人工增雨雪所用催化劑對(duì)環(huán)境和人體健康的影響

摘 要：通過(guò)對(duì)人工影響天氣所用催化劑種類(lèi)、作用原理的系統(tǒng)分析，得出其對(duì)環(huán)境和人體健康不會(huì)造成危害的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：人工增雨（雪）；催化劑；環(huán)境；人體健康；影響

中圖分類(lèi)號(hào)：P481 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.04.029

人工影響天氣是指為避免或者減輕氣象災(zāi)害，合理利用氣候資源，在適當(dāng)條件下通過(guò)人工干預(yù)的方式對(duì)局部大氣的云物理過(guò)程進(jìn)行影響，實(shí)現(xiàn)增雨（雪）、防雹、消霧、消云減雨等目的的活動(dòng)。由于近幾年來(lái)，我國(guó)降水偏少，適時(shí)實(shí)施人工增雨（雪），充分利用空中水資源，最大限度地增加降水，以緩解我國(guó)地下水資源缺乏狀況，成為首要工作[1-3]。

1 人工增雨（雪）所用催化劑種類(lèi)

實(shí)施人工增雨（雪）作業(yè)，就是采用人為的辦法對(duì)一個(gè)地區(qū)上空可能下雨或正在下雨的云層施加影響，開(kāi)發(fā)云中潛在的降水資源，使降水量增加[4]。目前，人工增雨（雪）所用催化劑主要分為3類(lèi)：成核劑、制冷劑和吸濕劑。前二者用于冷云催化，后者用于暖云催化[5]。

1.1 成核劑

成核劑（人工冰核）是人工影響天氣試驗(yàn)和作業(yè)中應(yīng)用最廣、成效最明顯的催化劑，包括無(wú)機(jī)類(lèi)和有機(jī)類(lèi)，目前人工增雨（雪）應(yīng)用最多的是無(wú)機(jī)類(lèi)的碘化銀（AgI）。

1.2 制冷劑

人工增雨（雪）作業(yè)應(yīng)用的制冷劑有干冰（固態(tài)CO2）、液氮（液態(tài)N2）、液態(tài)二氧化碳、液態(tài)丙烷。應(yīng)用最廣泛的是干冰，應(yīng)用裝備為飛機(jī)。飛機(jī)播撒時(shí)，干冰用量為102～1013 g·km-1，在-20 ℃云層高度向下播撒，要求在0 ℃高度以上汽化消失。使用干冰催化能產(chǎn)生大量冰晶[4]。

1.3 吸濕劑

在暖云催化中常用的催化劑有食鹽、氯化鈣、硝酸銨和有機(jī)化合物尿素。這些物質(zhì)具有強(qiáng)吸濕性，可在低于水面飽和條件下吸濕凝結(jié)增長(zhǎng)。

2 人工增雨（雪）所用催化劑的作用原理

我國(guó)人工增雨（雪）所用催化劑主要是成核劑和制冷劑，采用向空中增加凝結(jié)核的辦法達(dá)到增加降水的目的。目前使用的催化劑主要有碘化銀、干冰和液氮等化學(xué)物質(zhì)，它們適用于云中溫度低于0 ℃的冷云催化。最常用的冷云催化劑碘化銀和干冰在應(yīng)用上各有所長(zhǎng)。碘化銀可從云的上風(fēng)方、云底甚至地面燒煙播撒，作用時(shí)間長(zhǎng)，可使云內(nèi)水汽和過(guò)冷水充分轉(zhuǎn)化成冰晶；干冰催化作用的溫度較高，成核率基本上與溫度無(wú)關(guān)，無(wú)副作用，但必須在云體上部播撒，作用時(shí)間集中，近于瞬時(shí)產(chǎn)生冰晶[5]。干冰和液氮的增雨（雪）一般都是通過(guò)飛機(jī)直接播撒到云中的，只要在零下溫度層就可成為冰晶核。

吸濕劑中的食鹽具有腐蝕劑，劑量較大時(shí)對(duì)農(nóng)作物有損害；而硝酸銨、尿素雖無(wú)腐蝕性，又無(wú)毒性，還具有一定肥效，但成本太高，目前人工增雨（雪）作業(yè)不采用此類(lèi)催化劑。

