酸雨泛指PH值低于5.6的雨雪沉降,是大氣污染的一種表現(xiàn),有些國家稱之為“空中死神”。20世紀70年代以來,美國東北部和加拿大東南部地區(qū)出現(xiàn)了大面積酸雨區(qū),大約有9400個湖泊酸化變質(zhì),受到影響的水域總面積達到36000平方公里。其中,一些湖泊由于酸性過強導致各種生物幾乎全部死亡而成為一潭死水。這就是世界上嚴重的北美死湖事件,也叫北美死湖酸雨事件。該事件不僅引發(fā)了美加兩國的外交爭端,也引起了各國政府和科技工作者對大氣污染成因及治理的重視。
美國東北部和加拿大東南部是西半球工業(yè)最發(fā)達的地區(qū),每年向大氣中排放二氧化硫2500多萬噸。其中約有380萬噸由美國飄到加拿大,100多萬噸由加拿大飄到美國。七十年代開始,這些地區(qū)出現(xiàn)了大面積酸雨區(qū)。美國受酸雨影響的水域達3.6萬平方公里,23個州的17059個湖泊有9400個酸化變質(zhì)。最強的酸性雨降在弗吉尼亞洲,酸度值(pH)1.4。紐約州阿迪龍達克山區(qū),1930年只有4%的湖無魚,1975年近50%的湖泊無魚,其中200個是死湖,聽不見蛙聲,死一般寂靜。加拿大受酸雨影響的水域5.2萬平方公里,5000多個湖泊明顯酸化。多倫多1979年平均降水酸度值(pH)3.5,比藩茄汁還要酸,安大略省薩德伯里周圍1500多個湖泊池塘漂浮死魚,湖濱樹木枯萎。
20世紀30年代之后,美國東北部和加拿大東南部地區(qū)工業(yè)快速發(fā)展,與此同時,污染排放形勢也比較嚴峻,每年向大氣中排放的二氧化硫達到2500多萬噸。隨著二氧化硫排放量的增加,大氣環(huán)境酸化現(xiàn)象開始出現(xiàn),造成嚴重的酸雨污染。到了70年代,美國東北部和加拿大東南部的大量湖泊PH值僅在3.5左右,嚴重的區(qū)域PH值一度低到1.4左右,當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞,經(jīng)濟也受到嚴重影響。美國緬因州某參議員于1981年提交的《酸雨防止法案》聲稱,美國東部整個地區(qū)每年因酸雨污染損失達50億美元,以林業(yè)為主體經(jīng)濟的緬因州每年損失就超過17億美元。加拿大則聲稱,1984年全國有1400多個湖泊和池塘由于酸雨污染導致大量魚類死亡,有年產(chǎn)值250億美元的木材業(yè)受到嚴重威脅。
北美死湖事件發(fā)生后,酸雨污染不僅成為美國與加拿大的環(huán)境難題,還引起兩國外交爭端,甚至一度關系緊張。20世紀70年代初,加拿大研究發(fā)現(xiàn)造成酸雨的大氣污染物中60%以上是從美國產(chǎn)生然后越界漂過來的。1977年,加拿大正式向美國提出合作以共同解決酸雨問題,但是美國的表現(xiàn)并不積極,雖經(jīng)多次努力都沒有明確結果。80年代,加拿大環(huán)境部將酸雨列為需要解決的首要污染物之一,外交部將酸雨視為需要與美交涉的最重要事務之一。1981年3月里根訪問渥太華時,成千上萬的加拿大人上街示威,要求美國盡快簽定治理酸雨污染的雙邊協(xié)定。在美加關系史上,很少有什么糾紛比酸雨問題更令兩國領導人感到為難。
北美死湖事件也引起了更多國家對酸雨污染的關注,一些國家呼吁大氣無國界,酸雨危害已經(jīng)成為一個全球性問題。經(jīng)過多次協(xié)商,1979年11月,聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會環(huán)境部長會議在日內(nèi)瓦舉行,34個國家和歐洲共同體簽字通過了《控制長距離越境空氣污染公約》。1999年,聯(lián)合國在該公約基礎上制定了《哥德堡議定書》,并針對主要空氣污染物又制定了2020年及以后的減排承諾,共有51個締約國參加。多年來,該公約為國際展開科技合作和政策協(xié)商提供了重要框架,在減少空氣污染方面取得了很大進展,全球酸雨面積和濃度大幅下降。
