发生化学反应。最终，雨滴降落在地面上，形成了酸雨。我们可以把这个过程分解为具体的四个步骤：
（1）水蒸气冷凝在含有硫酸盐、硝酸盐等的凝结核上；
（2）形成云雾时，二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳等被水滴吸收；
（3）气溶胶颗粒物质和水滴在云雾形成过程中互相碰撞、聚凝并与雨滴结合在一起；
（4）降水时空气中的一次污染物和二次污染物被冲洗进雨。
