酸雨泛指PH值低于5.6的雨雪沉降,是大气污染的一种表现,有些国家称之为“空中死神”。20世纪70年代以来,美国东北部和加拿大东南部地区出现了大面积酸雨区,大约有9400个湖泊酸化变质,受到影响的水域总面积达到36000平方公里。其中,一些湖泊由于酸性过强导致各种生物几乎全部死亡而成为一潭死水。这就是世界上严重的北美死湖事件,也叫北美死湖酸雨事件。该事件不仅引发了美加两国的外交争端,也引起了各国政府和科技工作者对大气污染成因及治理的重视。
美国东北部和加拿大东南部是西半球工业最发达的地区,每年向大气中排放二氧化硫2500多万吨。其中约有380万吨由美国飘到加拿大,100多万吨由加拿大飘到美国。七十年代开始,这些地区出现了大面积酸雨区。美国受酸雨影响的水域达3.6万平方公里,23个州的17059个湖泊有9400个酸化变质。最强的酸性雨降在弗吉尼亚洲,酸度值(pH)1.4。纽约州阿迪龙达克山区,1930年只有4%的湖无鱼,1975年近50%的湖泊无鱼,其中200个是死湖,听不见蛙声,死一般寂静。加拿大受酸雨影响的水域5.2万平方公里,5000多个湖泊明显酸化。多伦多1979年平均降水酸度值(pH)3.5,比藩茄汁还要酸,安大略省萨德伯里周围1500多个湖泊池塘漂浮死鱼,湖滨树木枯萎。
20世纪30年代之后,美国东北部和加拿大东南部地区工业快速发展,与此同时,污染排放形势也比较严峻,每年向大气中排放的二氧化硫达到2500多万吨。随着二氧化硫排放量的增加,大气环境酸化现象开始出现,造成严重的酸雨污染。到了70年代,美国东北部和加拿大东南部的大量湖泊PH值仅在3.5左右,严重的区域PH值一度低到1.4左右,当地生态环境遭到严重破坏,经济也受到严重影响。美国缅因州某参议员于1981年提交的《酸雨防止法案》声称,美国东部整个地区每年因酸雨污染损失达50亿美元,以林业为主体经济的缅因州每年损失就超过17亿美元。加拿大则声称,1984年全国有1400多个湖泊和池塘由于酸雨污染导致大量鱼类死亡,有年产值250亿美元的木材业受到严重威胁。
北美死湖事件发生后,酸雨污染不仅成为美国与加拿大的环境难题,还引起两国外交争端,甚至一度关系紧张。20世纪70年代初,加拿大研究发现造成酸雨的大气污染物中60%以上是从美国产生然后越界漂过来的。1977年,加拿大正式向美国提出合作以共同解决酸雨问题,但是美国的表现并不积极,虽经多次努力都没有明确结果。80年代,加拿大环境部将酸雨列为需要解决的首要污染物之一,外交部将酸雨视为需要与美交涉的最重要事务之一。1981年3月里根访问渥太华时,成千上万的加拿大人上街示威,要求美国尽快签定治理酸雨污染的双边协定。在美加关系史上,很少有什么纠纷比酸雨问题更令两国领导人感到为难。
北美死湖事件也引起了更多国家对酸雨污染的关注,一些国家呼吁大气无国界,酸雨危害已经成为一个全球性问题。经过多次协商,1979年11月,联合国欧洲经济委员会环境部长会议在日内瓦举行,34个国家和欧洲共同体签字通过了《控制长距离越境空气污染公约》。1999年,联合国在该公约基础上制定了《哥德堡议定书》,并针对主要空气污染物又制定了2020年及以后的减排承诺,共有51个缔约国参加。多年来,该公约为国际展开科技合作和政策协商提供了重要框架,在减少空气污染方面取得了很大进展,全球酸雨面积和浓度大幅下降。
