专访袁天乐:北美88%气溶胶量通过北太平洋到达北美

来源:凤凰科技| 2013-12-04 14:29:42|

雾霾中的美国

  近日,美国环保局局长吉娜·麦卡锡在华盛顿表示,中国的空气污染不仅影响到中国,而且危害到美国和其他国家。雾霾真的会远涉重洋影响到美国吗?凤凰探索近期采访了著名环境保护学家袁天乐,袁天乐供职于美国宇航局辐射和气候实验室及马里兰大学巴尔的摩分校,主要从事气溶胶对空气质量和气候影响的研究。

  凤凰探索:您参与的一项研究表明北美88%气溶胶量是通过北太平洋而到达北美的沙尘,北京PM2.5一大部分也是来自河北和山西的燃煤污染,请问气溶胶与PM2.5有区别吗?

  袁天乐:气溶胶泛指一切漂浮在空气里的微小颗粒物,它可以是固体或者是液体,比如气尘、硫酸物、硝酸物等。如果你用显微镜看这些粒子的话,你会发现它的组成成份和形状都非常的复杂,除了一些特别简单的颗粒物,几乎都没有规律,因为它们其实是一些各种成分相互附着揉和在一起的混合物。

  PM2.5是缩写,意思是所有直径小于2.5毫米的颗粒物(particulate matter)。对这个概念可能一般人会有一个误解,这些颗粒物的粒子的形状非常不规则,所以如何界定这颗粒子它是2.5毫米,或者是2.6毫米呢?

  举个例子,有一种黑碳颗粒,其实就是一些碳原子球不断的捏和在一起组成链状,就像链条一样,一个接一个,一个颗粒物最长的地方可以达到10个微米,但一个碳原子球是非常小的,这时候怎么来界定这颗颗粒物的大小呢?

  这就涉及到一个概念,叫做“空气动力学直径”。要弄清它,首先我们需要了解“沉降速度”。你把任何物体扔在空气中,当它加速,它受到的空气阻力也会加大,当它的空气阻力和它的动力平衡的时候,我们就称这个速度为沉降速度,比如说一片羽毛和一个人,它们的空气沉降速度是不一样的。

  同样,对于这些不同大小和形状的颗粒物,它们虽然可能组成成份一样,但是因为形状不一样,它的沉降速度就会不一样,这样我们就可以做很多实验,定下每一个颗粒物的沉降速度,再把这个沉降速度去查表。这个表是以水滴为代表性的颗粒物。

  比如说某个污染物的沉降速度是5厘米每秒,同样的我们可以去查当水滴半径达到多少的时候,它的沉降速度是5厘米每秒,如果查到是2.3微米,那样的话我们就把那颗颗粒物的空气动力学直径定为2.3微米。

  这样定义之后,我们就可以把空气中所有颗粒物,凡是它们动力学直径小于2.5微米的质量密度加起来,就成了PM2.5,而气溶胶是空气中所有颗粒物不管大小的总和,所以PM2.5就是气溶胶的一个子集,也就是它的一部分。

  凤凰探索:那北京的PM2.5是如何形成的?

  袁天乐:北京PM2.5来源很多,工地上、从内蒙古或者更远的地方飘来的沙尘,燃烧形成的黑碳、通常我们看到的烟,以及通过化学反应变化出来的物质,比如硫化物颗粒、硝酸盐颗粒、氮化物等等,甚至还有一些自然产生的颗粒物。

  至于它们的来源地,周边地区很重要。山西虽然是煤产地,但它并不一定是煤消耗大的地方,相比之下河北的影响更大一点。大家都知道,河北是我们国家一些重型工业的基地,比如钢、发电厂等,这些都需要很多能源,尤其我国能源存储成份现在大多数是煤,它会产生很多硫化物、硝酸、直接的沙尘排放,或者碳颗粒的排放。

  尤其是偏南、偏东或者是稍微偏西的一些周边省份,当风向和天气允许的状况下,这些地方产生的气溶胶或者PM2.5自然就会影响北京的污染状况。北京自身也有一些工厂,特别是到冬天取暖的设备,厨房、汽车等,排放量可能也不小,这些都是需要考虑的因素,另外有点非常重要,那就是经常被大家忽略的天气。

  凤凰探索:天气如何影响空气质量呢?

  袁天乐:天气的重要性在于,当你有同样的排放量,不同天气情况下造成的PM2.5含量可以差别很大。有研究表明,在一些特定的状况下可以差10倍以上,这不光是因为天气影响沉降物沉降的速度,因为降水之类造成的干沉降或者是湿沉降。即使是在同等的降水条件下,天气也可以很深刻的影响PM2.5的含量。

  总量一样的气溶胶,分布在不同的体积下,PM2.5就会差很大。pm2.5是一个密度概念,密度对我们人类的健康是最重要的,因为我们呼吸接触到的是密度,不是整个空气柱里面污染物的总量。

  道理很简单,我们人类居住在一个叫做大气层的下面,也就是通常所说的边界层里面,这个边界层的高度或者是厚度受天气影响特别大,厚度最少的可以只有几百米,但是它最高的时候,比如说夏天厚度可以增加到几公里。

  也正是由于这个原因,北京污染状况最严重的时候,一般都是伴随着雾而来的,这也是大家把雾和霾一起提的原因之一。雾形成的时候,一般就是边界层比较浅的时候。边界层如果浅,整个气柱的气溶胶总量不是太大,但它被一压缩,我们接触到的密度就会显著升高,这样污染状况就比较厉害了。

  凤凰探索:现在国内提出雾霾会导致各种疾病,甚至致癌,您如何看待这一提法?

