日前有国内媒体报道了北京雾霾主要成分,为化学物品“硫酸盐”。中德两国研究人员21日说,他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜,发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。已有研究表明,硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。研究人员据此在论文中指出,优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。而中国雾霾是一次与二次污染物混合造成。
日前有国内媒体报道了北京雾霾主要成分,为化学物品“硫酸盐”。该物质通过高二氧化硫、高二氧化氮和起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等在特有的化学生成路径迅速生成。高二氧化硫主要来自燃煤电厂,高二氧化氮主要来自电厂和机动车等,而碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。也就是意味着,机动车尾气并非主要雾霾的来源,机动车可以甩下“雾霾主要来源是机动车尾气排放”的坏名。
中德两国研究人员21日说,他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜,发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。
近年来,北京及华北地区雾霾频发。已有研究表明,硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上,重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中的质量占比可达20%,是占比最高的单体;在相对趋势上,随着PM2.5污染程度上升,硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。因此,硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。
清华大学贺克斌院士、张强教授、郑光洁博士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授、乌尔里希·珀施尔教授、苏杭教授等人当天在新一期美国《科学进展》杂志上报告说,他们运用外场观测、模型模拟及理论计算等手段发现,在北京及华北地区雾霾期间,硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”,在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。颗粒物结合水是指PM2.5在相对湿度较高的环境下潮解所吸附的水分。
该结论与通常认为的硫酸盐形成机制有较大不同。现有基于欧美等地区的经典大气化学理论认为,硫酸盐主要是在云水环境中形成,由于云中的液态水含量远高于颗粒物结合水,通常高出1000到10万倍,所以与云水中的硫酸盐生成反应相比,颗粒物结合水中的反应可以忽略;理论计算还显示,在云水反应路径中,二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐这一路径的贡献也可忽略不计。
而在北京及华北地区雾霾期间,一方面,由于颗粒物浓度大幅上升及静稳气象条件下相对湿度较高等原因,颗粒物结合水含量远高于经典情景,颗粒物结合水中的反应总量大大提升;另一方面,重度雾霾期间二氧化氮浓度为经典云水情景下的50倍以上,这直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外,北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地,呈现出特有的偏中性环境,而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。
研究人员据此在论文中指出,优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。
该研究表明我国复合型污染的特殊性,”贺克斌院士对新华社记者说,“高二氧化硫主要来自燃煤电厂,高二氧化氮主要来自电厂和机动车等,而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放,导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成,这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。”
伦敦酸雾通常被认为是由燃煤排放的烟尘以及二氧化硫等一次污染物所致。洛杉矶雾霾则是一种光化学污染,主要原因是机动车尾气在阳光作用下反应生成了二次污染物。而中国雾霾是一次与二次污染物混合造成。
贺克斌说,这种复合型污染的特殊性更加表明了多污染物协同减排的重要性,尤其是现阶段应优先加大氮氧化物减排力度。“之前我们虽然知道需要减排,但是如果无法弄清重霾污染形成的关键化学机制,就无法进行有效的模型定量模拟分析,也就无法准确评估如何减排最有效、最科学。不科学减排可能导致严重后果,可能花了很多人力物力,但收效甚微。”
第一,二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首,它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得阴沉灰暗。颗粒物的英文缩写为PM,北京监测的是细颗粒物(PM2.5),也就是直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物,又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。
雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统,多出现于秋冬季节(这也是2013年1月份全国大面积雾霾天气的原因之一),是近地面层空气中水汽凝结(或凝华)的产物。雾的存在会降低空气透明度,使能见度恶化,如果目标物的水平能见度降低到1000米以内,就将悬浮在近地面空气中的水汽凝结(或凝华)物的天气现象称为雾(Fog);而将目标物的水平能见度在1000-10000米的这种现象称为轻雾或霭(Mist)。形成雾时大气湿度应该是饱和的(如有大量凝结核存在时,相对湿度不一定达到100%就可能出现饱和)。由于液态水或冰晶组成的雾散射的光与波长关系不大,因而雾看起来呈乳白色或青白色和灰色。
霾是由空气中的灰尘、硫酸、硝酸、有机碳氢化合物等粒子组成的。它也能使大气浑浊,视野模糊并导致能见度恶化,如果水平能见度小于10000米时,将这种非水成物组成的气溶胶系统造成的视程障碍称为霾(Haze)或灰霾(Dust-haze),香港天文台称烟霞(Haze)。
