說(shuō)起氣溶膠傳播,可以從什么叫氣溶膠談起。

當(dāng)你宅在家看視頻時(shí),突然聞到從廚房飄過(guò)來(lái)的一股焦味;或是坐地鐵時(shí)身邊有人突然打了個(gè)噴嚏;抑或你從窗外眺望日落西山的壯麗景象……這些生活中你經(jīng)常遇到的場(chǎng)景,都是因?yàn)橛袣馊苣z的存在。

火山噴發(fā)的景象
火山噴發(fā)的景象

什么叫氣溶膠?

氣溶膠(Aerosols), 指懸浮在大氣中的微小顆粒。比如平時(shí)我們說(shuō)的云、霧、霾之類都算是氣溶膠。這些懸浮在大氣中的微小顆粒,大小一般從0.001~100μm(微米)。

而最大值100μm究竟有多大呢?

我們知道,1微米相當(dāng)于1毫米的千分之一,最大值100微米相當(dāng)于0.1毫米這么大,而最小的,是1毫米的千分之一,肉眼是看不到的。在顯微鏡下,霧滴的直徑小于100微米,空氣污染物顆粒小于10微米。
氣溶膠的傳播是什么?

除了微小,這些顆粒的形狀也是多種多樣,有的近乎球形,諸如液態(tài)霧珠,有的則是片狀、針狀和其它不規(guī)則形狀。

這些顆粒能散射或者吸收太陽(yáng)光,因此,如果顆粒足夠大,就能被肉眼觀察到。氣溶膠通過(guò)散射太陽(yáng)光來(lái)降低空氣中的能見(jiàn)度(即形成霧霾),也能讓日出和日落看上去更紅更醒目。

巴厘島的日出景象
巴厘島的日出景象

氣溶膠科學(xué)是一門(mén)新興的交叉邊緣學(xué)科。由于它和現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展、人類衛(wèi)生保健、大氣環(huán)境保護(hù)、全球氣候變化等重大問(wèn)題有密切關(guān)系,是近年來(lái)充滿活力的一個(gè)新興領(lǐng)域。

氣溶膠的來(lái)源

1.大自然

懸浮在大氣中的微小顆粒,有的來(lái)源于大自然:比如今年澳大利亞森林大火形成的“火云”,將煙霧和微小顆粒匯集到低空平流層中(類似于火山爆發(fā)時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象),嚴(yán)重影響空氣質(zhì)量。還有那些被風(fēng)吹起的土壤微粒、海水飛濺揚(yáng)入大氣后而被蒸發(fā)的鹽粒、細(xì)菌、微生物、植物的孢子花粉、流星燃燒所產(chǎn)生的細(xì)小微粒和宇宙塵埃等等,都屬于氣溶膠。

2. 人類行為

有的氣溶膠是人類自己制造出來(lái)的:由于人類活動(dòng),如煤、油及其他礦物燃料的燃燒物質(zhì),以及車輛產(chǎn)生的廢氣排放至空氣中的大量煙粒等。比如,霧霾的成分主要是硫酸鹽氣溶膠,燃煤是罪魁禍?zhǔn)住?/b>

當(dāng)氣溶膠的濃度達(dá)到足夠高時(shí),將對(duì)人類健康造成威脅,尤其是對(duì)哮喘病人及其他有呼吸道疾病的人群。空氣中的氣溶膠還能傳播真菌和病毒,會(huì)導(dǎo)致一些地區(qū)疾病的流行和爆發(fā)。已經(jīng)有研究表明:懸浮顆粒對(duì)人類的健康會(huì)產(chǎn)生重大影響(比如新冠肺炎的傳播),尤其是氣溶膠中水溶組分對(duì)人類健康的影響更大。[2]

而氣溶膠的消除,主要靠大氣的降水、小粒子間的碰并、凝聚、聚合和沉降過(guò)程。
氣溶膠的傳播是什么?

