中德兩國(guó)研究人員21日說(shuō)，他們破解了北京及華北地區(qū)霧霾最主要組分硫酸鹽的形成之謎，發(fā)現(xiàn)在大氣細(xì)顆粒物吸附的水分中二氧化氮與二氧化硫的化學(xué)反應(yīng)是當(dāng)前霧霾期間硫酸鹽的主要生成路徑。這一發(fā)現(xiàn)凸顯在繼續(xù)實(shí)施減排措施的同時(shí)優(yōu)先加大氮氧化物減排力度對(duì)緩解空氣污染問(wèn)題的重要性。
近年來(lái)，北京及華北地區(qū)霧霾頻發(fā)。已有研究表明，硫酸鹽是重污染形成的主要驅(qū)動(dòng)因素。在絕對(duì)貢獻(xiàn)上，重污染期間硫酸鹽在大氣細(xì)顆粒物PM2.5中的質(zhì)量占比可達(dá)20%，是占比最高的單體;在相對(duì)趨勢(shì)上，隨著PM2.5污染程度上升，硫酸鹽是PM2.5中相對(duì)比重上升最快的成分。因此，硫酸鹽的來(lái)源研究是解釋霧霾形成的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
清華大學(xué)賀克斌院士、張強(qiáng)教授、鄭光潔博士和德國(guó)馬克斯·普朗克化學(xué)研究所的程雅芳教授、烏爾里希·珀施爾教授、蘇杭教授等人當(dāng)天在新一期美國(guó)《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報(bào)告說(shuō)，他們運(yùn)用外場(chǎng)觀測(cè)、模型模擬及理論計(jì)算等手段發(fā)現(xiàn)，在北京及華北地區(qū)霧霾期間，硫酸鹽主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空氣中的“顆粒物結(jié)合水”，在中國(guó)北方地區(qū)特有的偏中性環(huán)境下迅速反應(yīng)生成。顆粒物結(jié)合水是指PM2.5在相對(duì)濕度較高的環(huán)境下潮解所吸附的水分。
該結(jié)論與通常認(rèn)為的硫酸鹽形成機(jī)制有較大不同?，F(xiàn)有基于歐美等地區(qū)的經(jīng)典大氣化學(xué)理論認(rèn)為，硫酸鹽主要是在云水環(huán)境中形成，由于云中的液態(tài)水含量遠(yuǎn)高于顆粒物結(jié)合水，通常高出1000到10萬(wàn)倍，所以與云水中的硫酸鹽生成反應(yīng)相比，顆粒物結(jié)合水中的反應(yīng)可以忽略;理論計(jì)算還顯示，在云水反應(yīng)路徑中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸鹽這一路徑的貢獻(xiàn)也可忽略不計(jì)。
而在北京及華北地區(qū)霧霾期間，一方面，由于顆粒物濃度大幅上升及靜穩(wěn)氣象條件下相對(duì)濕度較高等原因，顆粒物結(jié)合水含量遠(yuǎn)高于經(jīng)典情景，顆粒物結(jié)合水中的反應(yīng)總量大大提升;另一方面，重度霧霾期間二氧化氮濃度為經(jīng)典云水情景下的50倍以上，這直接改變了二氧化氮氧化路徑的相對(duì)重要性。此外，北京及華北地區(qū)大量存在的氨、礦物粉塵等堿性物質(zhì)使得當(dāng)?shù)仡w粒物結(jié)合水的pH值遠(yuǎn)高于美國(guó)等地，呈現(xiàn)出特有的偏中性環(huán)境，而二氧化氮氧化機(jī)制的反應(yīng)速率會(huì)隨pH值上升而大幅提高。
研究人員據(jù)此在論文中指出，優(yōu)先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中國(guó)霧霾中的硫酸鹽污染水平。
“該研究表明我國(guó)復(fù)合型污染的特殊性，”賀克斌院士對(duì)新華社記者說(shuō)，“高二氧化硫主要來(lái)自燃煤電廠，高二氧化氮主要來(lái)自電廠和機(jī)動(dòng)車(chē)等，而起到中和作用的堿性物質(zhì)氨、礦物粉塵等則來(lái)自農(nóng)業(yè)、工業(yè)污染、揚(yáng)塵等其他來(lái)源。這些不同的污染源在我國(guó)同時(shí)以高強(qiáng)度排放，導(dǎo)致硫酸鹽以特有的化學(xué)生成路徑迅速生成，這也是重度霧霾期間顆粒物濃度迅速增長(zhǎng)的主要原因之一。”
倫敦酸霧通常被認(rèn)為是由燃煤排放的煙塵以及二氧化硫等一次污染物所致。洛杉磯霧霾則是一種光化學(xué)污染，主要原因是機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣在陽(yáng)光作用下反應(yīng)生成了二次污染物。而中國(guó)霧霾是一次與二次污染物混合造成。
賀克斌說(shuō)，這種復(fù)合型污染的特殊性更加表明了多污染物協(xié)同減排的重要性，尤其是現(xiàn)階段應(yīng)優(yōu)先加大氮氧化物減排力度。“之前我們雖然知道需要減排，但是如果無(wú)法弄清重霾污染形成的關(guān)鍵化學(xué)機(jī)制，就無(wú)法進(jìn)行有效的模型定量模擬分析，也就無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估如何減排最有效、最科學(xué)。不科學(xué)減排可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果，可能花了很多人力物力，但收效甚微。”
