“低调”臭氧:
大气环境污染元凶
张金平
近日,国际环保组织亚洲清洁空气中心发布《大气中国2016:中国大气污染防治进程》报告称,根据政府公开数据分析,除PM2.5外,公众难以觉察的臭氧污染,正呈加剧趋势,并日益影响人们的生活。
与“张牙舞爪”的雾霾相比,臭氧要“低调”得多,悄悄地“隐藏”在万里晴空中,却成为近几年夏天列入监控指标以来众多城市的大气环境污染元凶。
什么是臭氧污染?
臭氧,与维持全人类生命的氧气就差一个字,在分子结构上就多一个氧原子,却是石墨和钻石的区别。这两组区别如天上地下一般的东西都是同素异形体,也就是由同样的单一化学元素构成,但性质却不相同的单质。
因为比氧气多了一个氧原子,所以臭氧的氧化性比氧气更强。什么叫氧化性?切开的苹果放一会儿切面就变成褐色了,因为被空气里的氧气氧化了;姑娘们的嫩脸一天天变老了,就是她身体氧化的结果。臭氧的氧化性比氧气强,到底强到
什么程度?自来水、游泳池里的氯气味都闻到过吧?那是消毒用的,要换成臭氧消毒,气味比氯气还猛点。所以家庭用的消毒柜上层都是靠臭氧来消毒的。
臭氧在常温常压下为淡蓝色气体,微量时有清新味,浓度高时味道呛鼻。在常温常压状态下,臭氧稳定性较差,可自行分解为氧气。
事实上,简单将“臭氧”与“污染”划等号并不科学。比如,雷雨之后,空气会变得清新,甚至能闻到青草的味道,这是因为少部分氧气在遭雷击
后转变为臭氧,而臭氧具有很强的消毒及灭菌功能;地球上绝大多数臭氧处于距地面25千米左右的平流层,它们吸收掉了太阳放射出的大量对人类、动物及植物有害的紫外线辐射,成为地球的重要屏障。
不过,如果近地面的臭氧浓度过高,则会对人类及生态环境造成危害。根据我国空气质量监测标准,臭氧1小时平均浓度超过200微克/立方米,即为超标;某一日臭氧的最大8小时滑动平均值超过160微克/立方米时,当日即为臭氧污染。
臭氧比PM2.5更可怕
研究,发现臭氧会破坏人体的免疫机能,诱发淋巴细胞染色体畸变,损害某些酶的活性和产生溶血反应。
值得一提的是,臭氧会将空气中的二氧化硫、氮氧化物等气态污染物转化成硫酸盐、硝酸盐等细颗粒物,这恰恰是PM2.5的组成成分。
此外,近地面臭氧浓度超标导致的光化学烟雾会引发酸雨,危害动植物生存、生长;土壤如果吸收大量臭氧,会抑制植物生长,给农业生产带来重大损失。
走在车水马龙的大街上,我们有时会觉得空气带着浅棕色,还伴随着辛辣刺激的味道,这就是通常所说的光化学烟雾,臭氧则是这里面最主要的成分之一。
臭氧作为一种强氧化剂,几乎能与任何生物组织反应,对呼吸道的破坏性很强。根据加拿大职业健康与安全中心(CCOHS)的介绍,臭氧会刺激和损害鼻黏膜和呼吸道,这种刺激,轻则引发胸闷咳嗽、咽喉肿痛,重则引发哮喘,导致上呼吸道疾病恶化,还可能导致肺功能减弱、肺气肿和肺组织损伤,而且这些损伤往往是不可修复的。因此,
对患有气喘病、肺气肿和慢性支气管炎的人来说,只要暴露在低浓度的臭氧中,都可能对他们产生明显的危害。
同样,臭氧也会刺激眼睛,使视觉敏感度和视力降低。它会破坏皮肤中的维生素E,让皮肤长皱纹、黑斑;当臭氧浓度在200微克/立方米以上时,会损害中枢神经系统,让人头痛、胸痛、思维能力下降。
此外,臭氧会阻碍血液输氧功能,造成组织缺氧,使甲状腺功能受损、骨骼钙化。美国斯克利普斯应用科学研究所教授保罗·温特沃斯曾经做过
最危险的人群:孕妇和儿童
由于臭氧的危害日益明显,国际上对于臭氧的安全标准越来越严格。欧盟规定的臭氧日最大8小时平均值,已于2010年下降到了60nmol/mol(约等于120微克/立方米),而且一年中平均值超过这个标准的天数不能多于25天。我国2012年新修改的《环境空气质量标准》也增加了关于臭氧的控制标准:日最大8小时平均值为一级100微克/立方米,二级160微克/立方米。
