【系列一:雾霾是什么】PM2.5真身
2015/3/2 千人智库

     早在美国大使馆自测数据的两次“爆表事件”之前,就有美国国家航空航天局公布的一张全球空气质量地图,展示了长期以来全球粒径低于2.5微米(μm)的悬浮细颗粒质量浓度分布状况。在这张2001—2006年间平均全球空气污染形势图上,全球PM2.5最高地区在北非和我国的华北、华东、华中地区。

     而大部分公众似乎是在一夕之间才熟悉了PM2.5这个听来生僻的专业术语,粒径小、可入肺、危害大是人们为PM2.5颗粒物贴上的最主要的标签,但事实远不止于此。PM2.5来源和形成机制,对大气能见度的影响机理,给人体带来的危害缘由……公众对于如此种种,都还知之甚少。

     复旦大学环境科学与工程系研究员、国家“青年千人计划”专家王琳在接受本刊记者采访时表示,PM2.5污染问题的解决是一个长期艰巨的任务,不可能在短时间内一蹴而就。要先回答“是什么”、“为什么”,弄清PM2.5的真身,才能解决“怎么办”的问题。

     小颗粒来自何方

     那么,PM2.5究竟是什么?

     “PM即particulate matter,译为颗粒物。大气中的颗粒物有大有小,PM10就是微粒空气动力学直径小于或等于10μm的颗粒,空气动力学粒径小于或等于2.5μm的颗粒物则被学界称为PM2.5。”王琳解释说,“PM2.5是PM10的一部分,是粒径相对较小的大气颗粒物。颗粒物在大气中可呈固态或液态分散,其来源也可谓多样。”

     火山喷发、海洋飞沫、森林大火、沙尘暴等自然源会产生一部分PM2.5,比如我国中东部城市PM2.5的来源之一是源自我国北部、西北部沙漠和干旱、半干旱地区的沙尘。但总的来说,人类的工业、农业、交通等活动造成的排放,尤其是化石燃料、生物质燃料的燃烧才是带来大量PM2.5的主力。

     需要注意的是,自然源与人类活动直接排放的只是PM2.5中的一次颗粒,即一次大气污染物。发电、纺织印染都能产生大量颗粒物,即使道路扬尘、矿物质加工与提炼的过程也有大量一次颗粒产生。

     “除此以外,大气中的部分气体化合物还会通过大气光化学反应、自由基反应及发生在颗粒物表面的多相反应产生颗粒态的二次污染物,即二次颗粒。除了对原有颗粒物化学组分的改变做贡献之外,还有可能存在新的大气粒子形成。”并且王琳强调,“二次颗粒物对PM2.5总量的贡献在部分地区可能超过一次颗粒,危害性也可能更大。”

     “PM2.5危害性的存在和它的化学成分不无相关。”王琳介绍说,20世纪60年代至今,学界一直致力于大气颗粒物的化学成分分析,但仍然存在诸多难点。

     目前的研究成果表明,我国的PM2.5包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐等无机成分,有机化合物和元素碳也在其中,同时还会富集包括铅、砷、镍、镉、钒、锰、铜等重金属元素。而且,PM2.5化学成分的地域特征非常明显,我国以南北差异较为显著。

     王琳说:“需要注意的是,由有机化合物组成的有机气溶胶在颗粒物中占有较大比例,而且由于其成分尤为复杂,包括了通过大气化学反应产生的含氧含氮的高极性有机化合物,学界至今对其种类、性质、形成过程也还知之甚少。”

     消光的PM2.5

     不过,可以肯定的是,这些成分极为复杂的PM2.5颗粒物会对大气环境产生不良影响。

     据资料显示,北京市区的能见度在十多年前为十几公里,现在通常仅为2~3公里,PM2.5正是造成大气能见度下降的主要原因。

     “虽然2.5μm以下尺寸的细小物体,人类的肉眼根本看不到,但是空气中的颗粒物对可见光具有散射作用,同时,由炭黑组成和含有碳黑的颗粒物对光也会有强烈的吸收作用,这两种作用都会使光信号减弱,尤其当颗粒物的粒径与可见光的波长(即0.4~0.7μm之间)越接近的时候,其消光作用越加明显。”

     王琳表示,颗粒物的消光作用对水、陆、空航运交通都会产生影响。据报道,今年6月12日,安徽北部出现严重雾霾天气,境内合肥以北的所有高速公路封闭;10月26日,北京PM2.5浓度超标两倍,北京管界内京开高速、京港澳高速、京哈等多条高速公路采取了临时封闭措施,北京西南部地区环路以及东五环持续了长时间的拥堵,而当日,首都国际机场出港延误滞留1小时以上的航班有24班;11月4日,深汕高速公路深圳段双向关闭近4小时……这些事件的发生与PM2.5污染造成极低的大气能见度有着直接或间接的关系。

     更为严重的是,“高浓度污染导致的突发性低能见度还可能造成严重的交通事故。”王琳说,今年6月9日,安徽蒙城发生特大交通事故,19辆车连环相撞,11人当场死亡,后经调查,事故正是与当地农民绕少秸秆造成突发性PM2.5高浓度污染有联系。

     与此同时,PM2.5造成的大气能见度降低还会影响地面大气辐射的收支,造成农作物减产,而太阳能等新能源的开发利用也会受到影响。

     健康杀手

     当然,PM2.5的危害远不止于大气环境,人类的生命健康亦不免其害。

     “PM2.5的粒径只相当于人类头发的十分之一,颗粒物表面积很大、组成成分复杂,大量有毒有害物质会随呼吸进入支气管,导致哮喘、支气管炎等呼吸疾病。”王琳说:“长时间暴露在受到PM2.5污染的大气环境中,人体将受到一定的生命健康危害。”

