空气污染

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硬核科普PM25颗粒物是如何从污染气体 [复制链接]

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当冬季雾霾笼罩亚洲特大城市时,街道上的颗粒物含量超过了预期。来自法兰克福歌德大学、维也纳大学和因斯布鲁克大学的研究人员,现在发现:尤其是硝酸和氨,有助于增加城市中颗粒物的形成。硝酸和氨主要来源于城市中心的汽车尾气。实验表明,在狭窄和封闭的城市街道中,水蒸气的局部浓度高,会加速微小的纳米颗粒成长为稳定的气溶胶颗粒。在拥挤的城市中心,高浓度的颗粒物会对健康造成相当大的影响。特别是在冬季,亚洲许多大城市的情况非常严重,雾霾严重降低了能见度,呼吸变得困难。直径小于2.5微米的微粒(PM2.5)大多是直接通过燃烧过程形成的,例如通过汽车或加热器排放。这些被称为初级微粒。当有机物质、硫酸、硝酸或氨的气体凝聚在微小的纳米颗粒上时,空气中也会形成二次颗粒物,它们会构成空气中微粒物质的一部分。空气污染/图片来源于网络直到现在,在大城市狭窄的街道,如何形成新的二次颗粒物仍是一个谜。因为根据科学家计算,微小的纳米颗粒应该聚集在较大颗粒上,而不是形成新的颗粒。由21个机构组成的国际联盟组成的国际研究项目CLOUD的科学家们,目前已经开始重新创建污染条件:在日内瓦大城市的街道上放置人工气候室粒子加速器,并在城市狭窄封闭,污染物频繁增加的地方重建二次颗粒物的形成。污染物分布不规律的原因,有部分是由于街道水平的污染物排放高。此外,街道空气与周围空气混合还需要一段时间。这就导致氨和硝酸这两种污染物暂时集中在街道空气中。正如CLOUD实验所证明的,这种高浓度创造了两种污染物可以凝聚到纳米颗粒上的条件:硝酸铵在只有几个纳米大小的凝聚核上形成,导致这些颗粒快速增多。“我们观察到这些纳米颗粒在短短几分钟内迅速生长。有些污染物的生长速度是其他污染物的倍,比如硫酸。”法兰克福歌德大学的气候研究员JoachimCurtius教授解释说。“因此,在拥挤的城市中心,我们观察到的过程,对冬季雾霾颗粒物的形成做出了重要贡献——因为这个过程只在温度低于5摄氏度的情况下发生。”维也纳大学的气溶胶物理学家保罗·温克勒补充说:“当环境变暖时,这些粒子的挥发性太大,无法促进生长。”由氨和硝酸形成的气溶胶颗粒不仅可能在城市和拥挤地区形成,有时也可能在大气高度较高的地区形成。氨主要是由畜牧业和其他农业排放出来的,通过深层对流从接近地面的气团到达对流层的上层,由闪电从空气中的氮生成硝酸。来自因斯布鲁克大学的粒子物理学家ArminHansel解释说:“在那里普遍的低温下,新的硝酸铵粒子形成了,它们作为凝结的种子在云的形成中发挥作用。研究结果与气候是有相关性的。”欧洲核子研究中心的实验CLOUD研究新的气溶胶粒子如何在大气中由前体气体形成并继续成长为凝结粒子。因此,CLOUD试验也为人们提供了对云和微粒物质形成的基本认识。
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