天津地區(qū)實(shí)施人工增雨作業(yè)所用的催化劑是碘化銀等成核劑。碘化銀為淡黃色粉末，具親水性，能溶于添加增溶劑，易制備成高度分散的氣溶膠。制備碘化銀氣溶膠主要有兩種方法：燃燒法和爆炸法。燃燒法又分溶液燃燒法和焰劑燃燒法。溶液燃燒法主要用于飛機(jī)播撒，也可用于地形云人工增雨。焰劑燃燒法主要用于飛機(jī)發(fā)射或下投焰彈，也有火箭焰彈和高炮焰彈。爆炸法目前應(yīng)用在人工增雨、防雹“三七”高炮炮彈上[6]，它爆炸后產(chǎn)生碘化銀氣溶膠，但其成核率偏低。

一般來(lái)說(shuō)，1 g碘化銀物質(zhì)在-15 ℃環(huán)境下可形成1010～1013個(gè)冰晶核[7]，大量人工冰核在云中水汽、過(guò)冷水充足的情況下，會(huì)長(zhǎng)大成較大的冰粒子，下落到地面成為雨或雪。這是由于碘化銀的晶體結(jié)構(gòu)與冰晶相似，因此可以充當(dāng)人工冰晶。

3 人工增雨（雪）所用催化劑對(duì)環(huán)境和人體健康的影響分析

3.1 人工增雨（雪）所用催化劑的屬性

在聯(lián)合國(guó)環(huán)境保護(hù)署制定的清潔水法案中，碘化銀被列為一種有毒物質(zhì)。碘化銀為碘和銀的化合物，不容易溶于水，見(jiàn)光分解為碘離子和銀離子，遇熱又結(jié)合成碘化銀化合物。銀離子屬于重金屬離子，毒性很大，對(duì)微生物和魚(yú)類(lèi)的危害特別大，人體長(zhǎng)期接觸銀離子可出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。但在自然環(huán)境中，銀離子非常容易形成不溶于水的化合物，對(duì)環(huán)境的影響將大大減小，因此銀離子幾乎不可能通過(guò)陸地或水中的食物鏈積聚，達(dá)到能危害生物和動(dòng)物的程度。干冰、液氮很容易蒸發(fā)形成二氧化碳和氮?dú)猓鼈兊谋旧砭褪强諝獾慕M成部分，對(duì)環(huán)境和人體都不會(huì)產(chǎn)生影響[8]。

3.2 人工增雨（雪）催化劑對(duì)人體和環(huán)境的影響

人工增雨（雪）是一個(gè)微物理過(guò)程，所用催化劑不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化而產(chǎn)生新物質(zhì)。干冰和液氮對(duì)環(huán)境和人體不會(huì)產(chǎn)生影響。雖然碘化銀中的銀離子是重金屬，但它很難以銀離子的狀態(tài)存在，同時(shí)碘化銀用量很小，分散在很大的區(qū)域里面，單位面積的含量微乎其微，并不會(huì)造成環(huán)境污染。在人工增雨（雪）作業(yè)過(guò)程中，每次需要大約10～50 g碘化銀，而且用在很大的范圍內(nèi)，所以單位面積的殘留量會(huì)很少，因此不存在人體長(zhǎng)期或大量接觸銀的問(wèn)題。

例如，北京在2011年年初實(shí)施的人工增雪作業(yè)中，燃燒了1 200多個(gè)碘化銀煙條，每根煙條大概含碘化銀11 g，大約用了13 kg碘化銀，此次作業(yè)區(qū)面積約1萬(wàn)km2，每平方公里僅有1.3 g，屬于微量，用儀器都很難檢測(cè)出來(lái)。

再如，從2003年開(kāi)始，北京市人影辦每年夏季均在密云和官?gòu)d水庫(kù)區(qū)域進(jìn)行較頻繁的蓄水型人工增雨作業(yè)。在每半年對(duì)水庫(kù)水體進(jìn)行檢測(cè)的數(shù)據(jù)顯示，夏季水庫(kù)中銀離子的含量幾乎無(wú)變化，而且含量極低[9]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)[10]。

美國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家做過(guò)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期進(jìn)行人工增雨作業(yè)的區(qū)域在水體和土壤中累積的銀離子仍不超過(guò)國(guó)際衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)，所以人工影響天氣使用的催化劑不會(huì)造成環(huán)境污染。

4 結(jié) 論

人工增雨（雪）作業(yè)中使用的催化劑——碘化銀，在自然條件下，銀離子非常容易形成不溶于水的化合物，且由于用量很小，作用范圍廣，從短期和長(zhǎng)期來(lái)看，不會(huì)對(duì)環(huán)境和人體造成危害，這一點(diǎn)在國(guó)際和國(guó)內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中均得到證實(shí)。

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