無處不在的氣溶膠

文｜楊俊梅 申東東 蔡兆鑫 封秋娟

萬里無云時天空是藍色的，而太陽落山時的天空又成為紅色,這些現象都離不開我們要介紹的“神秘顆粒”。它可能來源于你打噴嚏時的飛沫，可能由沙漠中卷起的灰塵或汽車排出的尾氣產生，也可能來自火山噴發時產生的火山灰。這種“神秘顆粒”究竟是什么？在自然界中有什么作用？又能給云和降水帶來怎樣的影響？今天讓我們走進它的世界，一起揭開它的神秘面紗。

氣溶膠的內涵及分類

氣溶膠在大氣中無處不在，是一種懸浮在空氣或其他氣體介質中的氣態分散系統，能夠以固態或液態顆粒存在。由于來源和形成原因等差異，氣溶膠粒子尺度分布范圍較廣，大小通常位于0.01～100微米。氣溶膠在自然界中的存在形式主要包括煙、霧、微塵顆粒、霾等。受人為和生態因素的共同影響，氣溶膠是空氣中一種較為復雜的污染物。氣溶膠顆粒能夠直接被人體感官察覺到，它的存在對人類視覺和呼吸系統有較大影響。

山西氣溶膠光學厚度分布圖

按照來源分類，氣溶膠可分為一次氣溶膠和二次氣溶膠，其中一次氣溶膠是指產生后直接進入大氣中，二次氣溶膠是指發生以后又經過污染物的轉化而形成。此外，氣溶膠按來源還可分為天然源和人為源。天然源包括風吹過后產生的微塵、森林燃燒后的煙塵、火山噴發生成的火山灰等散落物或者海水蒸發生成的鹽粒子等。人為源則指的是由交通運輸或工業生產排放到大氣的煙塵、化石或非化石燃料的燃燒等。

按照氣溶膠粒子的物理性質，煙和塵為固態氣溶膠，霧為液態氣溶膠，煙霧為固液混合態氣溶膠。按照粒子尺度的不同，氣溶膠可分為總懸浮顆粒物、飄塵、降塵和可吸入粒子四類，總懸浮顆粒物是指粒徑小于100微米，分散在大氣中的氣溶膠粒子。飄塵是指粒徑在10微米以下，能長時間在大氣中漂浮的氣溶膠粒子。降塵是指粒徑大于10微米，在重力作用下能沉降的顆粒。可吸入粒子是粒徑小于10微米，能進入呼吸系統的微粒。根據化學成分的不同，氣溶膠又可分為硫酸鹽、硝酸鹽、有機物和微量元素等幾種類型。

氣溶膠在大氣中的作用

通過吸收和散射太陽輻射，氣溶膠粒子能夠影響地球和大氣系統能量平衡，進而對全球氣候系統產生影響，即直接氣候效應。氣溶膠粒子還可以作為云凝結核或者大氣冰核對云微物理結構產生影響，進而改變云的特性如形狀、云量、壽命等來間接對云的輻射特性和降水產生影響，即間接氣候效應。

在氣溶膠和降水相互作用的研究中，科學家們發現了硫酸鹽型氣溶膠和黑碳型氣溶膠能夠明顯改變降水強度和分布。這兩種氣溶膠均為吸濕性氣溶膠，來源主要包括工業生產、生物質燃燒和化石燃燒。吸濕性氣溶膠的增加對大氣溫度和太陽輻射均有影響，可以改變大氣環流和降水。

作為云和降水過程中的重要環節，氣溶膠由于其來源復雜，不同區域氣溶膠特性差異很大，使得各地云滴數濃度、譜分布、冰雪晶數濃度等微物理性質和降水不同，進而導致了氣溶膠和云相互作用很難被量化。因此，氣溶膠間接效應的研究具有很大的不確定性。

氣溶膠與人類的關系

氣溶膠粒子增加造成能見度降低是其對天氣的直接影響，也是灰霾天氣形成的原因之一。煙霧、硫酸霧及光化學煙霧等氣溶膠顆粒物還會造成大氣環境污染，這些顆粒物主要來源于工業生產、汽車尾氣排放等。油漆、殺蟲劑、噴發定型劑等密封裝置的加壓，也是污染氣溶膠的重要來源，這些物質在釋壓過程中會產生含有氟化物的碳氫化合物，此類氣溶膠在大氣層中能發生一系列反應，從而破壞臭氧層，以至于對人類生產、生活產生影響。

氣溶膠觀測設備

對于人類自身來說，人體的呼吸作用會將粒徑小于10微米的氣溶膠粒子吸入體內。而當粒子尺度小于2.5微米時，還能徑直入侵肺部，甚至有可能進入血液，危害人體健康。此外，病原微生物等病菌能夠附著于這些微小的氣溶膠上，它能降低人體免疫力和抵抗力，對兒童生長發育特別是肺功能造成危害。一些生物氣溶膠如細菌、病毒、衣原體、立克次體等，幾乎都和某類人體疾病有關。

氣溶膠污染防治

氣溶膠粒子的來源主要包括汽車尾氣、工業生產和加工中排出的煙霧以及由它轉化成的二次污染物。如果能改進燃燒方式，使用少污染甚至是無污染的清潔能源，提高除塵器工作效率，植樹造林，將對有效控制氣溶膠污染具有重要作用。

此外，氣溶膠研究也逐漸成為了科學家和相關領域學者等群體較為重視的熱點話題。為了更好保障我國經濟社會的可持續發展，提升人民生活質量，改善生態環境和人體健康，氣溶膠問題仍需要相關部門引起重視，在氣候變化、人類健康和環境等領域加強相關研究。