淺析霧霾的本質與科學防治

劉曦檬

摘 要：作為一名中學生，作者通過實際生活中對霧霾的觀察和感受，聯(lián)系學到的知識，通過查閱資料，對霧霾的特點、形成和特殊的天氣變化現(xiàn)象進行了初步的探究。作者認為：霧霾是微顆粒物一種特殊的“膠體”存在狀態(tài)，擁有“膠體”一些性質，具有“微顆粒無限制態(tài)”、連續(xù)性、廣泛性和難于消散的特點；霧霾的成因復雜，會受到地理、氣象和污染排放量等各種因素的影響；就像膠體受到非穩(wěn)定劑的作用會發(fā)生聚沉一樣，我們也可以找到一種方法使霧霾中的微顆粒發(fā)生聚沉，從而達到治理霧霾的目的。

關鍵詞：霧霾；膠體；顆粒物；高分子溶液；聚沉

秋冬季的到來，隨著天氣的轉冷，我的心情也越發(fā)變得沉重，因為良好的天氣也變得越來越霾了。我所居住的區(qū)域又處在了霧霾的“風口”上，原本整個8月份全部空氣質量優(yōu)良的天氣，還沒盡情享受夠，進入深秋，忽然間風云突變，峰回路轉，由于區(qū)域地理環(huán)境和氣象條件的特點，9月上旬的湛藍天空到下旬說霾就變霾了，躲都躲不掉，直讓人難以適應。維持人類生存最基本的物質是空氣、陽光、食物和水，其中空氣質量的好壞影響著每個人的生活，霧霾成為了近年人們關注的熱點，也引起了我的極大興趣和關注，在緊張的高中學習生活的同時，也經(jīng)常性地擠出時間，查閱相關資料、報刊雜志，通過新聞廣播和生活觀察，更深地了解霧霾現(xiàn)象的本質。

一、霧霾是什么

霧霾是霧和霾的混合物，霧天和霾天的合稱，二者常相伴而行，也時常單發(fā)而生，具有危害空氣質量的共同特點，因此常將這種災害性天氣統(tǒng)稱為霧霾天氣。霧是由大量懸浮在近地面空氣中的微小水滴或冰晶組成的氣溶膠系統(tǒng)，是近地面層空氣中水汽凝結的霧滴。霧滴的濃度分布不均勻，而且霧滴的尺度比較大，從幾微米到100微米，平均直徑大約在10微米～20微米左右，肉眼可以看到空中飄浮的霧滴。單純的霧是自然天氣現(xiàn)象，總體無毒。霧就其物理本質而言，與云都是空氣中水汽凝結（或凝華）的產(chǎn)物，所以霧升高離開地面就成為云，而云降低到近地面時就稱其為霧。霧與晴空區(qū)之間有明顯的邊界，易受風和光熱的影響而消散。霾是大量顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)，大量極細微的塵粒、煙粒、鹽粒等均勻地浮游在空中，形成使空氣混蝕的現(xiàn)象，其形成既有地理和氣象原因，也有污染排放原因。受近地面靜穩(wěn)天氣控制，空氣在水平和垂直方向流動性均非常小，大氣擴散條件非常差，城鎮(zhèn)中產(chǎn)生的污染物排放及各種塵粒均在低空不斷積累，由于低空近地面的空氣污染物久積不散，從而形成霾天，導致空氣質量嚴重污染。霾天不僅難于消散，導致空氣水平能見度降低，更主要的是形成霾的這些微米級的顆粒物富含（吸附）大量的有毒、有害物質，尤其是空氣中的細顆粒物（PM2.5）會通過呼吸進入并粘附在人體呼吸道和肺部，對人們的身心健康造成嚴重的危害。