工业革命之后,西方各地的工厂、汽车以及居民家庭开始大量燃煤,并把未经处理的燃煤废气排入大气,美国和加拿大也不例外,尤其是在工业发达的地区。这些废气中含有大量二氧化硫和氮氧化物(如一氧化氮、二氧化氮)。二氧化硫在大气中被氧化成为三氧化硫,然后和大气中的水结合生成硫酸。氮氧化物则在被氧化后和水生成硝酸。硫酸和硝酸都是强酸,如果降水(雨、雪、雹、露等)中强酸的浓度过高,导致降水的pH值小于5.6,那么这样的降水就是酸雨了。酸雨的概念在 19世纪末被提出。美国的酸雨从20世纪50年代起得到关注和研究。1974年,康奈尔大学(Cornell University)的两位科学家(Cogbill和Likens)调查了美国雨水的pH值,发现美国东北部(Northeast)的平均值是4.3—5,并且很多其它地区(南至佛罗里达北至加拿大)的雨水pH值也低过了5.6。
酸雨对生态最明显的破坏就体现在水体中,如溪流、湖泊、沼泽。有些水生物能够抵抗湖水变酸,但是另一些水生物则会随着湖水酸性增高(pH值降低)而死去。通常,年幼的生物更容易因湖水变酸而死去。当湖水的pH值降到5时,水生物的卵几乎都无法孵化。当湖水的pH值低于5时,部分成年水生物死亡。不同物种对湖水酸性的耐受能力也是不同的。比如,pH值低于6时,蜗牛会死亡;pH值低于5.5时,小龙虾会死亡,植物基本上都会死亡,昆虫也基本上都会死亡;pH值低于5时,鳟鱼会死亡;pH值低于4时,青蛙会死亡。而且,即使某些物种能够承受低pH值,但如果它们所食用的物种因低pH值而死,它们也会因食物不足而死去。一般来说,湖水的pH值低于5.5,这片湖水的生态就严重受损,算是“死湖”了。20世纪80年代,美国的纽约州受酸雨影响最重,死湖数量也最大,拥有超过200个死湖。马萨诸塞州其次,拥有超过100个死湖。明尼苏达、加利福尼亚、佛蒙特、宾夕法尼亚、佛罗里达等工业发达的州也因酸雨而产生了大量死湖。
并非所有的湖泊都对酸雨非常敏感。有的湖泊的湖底土壤含有大量钙盐、镁盐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。但有的湖泊的湖底没有这样的土壤,或这样的土壤较薄,所以一旦有酸雨注入,湖水的pH值就明显降低了。这就是为什么接收酸雨的量相近、水容量也相近的湖泊会有不同的酸化程度,有的只是轻微酸化,而有的则成为了死湖。
在整个北美,最为人熟知的死湖莫过于阿迪朗达克的死湖了。
在20世纪80年代,科学家进行了一项对美国纽约州阿迪朗达克地区(Adirondack Region)的湖泊状况的调查,这项调查证实了酸雨和湖水酸化以及湖泊中生物大量死亡的关系。一共有1,469个湖泊被调查,调查结果显示其中三分之一的湖泊的 pH值低于5.6。这些湖当中,很多湖的酸化是由酸雨引起的。该地区的西部,酸雨最为严重的,那里的湖水也是阿迪朗达克地区最酸的(能中和酸的土壤很少),而且那些湖里的生物种类是最少的。直到今天,阿迪朗达克地区西部的湖仍然是美国最酸的湖。过去的一百年中,阿迪朗达克地区的pH值低于5.6的湖的数目增长了一倍。科学家曾经给这些湖里投放了共14吨小苏打,然而只是杯水车薪。
1984年,生物学家发现阿迪朗达克地区的Brooktrout湖——一个曾经满是鳟鱼的湖,以及附近的几百个湖里的鱼全都死光了。2005年底,生物学家往Brooktrout湖中投放了一批鳟鱼(20条成年鱼,2,000条鱼苗)。2006年春天,生物学家又前往Brooktrout湖调查,发现鳟鱼成功存活了。但是阿迪朗达克地区的湖水酸化仍然严重。
1985年4月,美国威斯康辛州政府公布了一项调查结果,该结果显示该州的湖泊中有302个受到酸雨的严重破坏,剩下的 1,435个湖也不同程度地受到了酸雨的破坏,死湖占据了该州湖泊的约12%。在当时,这个州的死湖数量暂时超过了阿迪朗达克地区。