不过,给全部人笼统地指定一个安全值是不可能的。“个人体质、运动频率、待在室外时长,空气中的其他污染物,都会影响臭氧的危害程度,这正是让研究部门头疼的地方。”美国加州大学公共
健康学院教授杰瑞·马丁解释:“越来越多研究证明,即使臭氧浓度比较低,如果人体长时间暴露(6~8小时)的话,产生的危害同样严重。而且,臭氧还会与其他污染物联合作业,比如,臭氧会加强PM(可吸入颗粒物)对人体的危害,而PM也会加强臭氧的危害性。”不过,孕妇和儿童是最危险的人群。
由于臭氧的比重约为空气的1.66倍,常常聚集在下层空间,所以个头小的儿童是最直接的受害者。美国南加州的科学家曾经对3535名10~16岁的孩子做过5年的追踪调查,发现在臭氧浓度高的地区(年平均浓度介于112~138微克/立方
米),经常进行三四种运动的孩子,哮喘发病率比不做运动的孩子高出一倍。特别是出生时体重较轻的孩子或是早产儿,受臭氧影响的几率更大。
如果孕妇在怀孕期间接触臭氧,生出的宝宝可能会先天睑裂狭小(也叫先天性小眼症,一般是怀孕三个月时胎儿眼球发育不理想所致)。
另一项名为AHSMOG的研究则是针对成年人的。这项始于1977年的研究,对3091名27~87岁的成年非吸烟的美国人进行了长达15年的追踪,结果显示,经常暴露于臭氧环境下的男性,肺部出现了损害的症状,另外,肺癌的发病率和死亡率也与长期暴露在臭氧下有密切关系。
反应机理比PM2.5更复杂
与对能见度产生影响的PM2.5不同,臭氧几乎不对能见度产生影响,其反应机理更加复杂,治理难度更大,也成为我国必须认真面对的新问题。
作为光化学反应的一个中间产物,臭氧最早引起公众注意,源于被称为世界八大公害事件的“洛杉矶烟雾”事件。经过几十年治理,洛杉矶空气污染情况大有好转,但每年仍有臭氧超标情况发生,可见其治理难度之大。
对于公众而言,臭氧污染很难被察觉。由于
近地面臭氧的生成过程非常复杂,尽管国内外不少学者攻关臭氧污染问题,但目前其反应机理仍然显得有点难以捉摸。
如果控制好排放源,治理PM2.5就比较容易出成效,但臭氧反应机理比PM2.5更复杂。臭氧的产生,是气象过程和光化学过程耦合的结果。此外,除了大气均相光化学,气溶胶与臭氧的耦合也逐步为人们所认识和重视。比如说,气溶胶通过吸收和散射太阳光可以减弱对流层的紫外线辐射,在气溶
胶表面也可以通过复杂异相反应消除臭氧的前体物氮氧化物(NOx)。目前很多对臭氧反应机理的研究主要使用烟雾箱进行反应模拟,但与真实大气状况有偏差,其研究依然是世界难题。
有关专家表示,从减少形成臭氧污染的前体物挥发性有机污染物(VOCs)和氮氧化物方面看,涉及到汽车、燃油、交通、企业等,包括改善汽车尾气装置、提升燃油质量乃至淘汰落后产能等多个方面。 (作者为气象专业高级工程师)
■小资料
臭氧污染是怎么产生的?
与其说臭氧污染,不如称之为光化学污染。汽车、工厂等污染源排入大气的挥发性有机污染物(VOCs)和氮氧化物(NOx)等一次污染物,在强烈的阳光紫外线照射下,吸收太阳光的能量,使原有的化学链遭到破坏,发生光化学反应,生成臭氧、过氧乙酰硝酸酯(PAN)等二次污染物。参与光化学反应过程的一次污染物和二次污染物的混合物称之为光化学烟雾。臭氧是光化学烟雾的主要成分。人们在监
测这些污染物时,臭氧浓度也是最主要的指标。
气象条件与光化学烟雾的产生关系密切。高温、强辐射会加速光化学反应,导致大量臭氧出现;稳定的大气层结、小风也会导致臭氧在局地累积。因此,光化学烟雾一般出现在晴朗少云的春末及夏秋季节。
带有污染性的臭氧,则是指近地面的臭氧。距离地面10~100米的臭氧,主要是因为人类活动
产生的污染物经过一系列复杂的光化学反应而产生的二次污染。工厂、机动车等会产生氮氧化物和挥发性有机物,后两者在强烈太阳光的照射下产生臭氧污染。低空臭氧一旦超标,对环境以及人体健康的危害很大。
因此,控制臭氧污染和保护臭氧层的主要措施都是减少人类活动的有害物质排放,降低污染,两者的目的看似相反,实则有异曲同工之效。