工業(yè)革命之后,西方各地的工廠、汽車以及居民家庭開始大量燃煤,并把未經(jīng)處理的燃煤廢氣排入大氣,美國和加拿大也不例外,尤其是在工業(yè)發(fā)達的地區(qū)。這些廢氣中含有大量二氧化硫和氮氧化物(如一氧化氮、二氧化氮)。二氧化硫在大氣中被氧化成為三氧化硫,然后和大氣中的水結合生成硫酸。氮氧化物則在被氧化后和水生成硝酸。硫酸和硝酸都是強酸,如果降水(雨、雪、雹、露等)中強酸的濃度過高,導致降水的pH值小于5.6,那么這樣的降水就是酸雨了。酸雨的概念在 19世紀末被提出。美國的酸雨從20世紀50年代起得到關注和研究。1974年,康奈爾大學(Cornell University)的兩位科學家(Cogbill和Likens)調(diào)查了美國雨水的pH值,發(fā)現(xiàn)美國東北部(Northeast)的平均值是4.3—5,并且很多其它地區(qū)(南至佛羅里達北至加拿大)的雨水pH值也低過了5.6。
酸雨對生態(tài)最明顯的破壞就體現(xiàn)在水體中,如溪流、湖泊、沼澤。有些水生物能夠抵抗湖水變酸,但是另一些水生物則會隨著湖水酸性增高(pH值降低)而死去。通常,年幼的生物更容易因湖水變酸而死去。當湖水的pH值降到5時,水生物的卵幾乎都無法孵化。當湖水的pH值低于5時,部分成年水生物死亡。不同物種對湖水酸性的耐受能力也是不同的。比如,pH值低于6時,蝸牛會死亡;pH值低于5.5時,小龍蝦會死亡,植物基本上都會死亡,昆蟲也基本上都會死亡;pH值低于5時,鱒魚會死亡;pH值低于4時,青蛙會死亡。而且,即使某些物種能夠承受低pH值,但如果它們所食用的物種因低pH值而死,它們也會因食物不足而死去。一般來說,湖水的pH值低于5.5,這片湖水的生態(tài)就嚴重受損,算是“死湖”了。20世紀80年代,美國的紐約州受酸雨影響最重,死湖數(shù)量也最大,擁有超過200個死湖。馬薩諸塞州其次,擁有超過100個死湖。明尼蘇達、加利福尼亞、佛蒙特、賓夕法尼亞、佛羅里達等工業(yè)發(fā)達的州也因酸雨而產(chǎn)生了大量死湖。
并非所有的湖泊都對酸雨非常敏感。有的湖泊的湖底土壤含有大量鈣鹽、鎂鹽而能中和湖水的酸性,所以即便酸雨注入湖水,湖水的pH值也不低。但有的湖泊的湖底沒有這樣的土壤,或這樣的土壤較薄,所以一旦有酸雨注入,湖水的pH值就明顯降低了。這就是為什么接收酸雨的量相近、水容量也相近的湖泊會有不同的酸化程度,有的只是輕微酸化,而有的則成為了死湖。
在整個北美,最為人熟知的死湖莫過于阿迪朗達克的死湖了。
在20世紀80年代,科學家進行了一項對美國紐約州阿迪朗達克地區(qū)(Adirondack Region)的湖泊狀況的調(diào)查,這項調(diào)查證實了酸雨和湖水酸化以及湖泊中生物大量死亡的關系。一共有1,469個湖泊被調(diào)查,調(diào)查結果顯示其中三分之一的湖泊的 pH值低于5.6。這些湖當中,很多湖的酸化是由酸雨引起的。該地區(qū)的西部,酸雨最為嚴重的,那里的湖水也是阿迪朗達克地區(qū)最酸的(能中和酸的土壤很少),而且那些湖里的生物種類是最少的。直到今天,阿迪朗達克地區(qū)西部的湖仍然是美國最酸的湖。過去的一百年中,阿迪朗達克地區(qū)的pH值低于5.6的湖的數(shù)目增長了一倍。科學家曾經(jīng)給這些湖里投放了共14噸小蘇打,然而只是杯水車薪。
1984年,生物學家發(fā)現(xiàn)阿迪朗達克地區(qū)的Brooktrout湖——一個曾經(jīng)滿是鱒魚的湖,以及附近的幾百個湖里的魚全都死光了。2005年底,生物學家往Brooktrout湖中投放了一批鱒魚(20條成年魚,2,000條魚苗)。2006年春天,生物學家又前往Brooktrout湖調(diào)查,發(fā)現(xiàn)鱒魚成功存活了。但是阿迪朗達克地區(qū)的湖水酸化仍然嚴重。
1985年4月,美國威斯康辛州政府公布了一項調(diào)查結果,該結果顯示該州的湖泊中有302個受到酸雨的嚴重破壞,剩下的 1,435個湖也不同程度地受到了酸雨的破壞,死湖占據(jù)了該州湖泊的約12%。在當時,這個州的死湖數(shù)量暫時超過了阿迪朗達克地區(qū)。
安大略(Ontario)省的薩德伯里(Sudbury)曾是加拿大境內(nèi)受酸雨影響最嚴重的地區(qū),因為當?shù)氐逆囈睙拸S曾經(jīng)排放出大量的二氧化硫,引起酸雨,而且當?shù)赝寥罌]有足夠的鹽類去中和酸。當?shù)氐乃嵊陣乐赜绊懥撕?。比如?983年對薩德伯里附近的一個湖泊——Lohi Lake的調(diào)查顯示,受酸雨影響,該湖的pH值最低可達4.4。但是1990年后,加拿大出臺的法規(guī)制約了當?shù)氐目諝馕廴?,酸雨狀況得到了一定改善。當?shù)氐暮畃H值漸漸升高了,生物多樣性也有所改善。