安大略(Ontario)省的萨德伯里(Sudbury)曾是加拿大境内受酸雨影响最严重的地区,因为当地的镍冶炼厂曾经排放出大量的二氧化硫,引起酸雨,而且当地土壤没有足够的盐类去中和酸。当地的酸雨严重影响了湖泊。比如,1983年对萨德伯里附近的一个湖泊——Lohi Lake的调查显示,受酸雨影响,该湖的pH值最低可达4.4。但是1990年后,加拿大出台的法规制约了当地的空气污染,酸雨状况得到了一定改善。当地的湖水pH值渐渐升高了,生物多样性也有所改善。
北美死湖事件不仅是全球酸雨污染治理的推动者,也是大气污染区域协同治理的倒逼者。回顾分析北美死湖事件的经验教训,对我国大气污染防治具有重要的启示和借鉴意义。
完善生态文明制度是大气污染防治的根本保障。保护生态环境必须依靠制度建设。美加两国虽然在外交谈判上历经曲折,但是在国内却相继修订《清洁空气法案》,实施二氧化硫总量控制和排放交易制度,迫使企业降低硫氧化物和氮氧化物的排放量。改革开放以后,我国酸雨污染面积也遭遇短时间内快速发展,对我国生态系统和经济发展均带来严重影响。90年代以来,我国将酸雨和二氧化硫污染控制纳入重点工作,相继出台一系列制度,如二氧化硫排放总量控制制度、污染排放许可制度、高硫煤限产制度等,大大降低了二氧化硫的排放量和排放浓度。党的十八大以来,我国将生态文明建设摆在了突出位置,稳步推进关键制度改革,建立了严格的“大气十条”,为大气污染防治提供了根本保障。
创新环境治理机制是大气污染防治的重要抓手。大气具有很强的流动性,大气污染常常是跨行政边界呈现区域性特点,因此以行政区划为界限、各地单独治理的模式很难解决大气污染问题,必须创新环境治理机制。北美死湖事件之所以引起美加外交矛盾就在于此。我国在酸雨污染的解决过程中,创新地建立了大气污染区域联防联控机制,开展多种污染物协同控制、区域空气环境质量评价体系等实践,为大气污染防治提供了有效路径。党的十八大以来,我国在PM2.5污染的解决过程中,还创新地建立了排查、交办、核查、约谈、专项督察“五步法”工作机制、国家大气污染防治攻关联合中心“1 X”机制、“一市一策”跟踪研究机制、“专项监督 常态帮扶”新机制等,有效推动了全国大气环境质量的改善。当前,我国已经开启全面建设社会主义现代化国家新征程,大气环境保护事关人民群众根本利益,事关实现中华民族伟大复兴中国梦,应不断创新环境治理机制,探索区域统一规划、统一标准、统一环评、统一监测和统一执法的综合治理系统,推动形成区域协同长效机制和市场激励机制,为大气污染防治提供有力抓手。
加强环境科技创新为大气污染防治提供有力支撑。科学技术是大气污染防治的重要支撑,全球酸雨问题的有效解决离不开大量科技工作者的研究。近年来,我国在环境科学与技术研究方面不断加大力度,如成立国家大气污染防治攻关中心、布局5000多个空气质量监测站、安装重点企业在线监测系统等,为大气环境保护作出了重要贡献。但是,我们也该清晰地看到,随着我国大气环境质量稳中向好的同时也进入了“深水区”,改善幅度越来越窄、改善难度越来越大,主要原因在于能源结构调整不到位。因此,要不断加强环境科技创新,开发利用清洁能源,加快能源结构调整,实现绿色低碳发展。同时,还要加强环境科学基础和前沿工程技术的研究,实施大气污染成因与治理攻关项目,完善环境质量监测网和提升环境质量自动检测技术,实现环境监测与科学研究的紧密结合,为大气污染精准防治提供有力支撑。