始作俑者

2010年，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站研究人員在全國(guó)選取了9個(gè)城市試點(diǎn)監(jiān)測(cè)灰霾天氣，發(fā)現(xiàn)灰霾日與非灰霾日相比，PM2.5質(zhì)量濃度增幅達(dá)33.3%～123.1%，遠(yuǎn)高于粗粒子濃度增幅（粒徑在2.5～10微米），他們認(rèn)為PM2.5是產(chǎn)生灰霾的重要因素之一。

據(jù)中科院大氣物理研究所研究員王躍思監(jiān)測(cè)，正常天氣下PM2.5大約占PM10質(zhì)量的50%，在灰霾天氣下，能升至65%～75%，嚴(yán)重時(shí)達(dá)到80%。

細(xì)粒子對(duì)大氣能見(jiàn)度的影響主要是對(duì)可見(jiàn)光的散射和吸收作用，其中散射可造成能見(jiàn)度減弱60%～95%。王躍思認(rèn)為，因?yàn)榭梢?jiàn)光的波長(zhǎng)范圍是0.4～0.7微米，直徑在這個(gè)范圍內(nèi)的粒子對(duì)光散射影響最大。

王躍思介紹，在PM2.5中，0.4～1微米粒子的質(zhì)量占到60%～70%。嚴(yán)重灰霾天氣與晴天相比，這段粒子的質(zhì)量濃度有時(shí)上升六七倍，數(shù)濃度上升上百倍，所以這部分粒子對(duì)灰霾影響最大。

同時(shí)，細(xì)粒子個(gè)數(shù)的增多是導(dǎo)致能見(jiàn)度下降的關(guān)鍵原因。王躍思在北京奧運(yùn)會(huì)期間曾作了一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)能見(jiàn)度高時(shí)，大氣中每立方厘米有20個(gè)細(xì)粒子（PM2.5），當(dāng)能見(jiàn)度差時(shí)，每立方厘米有2000多個(gè)，增長(zhǎng)了100多倍。

王躍思說(shuō)：“真正影響能見(jiàn)度的是數(shù)濃度。”他介紹，目前非灰霾天氣下，細(xì)粒子數(shù)濃度在幾十個(gè)左右，但在10月底的幾個(gè)灰霾天，數(shù)濃度則翻了幾十倍。而同期監(jiān)測(cè)的質(zhì)量濃度，在10月30日達(dá)到峰值145微克/立方米，比正常值60～70微克/立方米只翻了兩倍。

也就是說(shuō)，每立方米多少微克和每立方米多少粒，跟粒子的密度有很大關(guān)系。細(xì)粒子組成成分復(fù)雜，來(lái)源有揚(yáng)塵、飛灰、黑碳等，密度各不相同，數(shù)濃度高的，質(zhì)量濃度不一定高。

而霾增多的關(guān)鍵原因在于粒徑在0.4～1微米的輕、小粒子越來(lái)越多。

復(fù)雜的污染源

據(jù)王躍思監(jiān)測(cè)，從2003年至今，北京地區(qū)PM2.5質(zhì)量濃度持續(xù)升高。細(xì)粒子增多使大氣環(huán)境污染變得更為復(fù)雜。目前，大氣中細(xì)粒子的有機(jī)化學(xué)成分能分離出3萬(wàn)多種。相比粗粒子，細(xì)粒子來(lái)源、成分更復(fù)雜，更富變化，更加難以控制。

同時(shí)，近幾年，細(xì)粒子中有機(jī)碳和元素碳所占比例越來(lái)越高，即碳質(zhì)細(xì)粒子數(shù)濃度增加過(guò)快。元素碳很輕，但它的粒子數(shù)不少，而且表面積大，消光性強(qiáng)。

有機(jī)碳和元素碳比例的增加，主要是因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車數(shù)量增多，建筑、房屋裝修和日常生活中排放出易揮發(fā)的氣體增多。

除了有機(jī)碳和元素碳，細(xì)粒子的第二大成分是硫酸鹽和硝酸鹽，約占PM1粒子的30%以上。燃燒和工業(yè)排放并不直接產(chǎn)生硫酸鹽和硝酸鹽粒子，而是由其產(chǎn)生的氣體二次生成。