北美死湖事件不僅是全球酸雨污染治理的推動者,也是大氣污染區(qū)域協(xié)同治理的倒逼者?;仡櫡治霰泵浪篮录慕?jīng)驗教訓,對我國大氣污染防治具有重要的啟示和借鑒意義。
完善生態(tài)文明制度是大氣污染防治的根本保障。保護生態(tài)環(huán)境必須依靠制度建設。美加兩國雖然在外交談判上歷經(jīng)曲折,但是在國內(nèi)卻相繼修訂《清潔空氣法案》,實施二氧化硫總量控制和排放交易制度,迫使企業(yè)降低硫氧化物和氮氧化物的排放量。改革開放以后,我國酸雨污染面積也遭遇短時間內(nèi)快速發(fā)展,對我國生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟發(fā)展均帶來嚴重影響。90年代以來,我國將酸雨和二氧化硫污染控制納入重點工作,相繼出臺一系列制度,如二氧化硫排放總量控制制度、污染排放許可制度、高硫煤限產(chǎn)制度等,大大降低了二氧化硫的排放量和排放濃度。黨的十八大以來,我國將生態(tài)文明建設擺在了突出位置,穩(wěn)步推進關鍵制度改革,建立了嚴格的“大氣十條”,為大氣污染防治提供了根本保障。
創(chuàng)新環(huán)境治理機制是大氣污染防治的重要抓手。大氣具有很強的流動性,大氣污染常常是跨行政邊界呈現(xiàn)區(qū)域性特點,因此以行政區(qū)劃為界限、各地單獨治理的模式很難解決大氣污染問題,必須創(chuàng)新環(huán)境治理機制。北美死湖事件之所以引起美加外交矛盾就在于此。我國在酸雨污染的解決過程中,創(chuàng)新地建立了大氣污染區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控機制,開展多種污染物協(xié)同控制、區(qū)域空氣環(huán)境質(zhì)量評價體系等實踐,為大氣污染防治提供了有效路徑。黨的十八大以來,我國在PM2.5污染的解決過程中,還創(chuàng)新地建立了排查、交辦、核查、約談、專項督察“五步法”工作機制、國家大氣污染防治攻關聯(lián)合中心“1 X”機制、“一市一策”跟蹤研究機制、“專項監(jiān)督 常態(tài)幫扶”新機制等,有效推動了全國大氣環(huán)境質(zhì)量的改善。當前,我國已經(jīng)開啟全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程,大氣環(huán)境保護事關人民群眾根本利益,事關實現(xiàn)中華民族偉大復興中國夢,應不斷創(chuàng)新環(huán)境治理機制,探索區(qū)域統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一環(huán)評、統(tǒng)一監(jiān)測和統(tǒng)一執(zhí)法的綜合治理系統(tǒng),推動形成區(qū)域協(xié)同長效機制和市場激勵機制,為大氣污染防治提供有力抓手。
加強環(huán)境科技創(chuàng)新為大氣污染防治提供有力支撐??茖W技術是大氣污染防治的重要支撐,全球酸雨問題的有效解決離不開大量科技工作者的研究。近年來,我國在環(huán)境科學與技術研究方面不斷加大力度,如成立國家大氣污染防治攻關中心、布局5000多個空氣質(zhì)量監(jiān)測站、安裝重點企業(yè)在線監(jiān)測系統(tǒng)等,為大氣環(huán)境保護作出了重要貢獻。但是,我們也該清晰地看到,隨著我國大氣環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)中向好的同時也進入了“深水區(qū)”,改善幅度越來越窄、改善難度越來越大,主要原因在于能源結構調(diào)整不到位。因此,要不斷加強環(huán)境科技創(chuàng)新,開發(fā)利用清潔能源,加快能源結構調(diào)整,實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展。同時,還要加強環(huán)境科學基礎和前沿工程技術的研究,實施大氣污染成因與治理攻關項目,完善環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)和提升環(huán)境質(zhì)量自動檢測技術,實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測與科學研究的緊密結合,為大氣污染精準防治提供有力支撐。