  袁天乐:这个问题,我本身不是直接做研究的,但我读了很多文献。所以我说的并不一定是最原始的知识,但大家可以参考。雾霾影响身体健康,比如致癌,必须有一些通道和机制,现在大家公认的机制就是物理接触和化学溶解。当雾霾通过呼吸道系统被吸入到气管、肺部的时候,很多小粒子可能会残留在身体的一些组织里面,或者进入血液循环系统,对人体造成一些影响和危害。但是据我所知,真正直接研究pm2.5从机理上怎么影响身体健康的还不多。

  那么致癌的研究结果是怎么来的?通常是用统计的办法,就是相比某个阶段或者是横向比较两个城市,一个污染物比较高,一个污染物比较低,比一下某些癌症的发生率,比如肺癌——这是最常见的一种雾霾可以影响到的癌症。然后下一些统计上的判断,比如假设其他条件都相适或相同的状况下,癌症发病率提高了,污染物或者PM2.5的浓度增加,就认为这个提高是由于人们吸入雾霾的颗粒引起的。

  但这些研究有一个潜在的逻辑上的危险,就是必须假设其他条件都一样,只考虑雾霾作为决定性的影响因素。如果研究做的不仔细,一般很难达到真正的假设要求,也就是很难排除其他因素的影响。

  举个例子,前一阵子有数据说北京肺癌近十年增加了50%,文章最后想说增加挺多,是不是污染物的影响,但他那个数据不是肺癌发病率,而是肺癌的总数,就是肺癌的总数增加这么多。你就要考虑到北京总人口增加了多少,北京近十年人口变化挺大的,外来人口年轻数量比较多,人口趋向于年轻化,北京医疗条件也变化了(本来没有检查出来的病例可能就会被检查出来了),当然另外一个重要的原因就是现在相比老一代人吸烟的人口数量更多了,肺癌到目前为止公认的最主要因素是吸烟,这些都可造成肺癌数字上升,所以这种研究必须要小心判断。

  但是的确有很多研究,不光是中国,包括美国、欧洲或者南亚做了一些医学上的统计,发现的确有一定机率是PM2.5引起一些呼吸道疾病比例上升。但是因为雾霾或者是PM2.5影响的范围、人口数量大,这个比例上升到目前来看不是那么惊悚和触目惊心,比如增加两三个百分点。但是如果转化成绝对数量,那就挺可观了。

  凤凰探索:那么,理论上来讲,PM2.5怎么会影响呼吸道系统,器官组织、甚至人体的循环系统呢?

  袁天乐:最主要的是两个因素,一个是粒子大小,另一个是组成成分,粒子大小是因为人体对这些外来粒子有一定的抵御能力,我们大家都知道一些毛发或者喉咙、鼻子里面一些黏液,可以一定程度把一些稍微偏大的粒子挡住或者黏附住。

  雾霾天气身体的反映就是痰多了,分泌很多黏液,在喉咙口或者鼻腔里面挡住这部分外来的侵入,但是毕竟空气要流入到肺部,不可能什么都挡住,一些纤小的粒子可以通过这些关卡进入人的呼吸道甚至肺部,这些粒子小于一微米甚至小于0.1微米。有证据表明因为它们太小了,可以穿过细胞膜进入其他部位,包括呼吸道组织,进入呼吸系统的各个层次,喉管呼吸道最后到肺部,如果在肺部聚集这些粒子,因为它本身携带一些有害物质,跟组织接触之后当然会影响肺部的健康状况,带来一些疾病,比较权威的研究表明这种东西影响可能最明显的还是在于5岁的小朋友中间。

  除了呼吸组织,有些粒子也可以进入到循环系统、血管里面,一旦进入血管造成里面发炎,动脉硬化、阻碍血液流通,或者溶解有害物质,就可以引起各种疾病,比如说心脏病,有一篇文章发现交通废气排放对大众心脏病突发提高挺明显,达到百分之六到七。

  可以想像,如果这些细小粒子在某些紧要的循环血管系统长时间堆积,得不到清理,就会跟血脂造成的心血管堵塞引起的条件差不多,引发心血管的一系列疾病,但是要做这样细致的研究,把心血管疾病证明是PM2.5引起的比较困难,因为有一系列其他因素可以导致。

  PM2.5还可以通过循环系统跑到任何地方,甚至可以跑到大脑里面,堵塞脑血管里血液传输,甚至阻碍神经系统,导致老年失忆或者痴呆等脑疾病,当然这种例子现在证据还不是特别强,不是特别让人信服,但是有这个可能性。

  我们对每一个情况都了解,有足够的数据,然后可以排除其他因素的影响,我觉得这个逻辑链条比较长,相对来讲比较困难。我觉得目前最主要的还是呼吸道和心血管两个系统最明显,相对比较清楚,也最需要引起大家的注意。这里我也想呼吁医学研究者,可以花点力气去直接研究当器官摄入有害颗粒物时,有什么机制可以影响我们健康,这个挺难的,因为摄入总量比较小,需要比较长时间的跟踪才会有确切的结果、

  凤凰探索:最近的报道也提到雾霾会导致不孕,您如何看呢?

  袁天乐:关于不孕的话题,目前研究还比较少,我读到的一些国内不孕方面专家的意见是,这种可能性非常小,因为这个不像对呼吸道或者血液循环影响这么明显,我个人倾向于这一块现在不是特别让人信服,目前这个担心可能不是特别需要重点考虑。

  凤凰探索:谢谢您!

  (凤凰探索注:袁天乐在本文中所阐述的观点是其个人观点,与其工作单位无关。)

责任编辑:AP016

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