     有研究者认为颗粒物进入肺内后,肺泡巨噬细胞会受到颗粒物刺激,释放出一系列细胞因子和前炎症因子,其中前炎症因子会进一步刺激肺上皮细胞、内皮细胞,使其分泌粘附因子及细胞因子,这些因子促使各种炎症细胞聚集,最终导致炎症和肺纤维化。

     而另有一种被广泛接受的氧化性损伤假说认为,颗粒物表面的生物可利用的过渡金属离子会产生自由基,这些自由基对关键细胞的氧化性损伤可能是颗粒物导致肺损伤的主要原因。

     尽管学界对诸多致病原理尚不清晰,但自20世纪70年代以来,欧美发达国家相继开展了对8000名研究对象随访19年的“哈佛六城市研究”和针对50万名研究对象随访16年的“美国癌症研究协会(ACS)研究”等一系列前瞻性队列研究,已经确证了PM2.5对居民心肺系统死亡的影响。

     据悉,1993~1997年,在广州、武汉、兰州、重庆等城市开展的横断面调查还发现,PM2.5与儿童慢性呼吸系统疾病患病率和肺功能下降呈线性、正相关关系,PM2.5的影响远大于二氧化硫、二氧化氮。奥运期间开展的干预研究发现,北京大气PM2.5浓度从奥运前的80μg/m3下降到奥运期间的45μg/m3左右,期间北京市居民哮喘发病风险下降了50%,各种亚临床健康指标,比如肺功能、心律变异性等也有明显改善。

     非但如此,北京、上海、广州、西安和沈阳等城市开展的时间序列研究认为,PM2.5暴露可增加我国城市居民的死亡风险。而世界卫生组织在2005年版《空气质量准则》中也曾指出:当PM2.5年均浓度达到每立方米35微克时,人的死亡风险比每立方米10微克的情形约增加15%。

     另有来自波希米亚北部的一项调查对接触高浓度PM2.5的孕妇进行了研究,结果发现高浓度的细颗粒物污染可能会影响胚胎的发育,造成围产儿、新生儿死亡率的上升,低出生体重、宫内发育迟缓以及先天功能缺陷。

     所有的研究和调查都在发出同一种信号——PM2.5有着极其恐怖的一面,这些微小的颗粒对生命健康的危害不容小觑。

     我国关于PM2.5对健康影响的研究结果与发达国家基本一致。但就现阶段而言,我国PM2.5单位浓度的急性健康危害是低于发达国家的。关于这一点,有专家指出,随着我国大气污染类型的转变、污染物浓度的降低和居民年龄结构老龄化,未来我国PM2.5单位浓度的健康危害会变得逐渐与发达国家接近。

     “我国发达地区PM2.5的暴露-反应关系正在接近发达国家水平,比如PM2.5每增加10μg/m3,广州居民死亡率增加0.9%,美国为1.2%。”因此,流行病学和毒理学研究的进一步开展似乎更是当务之急,在此方面,中国还有很长一段路要走。

     室内也有

     “同样遭受PM2.5污染的还有室内。”就当绝大多数人的目光都集中在大气中的PM2.5时,有一部分声音在呼吁公众关注室内PM2.5。继甲醛、苯、TVOC、氨、氡这室内空气的“五大杀手”之后,PM2.5颗粒正逐渐被冠以室内“第六杀手”之名。

     对于PM2.5颗粒物的来源,人们往往最容易联想到工厂烟囱、汽车排气管或者正在燃煤的发电厂等等。这些污染源固然是导致外部空气质量下降的重要原因,但在室内,PM2.5也能通过诸多渠道产生并扩散。

     “吸烟是室内PM2.5的主要来源。”根据国内外的研究发现,烟草的燃烧所产生的“烟雾”占室内PM2.5来源的80%左右。据悉,吸烟可使室内PM2.5浓度增加约20μg/m3(24小时平均值),短时峰值可达300μg/m3,吸完香烟后峰值持续时间可达30分钟。

     同样能够导致PM2.5浓度升高的还有烹饪、烧烤等产生的油烟,甚至是冲厕所、使用空调都能够造成PM2.5二次颗粒的增加。更何况,谁又能阻挡室外受到PM2.5污染的空气能不侵入室内加重污染呢?

     人每天处于室内的时间要远远多于待在室外的时间,在不全面禁烟的室内,PM2.5的浓度要远远超过室外。据杭州疾控中心专家曾作的一项监测实验表明,饭店吸烟包厢的PM2.5含量超过24小时浓度标准(75μg/m3)的几十倍,最高可测到1000μg/m3。因而,从某种程度上来说,室内的PM2.5对人体的危害比室外要有过之而无不及。

     但好在室内空气质量的改善难度上相对容易一些。复旦大学环境科学与工程系早前在举行媒体开放日活动时,就有专家指出,市民可以通过不抽烟、冲马桶时盖上盖等多种生活习惯,减少室内PM2.5污染。

     “大气PM2.5由政府逐步来解决,人们应该关注室内空气质量,关注建筑内的空气质量。”一些空气专家们就曾呼吁,既然对于公众来说,大气环境质量的改善不是轻而易举之事,那么就先管管室内的PM2.5吧。

     王琳,国家“青年千人计划”入选者,复旦大学环境科学与工程系研究员,博士生导师,主要从事大气化学和物理研究,包括大气均相化学、非均相化学以及气溶胶化学和物理等;曾在美国德州农工大学从事研究,先后任博士后及助理研究科学家。

     来源:千人杂志 文/本刊记者 史磊蕾

    

    

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