小顆粒污染物對人類健康構成了重大威脅，但科學家們對它的形成和進化仍舊感到困惑不解，特別是有機微粒(也稱為氣溶膠)，其中的許多有機氣體都會被大氣所氧化。此外，與現場測量相比，計算機模型對「二次」有機氣溶膠(SOA)的預測是不精確的，這表明計算機模型要麼忽視了一些重要的SOA來源，要麼未能描述導致SOA形成的物理過程。
近日，美國卡內基梅隆大學(CMU)與美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)合作進行的一項新研究揭示了一種未被充分認識的SOA來源，可能有助於彌補計算機模型測量的缺陷。這項發表在《環境科學與技術》雜誌上的研究表明，傳統上不被考慮的揮發性有機化合物(VOCs)可能為城市空氣貢獻了近一半的SOA。
「我們的實驗表明，在人口眾多的地區，車輛和植物排放的經典污染物只能解釋大約一半的SOA，我們將另一半歸因於非經典的VOCs。」機械工程教授、該研究的通訊作者Albert Presto說。非經典的VOCs來源於大量不同的化學製品、工業和家用產品，包括農藥、塗料和油漆、清潔劑，甚至是除臭劑這樣的個人護理產品。Presto說。「我們日常使用的任何有香味的東西都含有有機分子，它們可以進入大氣層並在其中發生反應形成SOA。」
運輸部門長期以來一直是城市空氣中VOCs的主要來源，但近幾十年由於尾氣排放的嚴格規定，與交通有關的VOCs逐漸淡出了人們的視線，非經典的VOCs開始對城市大氣產生更大的影響。雖然NOAA之前的研究提醒了大氣科學界應當注意城市大氣中非經典VOCs對SOA形成的重要性，但這一想法仍有待驗證。
想要測試大氣中有多少SOA形成並不容易。排放到大氣中的VOCs會被風吹散，與陽光和其他氧化劑發生反應形成SOA，整個過程大概需要幾天的時間，很難追蹤。在這項新研究中，主要作者Rishabh Shah建造了一個反應堆，通過用比大氣中更高濃度的氧化劑轟擊氣體，加速了氣體的氧化過程，在物理上模擬了一個氣體分子在大氣中一周內所有的反應。在很短的一段時間內，Shah的反應堆就可以評估取樣的空氣形成SOA的全部潛力。
隨後，研究小組將反應堆安裝在一輛麵包車裡，創造了一個移動平台，在不同的環境中進行空氣採樣。結果發現，在存在大量非經典VOCs的地方，反應器形成了大量的SOA。這些地方既包括市區的街道峽谷，也包括城市的低層建築，在這兩個地方，除臭劑和護髮素等消費品的蒸發量很高，尤其是在早上。重點是，在這些地方，最先進的標準計算機模型並不能預測研究人員在反應堆中觀察到的SOA的全部數量。
綜上所述，這項研究證明，非經典的VOCs為城市大氣貢獻了大量的SOA。據Presto估計，非經典VOCs的排放貢獻與交通和生物圈排放的總和貢獻大致相同，這與NOAA提出的假設是一致的。Presto說：「之前，我們主要關注發電廠和汽車對空氣品質的影響。而現在，我們應當重視另一類『日常無處不在』的VOCs也能產生大量SOA。」
原創編譯：花花 審稿：alone 責編：張夢
期刊來源： 《環境科學與技術》
期刊編號： 0013-936X
原文連結：https://phys.org/news/2020-01-piece-urban-air-quality-puzzle.html
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。轉載請註明來源。