科學人 發行日期:2010/11 刊號:105
分享| 分享至新浪微博 分享至facebook 分享至PLURK 分享至twitter

無所不在的氣膠

楊嘉慧;審稿/中央大學環工所教授 李崇德

空氣中的懸浮微粒又稱氣膠,影響所及,除了有害人體健康,也會改變氣候,降低降雨機率,導致作物產量下降。它們從何而來?能否有效防範?

近幾年,懸浮微粒造成的環境問題逐漸受到重視,它不僅影響健康,也改變了區域性的氣候。在台灣,除了有本地排放的懸浮微粒,還有從海外飄來的,而後者有兩個主要來源:一是冬、春兩季,大陸高壓冷氣團從亞洲大陸帶來的大量沙塵及污染物;另一個是每年 3~4 月間,盛行西風帶來中南半島生質燃燒產生的污染物。

氣膠是什麼?
懸浮微粒嚴格來說應該稱為「氣膠」,泛指所有可以懸浮在氣體中的膠體,包含固態、液態、混合固液氣態的物質,以及有毒和無毒物等。自然界產生的氣膠有塵灰、火山灰、海鹽懸浮微粒(sea salt aerosol)等;人為的則有工廠燃燒化石燃料產生的微粒、交通工具排放的廢氣微粒、燒紙錢或燒香產生的黑煙及煤煙等;此外,細菌、病毒、孢子等生物微粒也都屬於氣膠。

氣膠懸浮在空氣中的時間長短,與其粒徑大小及當時上升氣流的強度有關,顆粒小、上升氣流強,氣膠懸浮時間會增長,濃度也會升高。氣膠的粒徑範圍約在 100 微米(即 0.1 毫米)以下,一般熟知的飛沫粒徑約 5~30 微米、大陸沙塵暴帶來的塵粒大小約為 2~3 微米、汽機車排放的廢氣微粒約在 0.1~0.3 微米之間,甚至還有 0.1 微米以下的奈米碳粒。

中央大學環工所教授李崇德表示,氣膠從污染源排放後,在空氣的傳輸過程中,有可能越變越大,例如碳粒子會吸附氣態二氣化硫(SO2),二氧化硫與水分子、氧氣、氨氣、游離基等還可能反應生成固態硫酸鹽,使原本氣膠增大(見右圖);氣膠也可能縮小,如含水氣的氣膠在水份蒸發後即會變小。

粒徑越小,影響越大
通常 10 微米以下的氣膠懸浮在空氣中的時間較長,許多國家會依此制訂標準值,做為衡量空氣品質的依據,例如我國環保署就訂定 10 微米以下的氣膠(符號記做 PM10)於 24 小時內的平均值不應超過 125 微克/立方米(μg/m3),若氣膠濃度長期超過此標準值,對農作物生長和人體健康等都會帶來不良影響。此外,由於更小的氣膠影響更大,有些國家會另外訂定 2.5 微米以下(PM2.5)的氣膠標準值,世界衛生組織建議的 PM2.5 標準值是 24 小時平均值不應超過 25 微克/立方米,美國的 PM2.5 標準值是 24 小時不應超過 35 微克/立方米,我國則沒有訂定此範圍的標準值。

氣膠濃度太高時,很容易被人體吸入而影響健康。若吸入的氣膠大於 1 微米,會被呼吸道攔截下來;0.3~1 微米容易隨氣流方向移動,吸進後再被呼出去的機率高;小於 0.3 微米的氣膠,布朗運動效應明顯(粒子會做連續快速而不規則的隨機移動),氣膠容易碰撞到肺部組織而沾黏至潮濕的表面,留在體內影響健康。像咳嗽時噴出的飛沬雖然都大於 5 微米,但飛沫含水氣,其表面蒸發形成外乾內濕時,可以小到只剩 0.3 微米而被吸入肺部。 

1 2 3