雾霾天气是一种大气污染状态,是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述。我们常说的雾霾其实是雾和霾的组合,但是雾是雾,霾是霾,雾和霾的区别很大。简单地说,空气中细微的水珠是雾,属于液体,而霾则是固体,是由空气中的微小尘粒、硫酸、硝酸、可吸入颗粒物等粒子组成的。它能使空气变浑浊,能见度降低,两者结合在一起就是雾霾。两者结合的情况,形象的比喻一下,就是小孩子玩泥巴,把沙泥和水混在一起,又混又脏。各种污染物的排放一旦超过大气循环能力和承载度,各种颗粒物浓度会持续积聚,如果此时天气处于静稳状态,就容易出现大范围的雾霾。
二氧化硫、氮氧化物以及可吸入颗粒物这三项是雾霾主要组成,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得灰蒙蒙的。
一、二氧化硫
二氧化硫是最常见的硫氧化物,无色气体,有强烈刺激性气味,也是大气主要污染物之一。煤和石油都含硫化合物,因此燃烧时会生成二氧化硫。二氧化硫被人体吸入呼吸道后,因易溶于水,故大部分被阻滞在上呼吸道。在湿润的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸,一部分进而氧化为硫酸,使刺激作用增强,如果人体每天吸入浓度为100 ppm的二氧化硫,8 小时后支气管和肺部将出现明显的刺激症状,使肺组织受到伤害。
如果二氧化硫随飘尘气溶胶微粒进入人体肺部深层,毒性将增加3~4 倍,会导致肺泡壁纤维增生。如果增生范围波及广泛,形成肺纤维性变,发展下去可使肺纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫还可被人体吸收进入血液,对全身产生毒性作用,它能破坏酶的活力,影响人体新陈代谢,对肝脏造成一定的损害。
二、氮氧化物
氮氧化物指的是由氮,氧两种元素组成的化合物,常见的有一氧化氮,二氧化氮,一氧化二氮,五氧化二氮等等。作为空气污染物的氮氧化物一般指的是一氧化氮和二氧化氮。大气中的氮氧化物除了自然循环排放的以外,大部分来自于化石燃料的燃烧,比如汽车,飞机,工业锅炉等的燃烧过程,也有化肥厂,金属冶炼厂生产过程中排放的。
氮氧化物会刺激肺部,降低人们对于感冒之类的呼吸系统疾病的抵抗力,还会造成儿童肺部发育受损。除此之外,以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物与碳氢化合物在紫外线照射下会发生反应形成有毒烟雾,也就是光化学烟雾.光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低.。1943年美国洛杉矶出现了光化学污染照成了800多人的死亡,很多人出现了眼睛痛,头痛,呼吸困难的症状。另外1970年日本东京的光化学烟雾事件也导致2万人患上了红眼病。
光化学烟雾的伤害很大,但是它的形成必须满足三个条件:一是大气中存在一定量的污染物,主要是氮氧化合物、碳氢化合物,来源是机动车和电厂废气;二是天气光照充足,只有在这样的天气条件下通过强光促成反应;三是挥发性有机物(VOC)和氮氧化物反应活跃,浓度严重超标,所以不需要过于担心。
三、可吸入颗粒物
通常把粒径在10微米以下的颗粒物称为PM10,又称为可吸入颗粒物,它环境空气中持续的时间很长,对人体健康和大气能见度影响都很大。一些颗粒物来自污染源的直接排放,比如烟囱,化工长,工业锅炉等等。另一些则是由环境空气中硫氧化物、氮氧化物、挥发性有机化合物和其它化合物发生反应生成。其中第一种途径是可吸入颗粒物的主要来源,也是可吸入颗粒物污染控制的重要对象。
说到可吸入颗粒物,就肯定会想到PM2.5,它和PM10同为悬浮在大气中的颗粒物,只是粒径大小不同。PM2.5是PM10的一部分也就是直径在2.5微米以下的颗粒物。由于PM2.5粒径较小,人体的鼻腔、咽喉已经挡不住,它们可以一路下行,进入细支气管、肺泡,再通过肺泡壁进入毛细血管,再进入整个血液循环系统。对人体的呼吸系统和心血管系统造成伤害。
PM2.5主要来自于人为排放,包括一次排放和二次转化生成。一次排放主要来自燃烧过程及粉尘、扬尘。二次转化是指由二氧化硫、氨、氮氧化物和挥发性有机物等气态前体物在大气中通过化学反应而生成。
三种主要成分:二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物。
一、雾霾的定义
雾是由大量悬浮在近地面空气中的微小水滴或冰晶组成的气溶胶系统。
“雾霾”是雾和霾的组合词。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。霾就是灰霾(烟霞)。
二、雾霾的产生
雾霾常见于城市,是特定气候条件与人类活动相互作用的结果。
高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物(PM 2.5),一旦排放超过大气循环能力和承载度,细颗粒物浓度将持续积聚,此时如果受静稳天气等影响,极易出现大范围的雾霾。
三、雾霾的组成成分
雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成,前两者为气态污染物,最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的主要原因,它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得阴沉灰暗。
颗粒物的英文缩写为PM,北京监测的是细颗粒物(PM2.5),也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的污染物颗粒。这种颗粒本身既是一种污染物,又是重金属、多环芳烃等有毒物质的载体。
霾粒子的分布比较均匀,而且灰霾粒子的尺度比较小,从0.001微米到10微米,平均直径大约在1~2微米左右,肉眼看不到空中飘浮的颗粒物。由于灰尘、硫酸、硝酸等粒子组成的霾,其散射波长较长的光比较多,因而霾看起来呈黄色或橙灰色。
四、雾霾天气
雾霾天气是一种大气污染状态,雾霾是对大气中各种悬浮颗粒物含量超标的笼统表述,尤其是PM2.5(空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是造成雾霾天气的“元凶”。
随着空气质量的恶化,阴霾天气现象出现增多,危害加重。我国不少地区把阴霾天气现象并入雾一起作为灾害性天气预警预报。统称为“雾霾天气”。
雾霾的主要成分是二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物。这些都是严重污染空气的物质,雾霾是特定气候条件与人类活动相互作用的结果,高密度人口的经济及社会活动必然会排放大量细颗粒物,一旦排放超过大气循环能力和承载度,细颗粒物浓度将持续积聚,此时如果受静稳天气等影响,城市极易出现大范围的雾霾。
雾霾,是雾和霾的组合词。雾霾常见于城市。中国不少城市深受雾霾的影响,尤其是工业化较为发达的地区,雾霾比较严重。雾霾天气是一种大气污染状态,PM2.5,也就是空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物,被认为是造成雾霾天气的“元凶”。
应对雾霾也是有措施的,比如出门戴口罩、少出门等,但是都不能从源头上解决雾霾的问题,除过我们不能改变的天气原因,我们能做的就是减少危害物质在空气中的排放,还有低碳出行、绿色出行。
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