环境

除了PM2.5,还有别的家伙在空气中作妖?

Prachi Patel 发表于  2019-03-11 21:19

|· 本文来自“我是科学家”·|

饱受空气污染的地球 | 图片来源:http://secondwindairpurifier.com

你还记得一年中有多少日子都被雾霾吓得战战兢兢地出门?毋庸置疑,以雾霾为代表的空气污染等问题,正在越来越多地入侵我们的生活。

一说到空气污染,有人会习惯性地把它等同于PM2.5(细颗粒污染物)。但事实上,评定空气污染的指标里,可不单单只是这个家伙。目前的空气质量评价使用 AQI(Air Quality Index:空气质量指数),它衡量了6种主要污染物,分别是SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3和CO。

随着环境问题被广泛关注,以及防治措施的实行,在许多报告中都显示,空气中有害细颗粒物的数量正在慢慢下降。但发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章却指出:PM 2.5的减少,却导致了另一种污染物——臭氧污染的增加,这又是怎么回事呢?

图片来源:Pixabay

什么?你不知道臭氧污染

臭氧的好与坏 图片来源:https://ecology.wa.gov

提起臭氧,很多人都会想到臭氧层,也就是距离地球表面15-50km的平流层中,一层高浓度的臭氧区域。它能吸收掉阳光中的大量紫外线,所以被称为地面生物的“保护伞”。

但由于臭氧的强氧化性,当它分布在地面上时,就变成了另一种角色。浓度超过一定值的臭氧,是光化学烟雾的主要成分。此时的它就化身了“恶魔”:高浓度的臭氧会损害眼睛、呼吸道等,严重的还会导致肺气肿、意识障碍和死亡。以呼吸道疾病为例,0.1-0.2mg/m³的浓度,就会引起哮喘发作。高浓度臭氧对老人和孩子的影响最为严重。

这个透明杀手是什么来头?

空气中的臭氧污染主要来自于化学反应,有三个主要因素:氮氧化物(NOx)、挥发性有机物(VOCs)和强烈阳光。

化石燃料燃烧时,会向大气中排放 NOx 和VOCs 等污染物,在强烈阳光下这些污染物间会发生光化学反应,就会产生臭氧。

臭氧并不像细微颗粒物那样会让空气混浊,而强烈光照下会诱导臭氧生成,所以臭氧污染常出现在风和日丽的日子。有时候出门看到晴空万里,你会觉得空气清新通体舒畅,殊不知臭氧污染可能悄悄地在伤害着你。此外臭氧污染并不能用口罩抵挡,除了在污染时避免外出,没有更好的抵御方法。

美国洛杉矶的光化学烟雾,褐色为NO2污染。图片来源:United States Geological Survey

PM2.5 的降低让臭氧污染加重了吗?

2015年平均臭氧污染含量 图片来源:http://ccacoalition.org

从2013年起,为了遏制空气污染的情况,国家制定了严厉的措施。包括限制上路汽车数量,关停烧煤旧式发电站或者改建为天然气发电站等等。

这些措施看上去颇有成效:在一篇文章中,研究者们统计近几年空气质量,发现2013年到2017年,中国东部PM2.5的浓度下降了近40%。但在同样的时间内,大城市的臭氧浓度却上升了5%-10%。

臭氧的生成(图中温度为华氏度,即32℃左右)。图片来源:https://slideplayer.com

其实在之前就有很多调查报道,指出PM 2.5降低和臭氧污染加剧存在着相关性,那这二者究竟有什么渊源呢?

研究者通过进一步实验发现,空气中的这些颗粒物就像小海绵一样,能吸附化学自由基,以阻止臭氧的产生。当PM2.5浓度降低,细微颗粒减少时,对反应物的吸附量也会减少,最终导致大气氧化性增加,促使VOCs和NOx转化成了臭氧。

此外,如果PM2.5浓度过高,光照和辐射就会减弱,达不到臭氧生成的条件,反过来,PM2.5等细微颗粒降低,光照增强可能会促发臭氧的浓度增加。

研究大气化学与环境工程的教授Daniel Jacob,在一篇新闻稿中指出:环境治理导致臭氧污染加剧的现象,在其他国家都未曾观测到过,看上去中国在环境环境治理问题上,似乎有些太着急了,对于PM2.5的治理上,中国只用了4年的时间,就得到了美国在30年所完成的效果,如此引发的新的问题也应该带来一点反思。

