張金平
近地面層的 ““隱形殺手”
——臭氧污
張金平
近日,國際環(huán)保組織亞洲清潔空氣中心發(fā)布《大氣中國2016:中國大氣污染防治進程》報告稱,根據(jù)政府公開數(shù)據(jù)分析,除PM2.5外,公眾難以覺察的臭氧污染,正呈加劇趨勢,并日益影響人們的生活。
與“張牙舞爪”的霧霾相比,臭氧要“低調(diào)”得多,悄悄地“隱藏”在萬里晴空中,卻成為近幾年夏天列入監(jiān)控指標以來眾多城市的大氣環(huán)境污染元兇。
來自環(huán)保部門的數(shù)據(jù)顯示,2015年,我國74個重點城市臭氧年均濃度繼續(xù)上升,上升比例為3.4%;達標城市比例繼續(xù)下降,下降比例為5.4%。在長三角地區(qū),臭氧成為唯一不降反升的污染物。其中在6月所有超標天數(shù)中,以臭氧為首要污染物的天數(shù)最多,超過了以PM2.5為首要污染物的天數(shù)。
2016年上半年,京津冀地區(qū)地面臭氧平均濃度為100.4微克/立方米,比2013年同期升高18.8%,比2015年同期升高8.9%;長三角地區(qū)平均濃度為93.2微克/立方米,比2013年同期升高3.2%,比2015年同期升高6.5%。
臭氧,與維持全人類生命的氧氣就差一個字,在分子結(jié)構(gòu)上就多一個氧原子,卻是石墨和鉆石的區(qū)別。這兩組區(qū)別如天上地下一般的東西都是同素異形體,也就是由同樣的單一化學元素構(gòu)成,但性質(zhì)卻不相同的單質(zhì)。
因為比氧氣多了一個氧原子,所以臭氧的氧化性比氧氣更強。什么叫氧化性?切開的蘋果放一會兒切面就變成褐色了,因為被空氣里的氧氣氧化了;姑娘們的嫩臉一天天變老了,就是她身體氧化的結(jié)果。臭氧的氧化性比氧氣強,到底強到什么程度?自來水、游泳池里的氯氣味都聞到過吧?那是消毒用的,要換成臭氧消毒,氣味比氯氣還猛點。所以家庭用的消毒柜上層都是靠臭氧來消毒的。
臭氧在常溫常壓下為淡藍色氣體,微量時有清新味,濃度高時味道嗆鼻。在常溫常壓狀態(tài)下,臭氧穩(wěn)定性較差,可自行分解為氧氣。
事實上,簡單將“臭氧”與“污染”畫等號并不科學。比如,雷雨之后,空氣會變得清新,甚至能聞到青草的味道,這是因為少部分氧氣在遭雷擊后轉(zhuǎn)變?yōu)槌粞酰粞蹙哂泻軓姷南炯皽缇δ?;地球上絕大多數(shù)臭氧處于距地面25千米左右的平流層,它們吸收掉了太陽放射出的大量對人類、動物及植物有害的紫外線輻射,成為地球的重要屏障。
不過,如果近地面的臭氧濃度過高,則會對人類及生態(tài)環(huán)境造成危害。根據(jù)我國空氣質(zhì)量監(jiān)測標準,臭氧1小時平均濃度超過200微克/立方米,即為超標;某一日臭氧的最大8小時滑動平均值超過160微克/立方米時,當日即為臭氧污染。
走在車水馬龍的大街上,我們有時會覺得空氣帶著淺棕色,還伴隨著辛辣刺激的味道,這就是通常所說的光化學煙霧,臭氧則是這里面最主要的成分之一。
臭氧作為一種強氧化劑,幾乎能與任何生物組織反應,對呼吸道的破壞性很強。根據(jù)加拿大職業(yè)健康與安全中心的介紹,臭氧會刺激和損害鼻黏膜和呼吸道,這種刺激,輕則引發(fā)胸悶咳嗽、咽喉腫痛,重則引發(fā)哮喘,導致上呼吸道疾病惡化,還可能導致肺功能減弱、肺氣腫和肺組織損傷,而且這些損傷往往是不可修復的。因此,對患有氣喘病、肺氣腫和慢性支氣管炎的人來說,只要暴露在低濃度的臭氧中,都可能對他們產(chǎn)生明顯的危害。
同樣,臭氧也會刺激眼睛,使視覺敏感度和視力降低。它會破壞皮膚中的維生素E,讓皮膚長皺紋、黑斑;當臭氧濃度在200微克/立方米以上時,會損害中樞神經(jīng)系統(tǒng),讓人頭痛、胸痛、思維能力下降。
此外,臭氧會阻礙血液輸氧功能,造成組織缺氧,使甲狀腺功能受損、骨骼鈣化。美國斯克利普斯應用科學研究所教授保羅·溫特沃斯曾經(jīng)做過研究,發(fā)現(xiàn)臭氧會破壞人體的免疫機能,誘發(fā)淋巴細胞染色體畸變,損害某些酶的活性和產(chǎn)生溶血反應。
