無(wú)處不在的氣溶膠

文｜楊俊梅 申?yáng)|東 蔡兆鑫 封秋娟

萬(wàn)里無(wú)云時(shí)天空是藍(lán)色的，而太陽(yáng)落山時(shí)的天空又成為紅色,這些現(xiàn)象都離不開(kāi)我們要介紹的“神秘顆?！?。它可能來(lái)源于你打噴嚏時(shí)的飛沫，可能由沙漠中卷起的灰塵或汽車(chē)排出的尾氣產(chǎn)生，也可能來(lái)自火山噴發(fā)時(shí)產(chǎn)生的火山灰。這種“神秘顆?！本烤故鞘裁?？在自然界中有什么作用？又能給云和降水帶來(lái)怎樣的影響？今天讓我們走進(jìn)它的世界，一起揭開(kāi)它的神秘面紗。

氣溶膠的內(nèi)涵及分類(lèi)

氣溶膠在大氣中無(wú)處不在，是一種懸浮在空氣或其他氣體介質(zhì)中的氣態(tài)分散系統(tǒng)，能夠以固態(tài)或液態(tài)顆粒存在。由于來(lái)源和形成原因等差異，氣溶膠粒子尺度分布范圍較廣，大小通常位于0.01～100微米。氣溶膠在自然界中的存在形式主要包括煙、霧、微塵顆粒、霾等。受人為和生態(tài)因素的共同影響，氣溶膠是空氣中一種較為復(fù)雜的污染物。氣溶膠顆粒能夠直接被人體感官察覺(jué)到，它的存在對(duì)人類(lèi)視覺(jué)和呼吸系統(tǒng)有較大影響。

山西氣溶膠光學(xué)厚度分布圖

按照來(lái)源分類(lèi)，氣溶膠可分為一次氣溶膠和二次氣溶膠，其中一次氣溶膠是指產(chǎn)生后直接進(jìn)入大氣中，二次氣溶膠是指發(fā)生以后又經(jīng)過(guò)污染物的轉(zhuǎn)化而形成。此外，氣溶膠按來(lái)源還可分為天然源和人為源。天然源包括風(fēng)吹過(guò)后產(chǎn)生的微塵、森林燃燒后的煙塵、火山噴發(fā)生成的火山灰等散落物或者海水蒸發(fā)生成的鹽粒子等。人為源則指的是由交通運(yùn)輸或工業(yè)生產(chǎn)排放到大氣的煙塵、化石或非化石燃料的燃燒等。

按照氣溶膠粒子的物理性質(zhì)，煙和塵為固態(tài)氣溶膠，霧為液態(tài)氣溶膠，煙霧為固液混合態(tài)氣溶膠。按照粒子尺度的不同，氣溶膠可分為總懸浮顆粒物、飄塵、降塵和可吸入粒子四類(lèi)，總懸浮顆粒物是指粒徑小于100微米，分散在大氣中的氣溶膠粒子。飄塵是指粒徑在10微米以下，能長(zhǎng)時(shí)間在大氣中漂浮的氣溶膠粒子。降塵是指粒徑大于10微米，在重力作用下能沉降的顆粒?？晌肓Ｗ邮橇叫∮?0微米，能進(jìn)入呼吸系統(tǒng)的微粒。根據(jù)化學(xué)成分的不同，氣溶膠又可分為硫酸鹽、硝酸鹽、有機(jī)物和微量元素等幾種類(lèi)型。

氣溶膠在大氣中的作用

通過(guò)吸收和散射太陽(yáng)輻射，氣溶膠粒子能夠影響地球和大氣系統(tǒng)能量平衡，進(jìn)而對(duì)全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生影響，即直接氣候效應(yīng)。氣溶膠粒子還可以作為云凝結(jié)核或者大氣冰核對(duì)云微物理結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變?cè)频奶匦匀缧螤睢⒃屏?、壽命等?lái)間接對(duì)云的輻射特性和降水產(chǎn)生影響，即間接氣候效應(yīng)。

在氣溶膠和降水相互作用的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了硫酸鹽型氣溶膠和黑碳型氣溶膠能夠明顯改變降水強(qiáng)度和分布。這兩種氣溶膠均為吸濕性氣溶膠，來(lái)源主要包括工業(yè)生產(chǎn)、生物質(zhì)燃燒和化石燃燒。吸濕性氣溶膠的增加對(duì)大氣溫度和太陽(yáng)輻射均有影響，可以改變大氣環(huán)流和降水。

作為云和降水過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，氣溶膠由于其來(lái)源復(fù)雜，不同區(qū)域氣溶膠特性差異很大，使得各地云滴數(shù)濃度、譜分布、冰雪晶數(shù)濃度等微物理性質(zhì)和降水不同，進(jìn)而導(dǎo)致了氣溶膠和云相互作用很難被量化。因此，氣溶膠間接效應(yīng)的研究具有很大的不確定性。

氣溶膠與人類(lèi)的關(guān)系

氣溶膠粒子增加造成能見(jiàn)度降低是其對(duì)天氣的直接影響，也是灰霾天氣形成的原因之一。煙霧、硫酸霧及光化學(xué)煙霧等氣溶膠顆粒物還會(huì)造成大氣環(huán)境污染，這些顆粒物主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣排放等。油漆、殺蟲(chóng)劑、噴發(fā)定型劑等密封裝置的加壓，也是污染氣溶膠的重要來(lái)源，這些物質(zhì)在釋壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含有氟化物的碳?xì)浠衔?，此?lèi)氣溶膠在大氣層中能發(fā)生一系列反應(yīng)，從而破壞臭氧層，以至于對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)生影響。

氣溶膠觀測(cè)設(shè)備

對(duì)于人類(lèi)自身來(lái)說(shuō)，人體的呼吸作用會(huì)將粒徑小于10微米的氣溶膠粒子吸入體內(nèi)。而當(dāng)粒子尺度小于2.5微米時(shí)，還能徑直入侵肺部，甚至有可能進(jìn)入血液，危害人體健康。此外，病原微生物等病菌能夠附著于這些微小的氣溶膠上，它能降低人體免疫力和抵抗力，對(duì)兒童生長(zhǎng)發(fā)育特別是肺功能造成危害。一些生物氣溶膠如細(xì)菌、病毒、衣原體、立克次體等，幾乎都和某類(lèi)人體疾病有關(guān)。

氣溶膠污染防治

氣溶膠粒子的來(lái)源主要包括汽車(chē)尾氣、工業(yè)生產(chǎn)和加工中排出的煙霧以及由它轉(zhuǎn)化成的二次污染物。如果能改進(jìn)燃燒方式，使用少污染甚至是無(wú)污染的清潔能源，提高除塵器工作效率，植樹(shù)造林，將對(duì)有效控制氣溶膠污染具有重要作用。

此外，氣溶膠研究也逐漸成為了科學(xué)家和相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者等群體較為重視的熱點(diǎn)話題。為了更好保障我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，提升人民生活質(zhì)量，改善生態(tài)環(huán)境和人體健康，氣溶膠問(wèn)題仍需要相關(guān)部門(mén)引起重視，在氣候變化、人類(lèi)健康和環(huán)境等領(lǐng)域加強(qiáng)相關(guān)研究。