大气气溶胶

大气中含有大量固体或液体的悬浮粒子，与承载它们的空气介质（气体组分）一起组成大气气溶胶体系。在该体系中可能包含数百种有碍环境和生物健康的污染物，其危害性可有以下几个方面：①引起地面或物体表面积尘；

②降落在金属器件上的尘粒成为强蚀点，加速器件腐蚀；③与大气中 SO2 等形成酸雾或酸性沉降物；④引发感冒、支气管炎等人体疾病；⑤成为影响气候的重要因素之一，例如作为凝结核促成雨、雾生成，增强云层对阳光反射能力等。大气气溶胶对人体危害程度的决定因素有颗粒物粒度、浓度和化学组成。由粒度决定颗粒物进入和滞留于呼吸道的能力，由浓度和化学组成决定颗粒物对人体生理的危害程度。

在具有清新空气的乡间，大气中颗粒物浓度大致为 50μg/m³，在已发生过的一些严重污染事件中（例如 1952 年伦敦烟雾事件），浓度可超过以上数

值的 100 倍。

大气颗粒物的化学组成变化不定，化学性质、物理性质等方面都非常复杂，难予言状。粗浅地说，在采得样品后需对以下几个方面作具体测定和研究：①化学组成；②物理形态和化学形态；③表面电性及表面对化学反应、吸附等方面的活性；④毒性。

大气中颗粒物可分为细粒（0.1～1μm）和粗粒（1～100μm）两部分。气溶胶系统有一个粒径分布的特征曲线如图 7-3 所示。由图可见 0.1～10μm 大小的颗粒占据了相当大的比例数。一般，细的粒子由如下两种化学性凝结过程产生：①通过大气中化学反应生成过饱和蒸气，随后又在温度不太高的空气中凝结为颗粒物。如硫酸盐气溶胶、光化学烟雾的生成；②在高温燃烧中产生。如高沸点油类蒸气在转入相对较低温度空气中时，可凝结成颗粒物。粗的粒子一般由如下两种机械性分散过程产生：①如岩石风化产生的细粒、海洋喷沫产生的雾滴及火山灰尘埃可由自然界风力、水力、火山喷发力等因素形成；②煤粉、水泥粉、石棉细粒等可在工业生产过程中由碾碎操作产生。通常，细粒子表现为酸性，其中含较大比例的阴离子 SO ^2-、NO -、Cl^-；粗粒

子含多量带碱性的金属离子 Ca²⁺、Mg²⁺等。

从环境监测角度看，大气中颗粒物又可分为降尘、可吸入颗粒物（或飘尘）和总悬浮颗粒物。它们都是涉及大气质量的有关颗粒物测定参数。降尘直径大于 30μm，在大气中有很大沉降速度。可吸入颗粒物直径（严格地说是动力学直径）小于 10μm，据认为，直径小于 3μm 的颗粒能通过呼吸过程深入人体肺部，3～10μm 的颗粒又易沉积在上呼吸道，所以可吸入颗粒物对人体特别有害。不仅于此，这段粒度的颗粒还能导致大气能见度减弱及引发大气化学反应和光化学反应。至于总悬浮颗粒物，包括直径为 0.1～100μm 范围内的颗粒物。

大气中常见的一些颗粒状物质的粒度及沉降速度如图 7-4 所示。各类大

气气溶胶的含义和示例则列举在表 7-3 之中。

表 7－3 各类大气气溶胶

大气中粒子被消除的过程与其本身大小有关。最大的粒子有相当大的沉降速度（见图 7-4），且可用斯托克斯定律予以定量表述。

2(ρ − ρ )gr ²

u = ^{1 2} (cm / s) (7 − 5) 9η

式中η——空气粘度； ρ1——粒子密度； ρ2——空气密度； g—重力加速度； r—粒子半径。

对于大粒子来说，除沉降是一种重要的消除过程外，碰撞（例如与树叶碰撞）和作为云的凝结核也是很重要的，当作为凝结核时，这些粒子就会以夹带在雨滴或水粒的形式被带至地面（雨洗过程）。大的粒子也能在降雨过程中通过云下洗脱作用被去除。相反，对小于 0.1μm 的粒子不能通过上述这些作用被消除，但它们能依布朗运动或其他效应（扩散飘移或热飘移）依附在水滴上，因而也包括在被雨洗之列。凝聚作用也能使小粒子汇集成大粒子。图 7-5 简要地描述了这些消除过程。由图还可看出，中等程度大小颗粒的消除是较难发生的。