三、氣溶膠的傳播

微生物氣溶膠是環(huán)境污染的重要因素之一,氣溶膠的生物污染可以引起一系列傳染病的流行。在這次新冠疫情中,氣溶膠傳播是指飛沫混合在空氣中,形成氣溶膠,吸入后導(dǎo)致感染。

而在實(shí)驗(yàn)室中,微生物氣溶膠的危害程度取決于微生物本身的毒力、濃度、粒子大小以及當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)微小氣候條件。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境越適合生物生存,實(shí)驗(yàn)室感染的可能性越大,并可能通過(guò)氣流傳播到同一建筑物的其他地方,甚至污染整個(gè)建筑物的空氣。

呼吸道傳播的微生物主要存在于氣溶膠中。

關(guān)于氣溶膠在人類生活環(huán)境中的傳播,舉幾個(gè)日常的例子:

沖馬桶時(shí)產(chǎn)生的“便便噴霧”

1975年,在廁所思考人生的貝勒醫(yī)學(xué)院的研究者 Charles Gerba 等人頓悟到,馬桶沖水的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生生物氣溶膠(固體或液體懸浮在空氣中形成的體系)。為了證明這一點(diǎn),他在馬桶里倒了細(xì)菌,然后在馬桶附近不同距離的地方擺好了培養(yǎng)皿,然后嘩嘩嘩使勁沖廁所。

不出所料,沖完廁所的2小時(shí)后,細(xì)菌基本都落在馬桶附近的地面上。但是!沖完廁所的4-6小時(shí)后,整個(gè)廁所都可以檢測(cè)到本來(lái)應(yīng)該進(jìn)入化糞池的細(xì)菌了。而且讓人意想不到的是,在浴室洗發(fā)水瓶子下面發(fā)現(xiàn)了大量大腸桿菌。

紐約大學(xué)的病理學(xué)家 Philip Tierno 表示,這個(gè)便便氣溶膠噴霧嘛……可以射到4.6米的高度,也就是2層樓這么高,因此被業(yè)內(nèi)人士取了一個(gè)詩(shī)意而親切的名字——馬桶煙羽(toilet plume)。

馬桶開(kāi)蓋的情況下,馬桶上方25厘米的距離都可以檢測(cè)到便便細(xì)菌,這些細(xì)菌可以在那個(gè)距離漂浮多達(dá)1個(gè)半小時(shí)。不過(guò)如果蓋著馬桶蓋沖,那么細(xì)菌氣溶膠的量就只有開(kāi)蓋情況的1/12。

顯然,便后不蓋蓋子沖水,就會(huì)享受一次細(xì)密的便便噴霧,可能比香水的法式噴法還要均勻。

虹吸式馬桶(左)和直沖式馬桶(右)
虹吸式馬桶(左)和直沖式馬桶(右)

直沖式和虹吸式,哪一種不容易產(chǎn)生便便氣溶膠呢?

1959年發(fā)表在《柳葉刀》(The Lancet)上的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),如果是直沖式馬桶,那么每次沖水后,馬桶里的微生物濃度就會(huì)下降99%,空氣中的生物氣溶膠下降50~60%。

但是如果是虹吸式馬桶,沖廁所后產(chǎn)生的氣溶膠只有同排量的直沖式馬桶的1/14。

電子煙中的氣溶膠

近年來(lái)流行的電子煙中甘油的滲透壓高,吸水,會(huì)讓人口干、咽喉干,電子煙的二手氣溶膠已經(jīng)成為新的空氣污染源。

電子煙通過(guò)加熱霧化產(chǎn)生氣溶膠供煙民吸入
電子煙通過(guò)加熱霧化產(chǎn)生氣溶膠供煙民吸入

世界衛(wèi)生組織認(rèn)為,電子煙產(chǎn)生的氣溶膠中,通常包含乙二醇、醛類、揮發(fā)性有機(jī)化合物、多環(huán)芳烴、煙草亞硝胺、金屬、硅酸鹽粒子以及乙二醛、丙酮醛、二乙酰、丙酮醇等成分,其中許多是已知對(duì)健康有影響的有毒物質(zhì)。

從更大的概念來(lái)看,氣溶膠能給地球大氣中的化學(xué)反應(yīng)(非均相反應(yīng))提供場(chǎng)所。這類化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的最嚴(yán)重的影響是對(duì)平流層臭氧的破壞。在極區(qū)冬季氣溶膠增加,形成極地區(qū)平流層云。這些云粒子的巨大的表面是化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的最佳場(chǎng)所?;瘜W(xué)反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量活性氯,最終導(dǎo)致平流層臭氧最終被破壞?,F(xiàn)有證據(jù)表明,大型火山噴發(fā)后,平流層中臭氧濃度出現(xiàn)相似的變化特征,例如,1991年菲律賓皮納圖博火山(Mt. Pinatubo)的噴發(fā),曾造成數(shù)以噸計(jì)的火山氣溶膠轟入大氣層。

美國(guó)宇航局(NASA)
美國(guó)宇航局(NASA)

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