环境化学中的沉降是什么？了解空气污染如何损害生态系统

在环境化学中，沉降是指化学污染物和其他物质从大气中去除并转移到地球表面的过程。这包括沉降到土壤、植被、湖泊、河流和海洋中。它代表了污染物在空气中旅程的最后阶段，直接将大气污染与其对陆地和水生生态系统的影响联系起来。

沉降是空气污染与其具体环境后果之间的关键桥梁。核心概念是它不是一个单一的过程，而是通过两种不同的机制发生——湿沉降（通过雨雪）和干沉降（颗粒和气体的直接沉降）——它们共同决定了污染物如何、在何处以及何时损害我们的环境。

沉降的两个基本途径

要了解大气污染物的影响，我们必须首先区分它们到达地面的两种主要方式。这两种途径之间的平衡取决于化学物质、气候和当地地理环境。

湿沉降发生在污染物被纳入云中的水滴，然后以降水的形式落到地球上，例如雨、雪、雾或雨夹雪。

这个过程通常涉及化学转化。例如，二氧化硫 (SO₂) 和氮氧化物 (NOx) 等气体与大气中的水、氧气和其他化学物质反应形成酸。这些酸随后溶解在云水中，导致了被称为酸雨的现象。

湿沉降在“清除”或洗涤大气中的污染物方面效率很高。然而，它是一个偶发过程，这意味着其影响集中在降水事件期间和之后。

干沉降是指在没有降水的情况下，大气污染物转移到表面的过程。这比湿沉降是一个更缓慢、更连续的过程。

它主要通过两种方式发生。首先，颗粒物（气溶胶、灰尘、烟尘）由于重力作用缓慢地从空气中沉降。其次，气体可以直接被表面吸收，包括植被、土壤和水体。

虽然不如一场酸雨那样引人注目，但干沉降可能是一个重要的，有时甚至是主要的污染源，尤其是在干旱气候或靠近排放源的地区。

沉降不是一个通用的过程；其环境影响由被沉降的具体化学物质决定。

最著名的罪魁祸首是二氧化硫 (SO₂) 和氮氧化物 (NOx)，主要来自化石燃料的燃烧。一旦进入大气，它们会形成硫酸和硝酸。

当这些酸沉降时，它们会降低土壤和水体的 pH 值。这种酸化会从土壤中浸出必需的营养物质，损害森林冠层，并杀死敏感湖泊和溪流中的鱼类和其他生物。

氮化合物，包括农业中的氨 (NH₃) 和燃烧产生的 NOx，在沉降后也起到肥料的作用。

虽然氮对生命至关重要，但过量的氮沉降到水生生态系统会导致富营养化。这种过度施肥会引发有害藻华，藻华死亡后会耗尽水中的氧气，形成鱼类无法生存的“死亡区”。

来自燃煤的汞等有毒物质以及工业过程和农药产生的持久性有机污染物 (POPs) 可以在大气中长距离传输。

它们的沉降使它们进入食物网。由于它们不易分解，这些毒素会生物累积，在更高的营养级中浓度更高，对野生动物和食用受污染鱼类的人类构成健康风险。

研究和管理沉降因固有的科学和后勤挑战而变得复杂。承认这些局限性对于制定有效政策至关重要。

湿沉降相对容易测量：您收集特定区域的降水并分析其化学成分。

干沉降的直接测量非常困难。它取决于风速、湍流、表面特征（例如，粗糙的森林冠层与光滑的湖泊）以及化学物质性质之间复杂的相互作用。因此，它的贡献通常通过计算机模型而不是测量来估算，这引入了一定程度的不确定性。

污染物可以在距离其源头几英里内沉降，也可以随风传播数百甚至数千英里，跨越州界和国界。

这使得沉降成为一个跨界污染问题。一个国家森林受损的酸雨可能源于另一个国家的排放，这带来了重大的监管和外交挑战。解决方案不能仅仅是局部的；它需要对排放采取广泛的合作行动。

理解沉降是将排放与环境结果联系起来的关键。您的关注点将决定这个过程中哪个方面最关键。

通过掌握沉降机制，您可以将空气中看不见的化学物质与我们周围世界可见的健康联系起来。

机制	描述	关键污染物与影响
湿沉降	污染物通过降水（雨、雪）去除。	酸化化合物（SO₂、NOx）：导致酸雨、土壤/水酸化。营养物质（N）：导致富营养化。
干沉降	无雨情况下颗粒/气体的直接沉降。	重金属（例如汞）、POPs：在食物网中生物累积。气体/颗粒：直接表面损伤。