作者:鎖相(凝聚態物理學博士,科研工作者)
空氣中可以懸浮的小顆粒有時也被稱為粉塵,這種懸浮顆粒的直徑不會太大。沙子大小的顆粒無法懸浮在空氣中,小直徑的懸浮顆粒可通過呼吸進入人體。直徑小于10微米的可吸入懸浮顆粒物,我們常稱為PM10,PM就是“顆粒物”(particulate matter)的首字母。這幾年常被提起的PM2.5就是指直徑小于2.5微米的細顆粒物。
顆粒物污染在美國每年可引起2-5萬人死亡。吸入顆粒物可能引起的疾病包括肺癌、哮喘和心血管疾病。大顆粒物可以被鼻毛等人體保護機制過濾;直徑10微米以下小顆粒對人體的危害性較大,它們可能通過呼吸進入肺的內部。一般說來,直徑越小的顆粒危害越大,100納米以下的顆粒可能穿透肺部進入其他器官,甚至進入大腦。世界衛生組織(2005年)估計,世界上的呼吸系統相關癌癥致死,有5%是PM2.5導致的。
以下是生活中幾種可能遇到的懸浮顆粒:
花粉:10-100微米。
在美國,花粉是常見的過敏源之一,能引起過敏者打噴嚏、流眼淚、流鼻涕、咳嗽等癥狀。中國人對花粉過敏的比例似乎很低。
懸浮的粉筆灰:大部分小于10微米,普通粉筆產生的懸浮顆粒約一半小于4.5微米。
沒有幻燈片的年代,前排聽課的同學誰沒遭遇過粉筆灰和老師的口水?誰能忘記黑板擦的金屬邊角刮過黑板時那撕心裂肺的聲音?粉筆灰本身無毒,但是它產生的粉塵尺寸太小,長期接觸對呼吸系統不好。
炒菜油煙:產生的顆粒取決于具體加熱方式和食材。
一項研究發現,燒烤和油炸的烹飪方式產生的顆粒從6納米到20微米,烹飪時溫度越高,產生的顆粒越多。此外,燃氣爐的做菜方式比電爐產生更多顆粒。另一項研究發現,豆油、油菜油和花生油產生的PM2.5明顯小于玉米油、椰子油和橄欖油。
煙草的煙霧:小于1微米。
吸煙者本人其實不用關心空氣質量好不好。美國三分之一的癌癥死亡源于肺癌,美國吸煙者得肺癌和不吸煙者得肺癌的幾率比是男性23倍、女性13倍。
煤煙和未經任何處理的尾氣:大部分小于100納米。
1952年中國82%的電力來自火電,2012年中國依然有79%的電力來自火電,其中超過90%的火電來自煤電。2011年中國的火電行業排放煙塵1300萬噸。2012年,美國的煤電占總發電量的比例是45%,德國是41%,印度68%,日本煤電比例是17%。不過日本面積狹小資源貧乏,能源主要依賴進口,因而沒有太大的比較意義。還有一個與我國有比較意義的大國是巴西,巴西是世界第八大能源消耗國,巴西約80%的電來自水電。這幾個大國中,美國已知的煤存儲是中國的兩倍,德國是中國的一半,印度煤存儲與中國接近,他們并不是用不起煤電。請國人支持煤電之外的能源方式,特別是可再生能源。
《世說新語》的言語篇中記載:“謝太傅寒雪日內集,與兒女講論文義。俄而雪驟,公欣然曰:‘白雪紛紛何所似?’兄子胡兒曰:‘撒鹽空中差可擬。’兄女曰:‘未若柳絮因風起。’公大笑樂。”四五月份又是飛楊絮和柳絮的時節,柳絮是柳樹的種子,上面有白色絨毛,柳絮飄在空中是借助風力,風停了就會沉積在地上,并不被歸于懸浮顆粒物。我在空中抓了一把飛絮,沒本事分清是楊絮、柳絮還是棉花(實物見下圖)。測量發現,單根絨毛直徑小于10微米,里面白色的實心物直徑幾十微米。漫天的飛絮除了可能引起過敏,分離的短絨毛還可能產生與可吸入懸浮顆粒物類似的負面效果。
文中所用的微米是毫米的千分之一,納米是毫米的百萬份之一。用幾個例子直觀感受下微米和納米:大家熟悉的頭發直徑約20微米到200微米,單根羊毛纖維可以在17微米以下,蠶絲可以細達5微米,大多數細菌小于10微米,大多數病毒小于100納米。微米這個數量級離我們的生活經驗并不遠。
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