二、霧霾形成的特點

一次回鄉(xiāng)下老家，發(fā)現(xiàn)安靜的鄉(xiāng)村大地，盡管工農(nóng)業(yè)欠發(fā)達，工礦企業(yè)少而小，交通流量也不大，卻同樣是霧霾昭昭。通過新聞得知，這種霧霾天氣不僅僅出現(xiàn)在大中城市區(qū)域，也出現(xiàn)在廣大的農(nóng)村鄉(xiāng)間開闊地區(qū)，不僅僅出現(xiàn)在華北大部，也會出現(xiàn)在華南甚至大西北的烏魯木齊。由此說明，單純的霧天與霧霾天的形成是有所不同的，單純霧天的形成因氣溫和濕度的不同具有明顯的局限性和區(qū)域性，比如同一時刻，相鄰區(qū)域霧的程度有輕有重，還有團霧的出現(xiàn)也是很好的例證，通常即使沒有強風，陽光的照射也會使霧消散；而霧霾天的形成具有連續(xù)性和廣泛性的特點，從時間上講一般持續(xù)時間長，短則幾日，長則月余，從空間上講一般霾的范圍廣，小則涉及地市級區(qū)域，大則超越整個平原地帶，出現(xiàn)霾時空氣相對干燥，無風的靜穩(wěn)天氣下很難消散。

三、霧霾與膠體

對霧霾的親身感受，使我想到了化學課中學到的分散系中的膠體。

膠體是一種高度分散的多相不均勻體系，屬于分散系的一類，是物質存在的一種特殊狀態(tài)。膠體中的分散質粒徑介于1納米～100納米之間，膠體形成時，除了分散質和分散劑以外，往往還要有第三種物質即穩(wěn)定劑的存在，保護膠體微粒不致聚沉。按分散劑狀態(tài)的不同可分為固溶膠、液溶膠和氣溶膠三種，其重要特征是不聚沉，吸附性強，具有丁達爾效應。膠體的穩(wěn)定性介于溶液和濁液之間，在一定條件下能穩(wěn)定存在，屬于介穩(wěn)體系。如同高分子真溶液具有類似于液溶膠的性質一樣，霧霾的分散質粒徑多在微米級，遠超膠體分散質常規(guī)粒徑1納米～100納米的范圍，卻也同樣具有類似于氣溶膠的一些性質，比如，難于聚沉，吸附性強，具有丁達爾效應。

在現(xiàn)實生活和科學實驗中，膠體的形成總是限定在有限的容積之內，容器成為了膠體的明顯界限，而且膠體的形成往往有著較嚴格的制備條件，比如，以水為分散劑Fe（OH）3液溶膠體的制備，對濃度、劑量、加熱溫度和制備方法有著嚴格的要求。霧霾的形成，盡管也需要顆粒物和適宜的溫度、濕度、氣壓、風速等大氣氣象條件，但其最大特點是無限界性，正是霧霾形成空間的無限巨大，導致了霧霾治理的難度增加。因此，通過氣溶膠和霧霾的對比，我發(fā)現(xiàn)二者除了在粒徑方面的區(qū)別外，最大的不同處在于有效容積的巨大差異，由此形成了聚沉干預機制的不同。考慮到我國環(huán)境空氣質量污染特征變化規(guī)律以及經(jīng)濟發(fā)展水平和管理需求，目前減排措施的實施對霧霾的治理是非常必要的，當減排措施實施到一定程度時，效果就會減弱，因為生產(chǎn)活動不可能完全停滯，總會有一定量的排放要產(chǎn)生，以維持正常的生產(chǎn)和生活，因此，就需要從根本上進行更科學的人工干預，達到有控制地對霧霾進行聚沉消散。根據(jù)霧霾的性質和特點，其屬于微米級顆粒物在無限制性空間的“膠體”存在狀態(tài)，暫且稱之為“微顆粒無限制態(tài)”，類似于對高分子真溶液的研究，膠體化學和高分子物理化學的理論和研究方法的不斷完善、發(fā)展和延伸，將為未來對霧霾研究的深入和“微顆粒無限制態(tài)物理化學”的探究提供幫助，并從機制理論上弄清霧霾的形成機理，最終找到解決霧霾的根本之道。

四、“8月現(xiàn)象”和“9月突變”

