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气溶胶大气污染情况及其对人类的影响

发布时间: 2017-11-06 00:20     来源: 材料牛

1.气溶胶是什么?

气溶胶(aerosol)又称气胶、烟雾质,是指固体或液体微粒均匀地悬浮于气体介质中形成的分散体系。由于粒子比气态分子大而比粗尘颗粒小,因而它们不像气态分子那样服从气体分子运动规律,但也不会像粗尘颗粒那样受地心引力作用而沉降,具有胶体性质,故称为气溶胶。根据颗粒物的物理状态不同,可将气溶胶分为以下三类:(1)固体气溶--烟和尘;(2)液态气溶--雾;(3)固液混合态气溶--烟雾。表1给出了气溶胶形态及其主要形成特征。

表1:气溶胶形态及其主要形成特征

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2.大气气溶胶与人造气溶胶

气溶胶包括大气气溶胶和人造气溶胶两大类。大气气溶胶粒子的主要来源有天然源和人为源两种,天然源主要包括风沙、森林火灾、海盐粒子和火山灰。人为源则是由于人类的大规模工业化生产,废弃排放与露天燃烧造成的。随着工业的不断发展,人类的各种活动对气溶胶的排放量越来越战主导作用,人类对环境的破坏也也越来越严重。当气溶胶的浓度达到足够高时,将对人类健康造成威胁,尤其是对哮喘病人及其他有呼吸进疾病的人群。空气中的气溶胶还能传播真菌和病毒,这可能会导致一些地区疾病的流行和爆发。气溶胶粒子具有分布不均匀、变化尺度小、复杂性的特点,多集中于大气的底层,对云的凝结核、雨滴、冰晶形成,进而对降水的形成起重要作用。气溶胶甚至可以改变云的存在时间,能够在云的表面产生化学反应,决定降雨量的多少,影响大气成分。气溶胶粒子能够从两方面影响天气和气候。一方面可以将太阳光反射到太空中,从而冷却大气,并会使大气的能见度变坏另一方面却能通过微粒散射、漫射和吸收一部分太阳辐射,减少地面长波辐射的外逸,使大气升温。

直到1926年,挪威科学家埃里克·罗姆西与美国人朱丽叶斯·S·可汗等人想到将气溶胶制备成金属雾筒进行雾气喷射才开启了气溶胶的商业化之旅。气溶胶广泛应用于一系列消费品。涂漆、清洁剂、擦光剂、除臭剂、香水、剃须乳剂,甚至掼奶油,都广泛地以气溶胶方式销售。此外气溶胶更是在工业、农业、医药及国防领域得到广泛发展。在医学方面应用于治疗呼吸道疾病的粉尘型药的制备,因为粉尘型药粉更能够被呼吸道吸附而有利于疾病的治疗。环境科学方面比如用卫星检测火灾。在军事方面比如烟雾弹之类,还有可以制造气溶胶烟雾来防御激光武器。

3.大气气溶胶的种类及其对人类的影响

根据大气气溶胶的水溶性组分可以将气溶胶划分出硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶三种。大多数硫酸盐气溶胶不是由燃烧化石燃料而释放的,而是主要来自于机械方式所造成的海水溅射、扬尘、风沙和火山灰的一次气溶胶粒子。当然废气中的二氧化硫排放到大气中与臭氧反应生成三氧化硫,三氧化硫在与大气中的水蒸气快速反应生成硫酸,而硫酸的蒸汽气压很低,很容易通过气-粒转化过程形成细粒子硫酸盐气溶胶。硫酸盐在酸雨、大气污染和云的形成中扮演着重要的角色。因为气溶胶分布的变化会影响到地表的辐射量和地表系统的长波辐射量。

大气中的硫酸盐是成云结核的主要组成部分,对地球辐射平衡、全球气候变化和水循环都有重要的影响。研究表明硫酸盐溶胶可以在一定程度上减轻温室效应,减缓全球变暖的趋势。但是,硫酸盐气溶胶对人类健康的危害也是不可忽略的。据报道,排放含有硫酸气溶胶工厂附近居民的肺病发病率远比远离工厂的居民发病率高。因此,政府必须减少或彻底清除人造废气中的硫酸气溶胶的含量,来保证居民的生命健康。

硝酸盐气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分。硝酸盐气溶胶有自然和人为两种来源,但是随着人类农业活动和工业活动的加强,现代大气中硝酸盐气溶胶的来源是以人为来源为主,比如大都市中的硝酸盐气溶胶的主要来源是汽车尾气。有研究表明,在大都市将近一半的NO2是有机动车的尾气所致,所产生的NO2气体进一步与环境中钙离子、镁离子等生产硝酸盐气溶胶。硝酸盐气溶胶主要以细颗粒的形式存在,因此它对人类健康有重要影响,并且硝酸盐气溶胶对气候也有重要影响(如酸雨)。

铵盐气溶胶主要是有扩散到大气中的氨气与一些酸性气体反应生成。铵盐气溶胶的主要来源有:农业活动、交通工具、废水处理厂以及制造业等。铵盐气溶胶在大气中的寿命较长,可以进行远距离传输。铵盐气溶胶是自然界系统中的重要肥料,并控制着气溶胶和雨水的酸性以及细颗粒物的生成,这些颗粒物往往会影响人类健康,降低大气的可见度。

4.结论

可见气溶胶是一种普遍存在的大气污染颗粒,对自然环境和人类健康都会产生重大的影响。从工业化革命以来,人类对环境的破坏越来越严重,大气污染物对人类健康的影响也越来越受到人们的重视。虽然,在自然环境中气溶胶是有百害而无一利。但是智慧的人类还是能够通过对气溶胶性质的研究从而研发出了一系列的气溶胶产品来造福于人类。比如气溶胶灭火器,消灭森林火灾减少气溶胶排放,以道致道。还有就是军事活动中常用到的烟雾弹,为打击犯罪分子起到重要作用。

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