王躍思解釋，一個(gè)非常小的粒子與氣體發(fā)生反應(yīng)生成新的粒子，如粒子上附著硫酸，遇到氨氣便會(huì)吸收增長(zhǎng)成新的較大粒子。“二次生成的粒子，是大氣中的光化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致污染的一個(gè)重要過(guò)程”。

正是因?yàn)榇嬖诙紊蛇^(guò)程，盡管北京幾乎不排放二氧化硫，但硫酸鹽粒子濃度卻高居不下，輕時(shí)占10%，重時(shí)達(dá)到20%，原因即在于周邊區(qū)域排放的二氧化硫生成硫酸鹽粒子，隨大氣輸送到北京。

粒徑越小越危險(xiǎn)

據(jù)介紹，細(xì)粒子不但可以二次生成，還可以增長(zhǎng)，其增長(zhǎng)方式主要是吸濕和碰并兩個(gè)物理過(guò)程。

一個(gè)干粒子，如硫酸氨、硝酸氨都是納米級(jí)的，肉眼看不見(jiàn)；但它們具有吸濕性，一吸水就開(kāi)始膨脹，到400納米以上時(shí)，便可以散射可見(jiàn)光被人看見(jiàn)，就是所謂的成霾粒子。

PM0.4數(shù)量龐大，但質(zhì)量很輕，對(duì)PM2.5質(zhì)量濃度“貢獻(xiàn)”很小，所以經(jīng)常被忽略。但在吸濕性方面，它的“潛質(zhì)”卻很強(qiáng)。這部分粒子稍微吸點(diǎn)水就能長(zhǎng)大，使能見(jiàn)度迅速下降。

PM0.4也來(lái)自于所謂“清潔”燃料的燃燒，比如天然氣和高標(biāo)號(hào)汽油，這預(yù)示著空氣污染已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。

細(xì)粒子另外一種增長(zhǎng)方式是碰并。PM2.5粒子中，具有“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”的粒徑段為0.4～0.7微米，這部分粒子可以在大氣中獨(dú)立存在，懸浮很長(zhǎng)時(shí)間，數(shù)濃度最高。

其他更小的粒子，通過(guò)碰撞也更容易合并成這個(gè)粒徑段的粒子，如兩個(gè)0.2微米的粒子碰撞，很容易并成一個(gè)0.4微米的粒子，這個(gè)物理過(guò)程叫做“碰并”增長(zhǎng)。

正是這種穩(wěn)定的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)，0.4～0.7微米的細(xì)粒子還能吸附很多更小粒徑的粒子、病毒、細(xì)菌，其中吸附的重金屬和多環(huán)芳烴對(duì)人體危害最大。

王躍思說(shuō)，華北地區(qū)污染最嚴(yán)重的重金屬依次是鋅、鉛、銅，來(lái)源主要是工廠黑金屬冶煉過(guò)程和汽車尾氣。大氣中的鋅、銅、鉛等20多種重金屬主要吸附在細(xì)粒子上，不但自身有害，還在大氣光化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中起著重要的催化作用，使納米粒子轉(zhuǎn)化成霾粒子的速度更快。

有研究顯示，重金屬成分在粒徑較小的粒子上富集能力強(qiáng)，甚至更易吸附在PM0.1這些超細(xì)粒子上。

另外，細(xì)粒子自身的結(jié)構(gòu)也決定了其強(qiáng)大的吸附和接觸能力。細(xì)粒子有一個(gè)重要的特點(diǎn)——孔徑非常多，將其展開(kāi)后的比表面積可能達(dá)到幾十平方米。也正是這個(gè)特點(diǎn)，使它具有更大的活性表面與其他物質(zhì)接觸，從而發(fā)生各種難以預(yù)測(cè)的化學(xué)反應(yīng)。

王躍思比喻說(shuō)：“活性炭能吸附很多有毒物質(zhì)，就是因?yàn)樗嗫祝缺砻娣e大，形狀就像馬蜂窩。”

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