極光現象與治理霧霾

天津市東麗區四合莊中學　張曉哲

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極光現象與治理霧霾

天津市東麗區四合莊中學張曉哲

【摘要】當今霧霾已成為人類的公害，對人類賴以生存的環境和人們的身心健康造成極大的傷害。本文在闡述極光現象與霧霾形成原因的基礎上，提出了利用氣體電離和離子與電磁相互作用的原理治理霧霾的設想。

【關鍵詞】極光；霧霾；治理

當今霧霾已成為人類的公害，對人類賴以生存的環境和人們的身心健康造成極大的傷害。由于霧霾的出現，原本處于維度較高的東北地區所能見到的極光，近幾年來也極少見于報端。極光已淡出人們的視線。

極光是常常出現于緯度靠近地磁極地區上空大氣中的彩色發光現象，出現在南極的稱為南極光，在北極的稱為北極光，而地球的極光是地球周圍的一種大規模放電的過程。來自太陽的帶電粒子到達地球附近，地球磁場（眾所周知，地球有南北兩個磁極，分別位于地球的南極和北極附近，但它們與地球的南、北極并不重合。地球北極附近的地磁極叫地磁北極，在地球南極附近的地磁極叫地磁北極。通過兩個磁極的假想磁軸與地球的自轉軸大約成11.3度的傾斜。地表上的地磁場強度并不均勻，強度因地理位置而有所變化：近地空間地磁場雖然強度較弱，但是它能延伸到很遠的空間。）迫使其中一部分沿著磁場線集中到南北兩極。當他們進入極地的高層大氣時，與大氣中的原子和分子碰撞并激發，產生光芒，形成極光（事實上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強度也取決于沉降粒子的能量和數量）。極光一般只在南北兩極的高緯度地區出現，在大約離磁極25°～30°的范圍內常出現極光，這個區域稱為極光區。極光產生的條件有三個：大氣、磁場、高能帶電粒子。這三者缺一不可。由此聯想到可不可以根據極光的形成原理來治理霧霾呢？

先來分析一下霧霾的形成原因(二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要組成。前兩者為氣態污染物，它們與霧氣結合在一起，就形成霧霾天氣)常見的幾種因素：

一、現代人類活動所造成的后果。首先是汽車尾氣，柴油機車輛是排放細顆粒物的重污染源；汽油機型車排放氣態污染物，遇上霧天，很容易轉化為二次顆粒污染物，加重霧霾。機動車的尾氣是霧霾顆粒組成的最主要的成分，用最新數據說明，北京霧霾顆粒中機動車尾氣占22.2%，燃煤占16.7%，揚塵占16.3%，工業占15.7%。其次是北方到了冬季燒煤供暖所產生的廢氣、工業生產排放的廢氣、建筑工地和道路交通產生的揚塵等等。

二、氣候因素，“‘霧’和‘霾’實際上是有區別的。霧是指大氣中因懸浮的水汽凝結、能見度低于1000米的天氣現象，霧是一種無毒無害的自然現象；而霾的形成主要是空氣中懸浮的大量微粒和氣象條件共同作用的結。霧霾常常相伴而生，霧霾同時出現；水汽、靜風、逆溫、凝結核等條件缺一不可。在城市里大樓越建越高，阻擋和摩擦作用使風流經城區時明顯減弱，靜風現象增多，不利于大氣中懸浮微粒的擴散稀釋，容易在城區和近郊區周邊積累。再者逆溫層使得大氣層低空的空氣垂直運動受到限制，空氣中懸浮微粒難以向高空飄散而被阻滯在低空和近地面。

霧霾的危害是不言而喻的了。現在治理霧霾的方法主要是從源頭上抓起，“減少污染源，削減大氣污染物，加快清潔能源的發展。但減排絕非一朝一夕之事，單就減排一種手段也很難奏效，必須自上而下采用強有力的綜合措施，方能根治霧霾。

在采取現有防治霧霾的各項措施的同時，我受極光成因的啟發，結合霧霾形成過程，設想可以利用氣體電離和離子與電磁相互作用的原理治理霧霾。具體設想如下：首先要從氣體電離方式入手，因為氣體在電場或熱能的作用下，使中性氣體原子中的電子獲得足夠的能量，克服原子核的約束力而成為自自電子，同時原來是中性的原子由于失去了帶負電荷的電子而變成帶正電荷的正離子。這樣原本中性所謂氣體變成帶電的氣體。

利用激光、高壓放電、x射線、y射線照射和高壓加熱等常用方式可使氣體原子、分子發生電離。經過反復查閱資料發現，當前激光技術和特高壓技術已經成熟，并且能量大、可控性強、電離氣體充分，尤其是特高壓放電技術和設備已經具備，如我們常見的特斯拉放電原理，特斯拉放電也稱高頻高壓放電，在屏蔽網的中央有一個頭頂是大圓盤的圓柱形設備，稱為高頻高壓發生器，它的發明人是美國著名發明家特斯拉，因此這個設備稱為特斯拉變壓器。由于它的頻率較高，約100kHz，在同等電壓和放電間隙情況下，放電電流非常大，電弧非常明亮。電壓約有100萬伏以上，能夠連續放電，它的放電現象猶如雷電放電，一些中學生物理興趣小組就可以進行特斯拉放電實驗，主要設備就是特斯拉線圈，特斯拉線圈的原理是使用變壓器使普通電壓升壓，然后經由兩極線圈，從放電終端放電的設備，也就是將初級線圈中的低電壓通過震蕩回路轉變為次級線圈中的高電壓，次級回路隨之振蕩，接收能量，放電頂罩的電壓逐漸增高，并電離附近的空氣，當次級回路的電壓達到一定閥值時空氣電離充分而導電，形成大面積的電火花。按此設想我們可以設計生出更大功率的激光發射設備和特高壓設備，通過激光照射和特高壓設備放電使氣體發生電離，形成電子和離子。

電離生成的電子、正離子一般在短時間內又會再結合，又形成中性原子或分子狀態。那就需要建立一個強磁場來控制離子和電子的結合，使離子和電子相向移動，不能直接結合城原來的中性原子和分子。

基于以上設想，我們就可以利用大功率的激光設備和高能量的特高壓設備向霧霾區域（或有可能即將形成霧霾的區域）發射高能量的激光、電磁波和電火花，使這一區域的廢氣氣體分子電離，產生大量電子和離子；同時利用強電磁設備向這一區域定向產生強磁場，用以吸附帶電氣體，這些電子和離子在電磁場力的作用下向電極移動并被吸附。另外在帶電氣體移動過程中碰到氣流中的霧霾懸浮顆粒，帶電氣體與其融合形成帶電懸浮顆粒，帶電懸浮顆粒在磁場力作用下運動，這樣通過帶電氣體和帶電懸浮顆粒的運動形成氣流，進而形成風，如此一來在電極吸附和風的流動共同作用下將霧霾清除和驅散掉，還人類一片藍天。

當然實用性的技術與設備還有待進一步研發，同時在將來的使用過程中對環境有可能帶來一些次生影響，如對航空航天器、對信息通信系統、對周邊生態環境都會產生或多或少的影響；我想這些在不久的將來都會一一得以解決，我期待這一天的到來，我也會為此努力學習、深入鉆研（我的志向就是報考電子信息類專業，將來成為一名科研人員），并將畢生精力投入到科學研究的大潮中，為“中國創造”和“中國夢”的早日實現增磚添瓦。

參考文獻

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[2]白洋,劉曉源.“霧霾”成因的深層法律思考及防治對策[J].中國地質大學學報(社會科學版),2013,6.