奇怪的8、9月天氣現(xiàn)象，原本晴朗的天空，為什么說霾就變霾了呢？

據(jù)報道，2016年8月份，藍天白云下石家莊灑滿金色的陽光，颯颯秋風不時送來清新?lián)涿娴目諝狻－h(huán)保部表示，8月全國338個地級及以上城市平均PM2.5濃度同比下降近15%；京津冀區(qū)域13個城市平均優(yōu)良天數(shù)比例同比提升了超過21個百分點，達到83.6%；PM2.5濃度為37微克/立方米，更是同比下降30%以上。環(huán)保部同時公布，8月重點區(qū)域和74個城市空氣質量狀況中，離北京較近的石家莊破天荒地退出“十差”，石家莊市出現(xiàn)了新空氣質量標準實施以來首個自然月空氣質量全部優(yōu)良；但是，位于青藏高原的青海省西寧市首次進入“十差”。而來自河北省氣象局的數(shù)據(jù)顯示，8月份全省平均靜穩(wěn)天氣指數(shù)為10.2，同比偏高2.3%，其中河北中南部靜穩(wěn)天氣指數(shù)同比偏高0.14%，東部偏高3%，北部偏高6.4%。在全省大氣污染物氣象擴散條件與去年同期相比不利的情況下，8月份河北空氣質量反而較好，平均達標天數(shù)比例為87.1%。六項主要大氣污染物中，除一氧化碳平均濃度同比持平外，其余五項同比下降，其中PM2.5、PM10平均濃度分別為36微克/立方米、64微克/立方米，下降率均為33.3%。對于8月份石家莊全優(yōu)良天氣的出現(xiàn)，專家分析表示，這一方面得益于8月份冷空氣活動頻繁，有利于污染物的擴散，另一方面也與采取的大氣污染防控措施有直接關系。對于大氣污染物氣象擴散條件與去年同期相比不利的情況下，非但沒有形成一天霧霾，反而優(yōu)良天連連，是什么阻止了霧霾的形成？8月份的空氣質量反而較好的“8月現(xiàn)象”值得從霧霾形成機理方面做進一步的探究。

當?shù)氐倪@種優(yōu)良的天氣一直維持到9月中上旬后，忽然間蔚藍的天空轉天就霾氣昭昭，這種天氣突然轉向的“9月突變”，可能更多地起因于氣象條件的改變，表面上看來在風速變化不大的氣象條件下，濕冷天氣減少了。在霾的形成過程中，除了地面氣壓場弱，天氣形勢靜穩(wěn)，顆粒污染物的集聚等表面因素外，也許還有另外一種不被探知的因素在起作用，有了適宜的氣象條件，就形成了“膠體”狀的霾了。

通過對歷年當?shù)?月份和9月份氣溫、風向、風速等天氣氣象統(tǒng)計資料的分析，“8月現(xiàn)象”和“9月突變”現(xiàn)象說明，霧霾的形成受多種因素的共同影響，成因復雜。

總之，通過觀察和資料分析，我進一步地認識到，霧霾是微顆粒物一種特殊的“膠體”存在狀態(tài)，擁有“膠體”一些性質，具有“微顆粒無限制態(tài)”、連續(xù)性、廣泛性和難于消散的特點；霧霾的成因復雜，會受到地理、氣象和污染排放量等各種因素的影響；就像膠體受到非穩(wěn)定劑的作用會發(fā)生聚沉一樣，我們也可以找到一種方法使霧霾中的微顆粒發(fā)生聚沉，從而達到治理霧霾的目的。

為了我們共同美好的家園和潔凈的空氣環(huán)境，人們一直在努力地應對霧霾，從研究監(jiān)測、減排管控到有針對性的科學綜合治理，已經(jīng)收到了較好效果。作為一名中學生，要努力學習科學知識，增強為社會做貢獻的本領。就像方法學家吳甘霖先生《方法總比問題多》中說的一樣：“只為成功找方法，不為失敗找借口！”，霧霾的問題一定會得到根本上的解決，藍天白云定會伴隨我們的每一天。