值得一提的是,臭氧會將空氣中的二氧化硫、氮氧化物等氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化成硫酸鹽、硝酸鹽等細顆粒物,這恰恰是PM2.5的組成成分。
此外,近地面臭氧濃度超標導致的光化學煙霧會引發(fā)酸雨,危害動植物生存、生長;土壤如果吸收大量臭氧,會抑制植物生長,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來重大損失。
由于臭氧的危害日益明顯,國際上對于臭氧的安全標準越來越嚴格。歐盟規(guī)定的臭氧日最大8小時平均值,已于2010年下降到了120微克/立方米,而且一年中平均值超過這個標準的天數(shù)不能多于25天。我國2012年新修改的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》也增加了關(guān)于臭氧的控制標準:日最大8小時平均值為一級100微克/立方米,二級160微克/立方米。
不過,給全部人籠統(tǒng)地指定一個安全值是不可能的?!皞€人體質(zhì)、運動頻率、待在室外時長,空氣中的其他污染物,都會影響臭氧的危害程度,這正是讓研究部門頭疼的地方?!泵绹又荽髮W公共健康學院教授杰瑞·馬丁解釋:“越來越多的研究證明,即使臭氧濃度比較低,如果人體長時間暴露(6~8小時)的話,產(chǎn)生的危害同樣嚴重。而且,臭氧還會與其他污染物聯(lián)合作業(yè),比如,臭氧會加強PM(可吸入顆粒物)對人體的危害,而PM也會加強臭氧的危害性?!辈贿^,孕婦和兒童是最危險的人群。
由于臭氧的比重約為空氣的1.66倍,常常聚集在下層空間,所以個頭小的兒童是最直接的受害者。美國南加州的科學家曾經(jīng)對3 535名10~16歲的孩子做過5年的追蹤調(diào)查,發(fā)現(xiàn)在臭氧濃度高的地區(qū)(年平均濃度介于112~138微克/立方米),經(jīng)常進行三四種運動的孩子,哮喘發(fā)病率比不做運動的孩子高出一倍。特別是出生時體重較輕的孩子或是早產(chǎn)兒,受臭氧影響的概率更大。
如果孕婦在懷孕期間接觸臭氧,生出的寶寶可能會先天瞼裂狹小(也叫先天性小眼癥,一般是懷孕三個月時胎兒眼球發(fā)育不理想所致)。
另一項名為AHSMOG的研究則是針對成年人的。這項始于1977年的研究,對3 091名27~87歲的成年非吸煙的美國人進行了長達15年的追蹤,結(jié)果顯示,經(jīng)常暴露于臭氧環(huán)境下的男性,肺部出現(xiàn)了損害的癥狀,另外,肺癌的發(fā)病率和死亡率也與長期暴露在臭氧下有密切關(guān)系。
與對能見度產(chǎn)生影響的PM2.5不同,臭氧幾乎不對能見度產(chǎn)生影響,其反應機理更加復雜,治理難度更大,也成為我國必須認真面對的新問題。
作為光化學反應的一個中間產(chǎn)物,臭氧最早引起公眾注意,源于被稱為世界八大公害事件的“洛杉磯煙霧”事件。經(jīng)過幾十年治理,洛杉磯空氣污染情況大有好轉(zhuǎn),但每年仍有臭氧超標情況發(fā)生,可見其治理難度之大。
對于公眾而言,臭氧污染很難被察覺。由于近地面臭氧的生成過程非常復雜,盡管國內(nèi)外不少學者攻關(guān)臭氧污染問題,但目前其反應機理仍然顯得有點難以捉摸。
如果控制好排放源,治理PM2.5就比較容易出成效,但臭氧反應機理比PM2.5更復雜。臭氧的產(chǎn)生,是氣象過程和光化學過程耦合的結(jié)果。此外,氣溶膠與臭氧的耦合也逐步為人們所認識和重視。比如說,氣溶膠通過吸收和散射太陽光可以減弱對流層的紫外線輻射,在氣溶膠表面也可以通過復雜異相反應消除臭氧的前體物氮氧化物。目前很多對臭氧反應機理的研究主要使用煙霧箱進行反應模擬,但與真實大氣狀況有偏差,其研究依然是世界難題。