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葛双双:带你认识气溶胶

作者:葛双双 (LAPC国家重点实验室 2012级硕士研究生)

  近年来,我国许多地区出现了以细颗粒物为主要特征的雾霾问题,人们的身体健康以及正常生活受到了严重影响。现在普遍采用的气溶胶定义是液体或固体微粒均匀地分布在气体中形成的相对稳定的悬浮体系。 

 

  大气雾霾中的气溶胶粒子主要分为由排放源直接排放到大气中的颗粒物,即一次气溶胶;一次气溶胶在大气中通过与气体组分发生化学反应生成的颗粒物,称为二次气溶胶。大气雾霾中的气溶胶粒子可以分为硫酸盐、硝酸盐、铵盐、有机碳、黑碳、沙尘和海盐等其中二次有机气溶胶(SOA) 是城市和郊区环境空气中细颗粒物的重要组成。SOA主要是由大气中一些挥发性有机物(VOC)通过氧化降解过程形成。 

  近期研究表明在城市地区SOA 对有机气溶胶的贡献大约为30~60%,在农村以及对流层中的贡献占到70%以上。SOA对于大气能见度、空气质量、气候变化、对流层的氧化能力以及公共健康都有很大的危害作用。 

  

  根据气溶胶粒子的大小,我们将气溶胶粒子分为三种不同的模态: 

  1)Aitken (爱根)核模:粒径(直径)<0.05 微米,来自燃烧过程所产生的一次气溶胶粒子和气体分子通过化学反应均相成核转化成的二次气溶胶粒子。其特点主要是粒径小,数量多,表面积(体积)总量大; 

  2)积聚模态(accumulation mode):粒径(直径)0.05~2 微米,来自于爱根核的凝聚,燃烧过程产生的蒸汽冷凝及凝聚,以及二次气溶胶等 ;

  3)粗模态(coarse mode):粒径(直径)>2微米,主要来自机械过程 

  就气溶胶的寿命而言,直径在10-310-1微米范围的超细粒子很快通过碰并转变成大粒子;直径在0.110微米范围的粒子主要靠降水冲刷和重力沉降作用清除,它们在大气中的寿命最长;直径大于10微米的粒子的主要清除机制是重力沉降,寿命随粒子直径增大(当然还与粒子物质密度有关)而迅速下降。降水也能加速大粒子的清除过程,使其寿命缩短。 

  潮湿的大气条件有利于吸湿粒子长大,加速其清除过程。上升气流会使粒子寿命变长,多雨使所有粒子寿命变短。直径在1微米左右的粒子寿命最长。在对流层下部,稳定气溶胶粒子(直径在0.1-10微米范围内)的寿命约为1周,在对流层上部,这一数字为1个月,在平流层中这部分粒子的寿命可达数年。在对流层下部直径大于10微米和小于0.01微米的粒子的寿命均小于1天。 

  漂浮在空气中的气溶胶粒子很容易被吸附并沉积在支气管和肺部,粒子越小,越容易通过呼吸道进入肺部,其中粒径小于1微米的粒子可以直达肺泡内。进入肺部的粒子,由于其本身的毒性(如硫酸液滴、PbO和PbBr等)或携带有毒物质(如烟炱吸附的SO2等多种有毒气体)会造成人体的危害。 

  对人体健康影响最大的是粒径为0.1~2.5微米之间的粒子。由于小粒子含有的有毒物质别大粒子多,因此它对人体健康的危害也将更大。如小粒子上吸附的石棉和以苯并芘为代表的芳香族化合物进入人体后能引起组织细胞发生癌变,硫酸液滴进入人体后,能负载肺泡上刺激肺泡,增加气流阻力,使呼吸困难。因此,在雾霾天气下,我们应该尽量呆在室内,减少户外活动,减少颗粒物对人体的伤害。 

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