“按下葫芦浮起瓢”的空气污染 | 疫情期间PM2.5下降,臭氧上升
“ 6月5日是世界环境日。2020年的世界环境日主题是‘关爱自然,刻不容缓’ 。当然,还有很多环境问题同样需要关注,比如臭氧污染。自2020年初新冠疫情爆发以来,世界多个国家先后发布了社会隔离政策。人类活动减少不仅阻断了疫情,还带来了意想不到的好处:噪声明显减少,野生动物出来溜达,连空气污染指数也大幅降低了。但是各位也不要过于乐观,因为有另一种空气污染物异军突起,在社会隔离期间反而增加了。它的名字叫作‘臭氧’。”
臭氧污染可能带来的健康威胁(橙色指示)包括过早死亡,损害幼儿生长发育和成人组织再生,诱发肺癌及多种呼吸道、心血管疾病 | 美国肺协会(www.lung.org)/ 汉化:Liz
说到这儿,有人可能要问了:不是说臭氧层是地球生命的保护伞么?怎么现在又说臭氧是空气污染物呢?这个问题要解释起来也很简单:臭氧是好是坏,得看它在大气的哪一层。我们常说的臭氧层位于距离地球20km以上的平流层,这一层发生着氧气分子与臭氧分子的相互转化。在臭氧分子合成又降解的过程中,致命波段(100−315 nm)的紫外线被消耗,使地球上的生物们得以生存。
臭氧层(ozone layer)位于平流层 | 中国环境网
臭氧被称为“在天是佛,下地成魔”。大气中距离地面20-25公里的臭氧层能阻止紫外线,到地面上则成了有害物质。臭氧本身具有较强的氧化性,可加速人体衰老。它亦会刺激人的呼吸道,引发哮喘等疾病,并对人体神经产生影响,造成视力下降、记忆力衰退等问题。环境中高浓度的臭氧会强烈刺激我们的眼睛和呼吸道粘膜,诱发呼吸道疾病,还会导致皮肤老化和过早死亡。1943年7月美国洛杉矶市首次观测到光化学污染时,许多市民表示感觉到“双眼刺痛,呼吸时喉咙像被刮擦过一样”,误以为遭到了日军的毒气袭击;1952年12月的一次光化学烟雾事件中,洛杉矶市甚至有400多名65岁以上的老人因臭氧污染死亡。臭氧污染对植物也存在不利影响。臭氧的氧化作用会抑制植物的光合作用,甚至导致植物叶片出现坏死的病斑或被漂白的迹象,最终造成农作物和森林的减产。据估计,仅2015年一年,臭氧污染导致我国主要农作物和森林的产量损失就高达186亿美元和522亿美元。
北京地区常见植物叶片的臭氧损伤症状(1. 臭椿;2. 葎叶蛇葡萄;3. 大叶白蜡树;4. 白皮松;5. 刺槐;6. 木槿;7. 刀豆;8. 豇豆;9. 冬瓜;10. 丝瓜;11. 西瓜;12. 葡萄) | 参考文献[3]
令人困惑的是,疫情期间,当社会减少了能生成臭氧的氮氧化物(NOx)的排放,为什么臭氧浓度反而升高了?
其实大部分臭氧是由人为排放的“NOx(氮氧化物)”和“VOCs(挥发性有机物)”,在高温光照条件下二次转化形成。NOx主要来自机动车、发电厂、燃煤锅炉和水泥炉窑等排放,VOCs主要来自机动车、石化工业排放和有机溶剂的挥发等。“一般污染物排放量和大气浓度中的关系是单调的,排放量降低,污染物的浓度就会降低。但是光化学产物,由于光化学反应的‘链式反应’非线性的特点,其浓度会经常跟排放变化相反,这个过程就像按下葫芦浮起瓢。”
那么既然臭氧在生成后,又会很快被消耗掉,空气中的臭氧是如何积累的呢?这主要是因为挥发性有机物VOCs,它们一边能与NO反应,阻止其分解臭氧,一边又可以促进臭氧的生成。如果把臭氧生成比做一团熊熊燃烧的火焰,NOx即是下面的干柴,VOCs即是促使火焰燃烧的燃料。
大气化学中经典的EKMA曲线显示了NOx和VOCs对于臭氧生成的复杂关系(梁淑怡/图)
由于这些复杂的过程,当人类排放的NOx浓度降低,减少的NO浓度使得臭氧分解的速率变慢了。而且隔离期间,人类在庭院和花园的活动增加,极有可能导致VOCs浓度上升,促进臭氧的积累。
另外,科学家们推测PM 2.5减少之后,没有雾霾阳光便可以更容易地穿透空气,为地表臭氧生成提供了更多的能量。因此,虽然近年来我国PM 2.5治理颇见成效,但雾霾的减少却导致了臭氧污染进一步加重。
由此可见,粗暴而单一地禁止某一污染物的排放,治理效果有限,有时甚至会起到反作用。目前,各地臭氧污染治理措施正在逐步展开,主要策略就是推进NOX和VOCs的协同减排,实现臭氧污染和PM 2.5的协同控制。
值得注意的是,臭氧并非一无是处,臭氧也被应用在很多工业中,它具有净化消毒等功能,可以服务人类。
臭氧极易溶解于水,溶在水中具有更强的杀菌能力,细菌、病毒与臭氧结合后会改变分子结构或能量转移,导致死亡,不再形成新病菌。
同理,臭氧也能分解抽烟产生的尼古丁,防止二手烟对他人的伤害。
除此之外,臭氧还可适用于临床应用、废水处理、蔬菜病害防治等等更广泛的工业领域。
臭氧既是上天赐予人类的一把保护伞,有时又像是一剂猛烈的毒药。
对臭氧加以合理利用,可以造福人类。
因此,为了守护地球好“气质”,作为社会大众的我们该如何减少人为产生的臭氧污染,又从哪些方面身体力行呢?
作为个人,日常生活中的一些行动也能为臭氧污染治理助力。例如,选择绿色出行,购买新能源汽车或者低排量的汽车,尽量避免在阳光强烈的午后开车,让汽车保持合适的胎压以降低油耗,使用环境友好型的油漆、颜料等等。这些行动都有助于减少NOX和VOCs的排放,阻止臭氧的生成。
图 | TakeCareofTexas.org
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守护洁净安全的生活环境,
守护赖以生存的地球母亲!