虽说目前臭氧污染的危害还远不及PM2.5,但其上升的趋势还是需要及早被遏制。生态环境部的专家刘炳江在一次发布会上谈到了解决之道。他认为这二者之间的联系,起到了很好的提醒作用,能督促在重视PM2.5治理的当下,同时去注意臭氧污染的防治。而目前最好的方法还是控制VOCs的排放:“因为VOCs既可能转化成PM2.5及PM10,又是形成臭氧的前体物,控制它可以起到一箭双雕的效果。”(译者:小刀;编辑:大庆)

参考资料:

  1. https://sites.google.com/site/pm25opendata/what-is-pm2-5
  2. http://zh.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AD%E6%B0%A7
  3. https://cn.nytimes.com/china/20150812/cc12ozone/zh-hant/
  4. http://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk15/201901/t20190122_690319.html
  5. (臭氧的污染的危害、成因、和防治):https://www.researchgate.net/publication/278403749_chouyangwurandeweihaichengyinyufangzhi
  6. 文章来源:http://www.anthropocenemagazine.org/2019/01/chinas-particulate-pollution-is-plummeting-but-thats-not-good-news/ (本文由Storythings供稿)

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全部评论(10)
  • 1楼
    2019-03-11 21:53 在雨夜

    人类,继续进化吧。

    [1] 评论
  • 2楼
    2019-03-12 09:18 operabug

    氟利昂啥的不是可以破坏臭氧吗?是否研究下可否用于对付臭氧污染?(当然必须控制好,别让它跑到臭氧层去)

    [0] 评论
  • 3楼
    2019-03-12 11:14 天降龙虾
    引用@operabug 的话:氟利昂啥的不是可以破坏臭氧吗?是否研究下可否用于对付臭氧污染?(当然必须控制好,别让它跑到臭氧层去)

    问题是,氟利昂已经被禁用了吧。。。。。

    [0] 评论
  • 4楼
    2019-03-12 12:56 SVIP3
    引用@天降龙虾 的话:问题是,氟利昂已经被禁用了吧。。。。。

    由于是有利有弊的特性,与那个时代的科技的发展程度的原因,导致当时如果不全面禁止,就会导致被滥用,现代,如果重新发现了好的一面,科学界也有可能会对于你回复的方法进行适度考虑。

    顺便说一下,这个问题的技术难点在于物质质量。

    [0] 评论
  • 5楼
    2019-03-13 05:00 大头小脸

    同哦咯图谋X5YY咯OK

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  • 6楼
    2019-03-13 10:04 宇智波苏琪

    对,中国正在高速发展,治理近百年的环境污染问题。争分夺秒,重在当下。

    [0] 评论
  • 7楼
    2019-03-13 15:12 汉尼拔wang
    引用文章内容:对于PM2.5的治理上,中国只用了4年的时间,就得到了美国在30年所完成的效果,如此引发的新的问题也应该带来一点反思

    所以,还是别急着治理了,让我们慢慢“享受”PM2.5吧(手动滑稽)

    [0] 评论
  • 8楼
    2019-03-13 21:16 地球上的裸猿

    没事,我们有核捆绑,我们都生活在地球村上,美国中国概莫能外。
    不过听说中南海有特贡空气?
    ————
    网站系统有BUG,会导致回复两次?

    [0] 评论
  • 9楼
    2019-03-13 21:16 地球上的裸猿

    没事,我们有核捆绑,我们都生活在地球村上,美国中国概莫能外。
    不过听说中南海有特贡空气?
    ————
    网站系统有BUG,会导致回复两次?

    [0] 评论
  • 10楼
    2019-03-21 18:41 道童

    臭氧比重大且很不稳定,在大气中的半衰期不过几十分钟,如果空气污浊地面肮脏,臭氧生成后,在地面附近存在时间不会超过十几分钟。

    低空臭氧之所以产生,主要是由于空气中的氮氧化物的催化作用(在用纯氧制取臭氧的臭氧发生器中,为了提高臭氧产率,需要在氧气中添加8%的氮气,就是利用氮氧化物的催化作用。)在阳光紫外线的作用下,使得氧气电离进而合成的臭氧。

    显示PM2.5降低,显然是引起光折射的颗粒物降低,使得PM2.5看起来降低的。而臭氧反而提高,那一定是空气中氮氧化物含量提高所致。但是氮氧化物有双重作用,在水分作用下氮氧化物形成气溶胶,本身无色无味,但一定条件下,会产生光折射现象而显现出来,此时测量PM2.5的激光会有反应而示值增加,但是又由于对光的 遮蔽作用,使得氧气合成臭氧的作用降低。至于 臭氧测量示值高低,需要对 几种条件的作用综合考虑才行。

    文章中的说法显然 有些简单化了。

    [1] 评论

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