氣溶膠的產生分類
氣溶膠按其來源可分為壹次氣溶膠(以微粒形式直接從發生源進入大氣)和二次氣溶膠(在大氣中由壹次汙染物轉化而生成)兩種。它們可以來自被風揚起的細灰和微塵、海水濺沫蒸發而成的鹽粒、火山爆發的散落物以及森林燃燒的煙塵等天然源,也可以來自化石和非化石燃料的燃燒、交通運輸以及各種工業排放的煙塵等人為源。 天然氣溶膠:雲、霧、靄、煙、海鹽等。
生物氣溶膠:微粒中含有微生物或生物大分子等生物物質的稱為生物氣溶膠(bioaerosol),其中含有微生物的稱為微生物氣溶膠。 工業化氣溶膠:有殺蟲劑、消毒劑和衛生消毒劑、洗滌劑和清潔劑、蠟、油漆和發膠。
食用氣溶膠:攪拌過的奶油。
氣溶膠能夠引起丁達爾效應
氣溶膠中的粒子具有很多特有的動力性質,光學性質,電學性質。比如布朗運動,光的折射,象彩虹,月暈之類都是因為光線穿過大氣層而引起的折射現象.而大氣中含有很多的粒子,這些粒子就形成了氣溶膠。
氣溶膠在醫學,環境科學,軍事學方面都有很大的應用。在醫學方面應用於治療呼吸道疾病的粉塵型藥的制備,因為粉塵型藥粉更能夠被呼吸道吸附而有利於疾病的治療。環境科學方面比如用衛星檢測火災.在軍事方面比如煙霧彈之類,還有可以制造氣溶膠煙霧來防禦激光武器。
氣溶膠的容器內含有兩種物質--有待噴射的液態物和保持壓力的壓縮氣體。當撳下按鈕時,閥門張開,壓縮氣體將噴嘴裏的壹些液態物壓出。 1926年,挪威科學家埃裏克·羅西姆首先想出了這個點子。但其他壹些科學家也同樣有此想法。美國人朱利葉斯·S·可汗想出了壹次性使用的金屬霧筒。同樣來自美國的萊爾·達維·古德休則進壹步研制了這壹發明,使它成為可以上市的商品。1941年,第壹批氣溶膠開始銷售。
氣溶膠廣泛應用於壹系列消費品。塗漆、清潔劑、擦光劑、除臭劑、香水、剃須乳劑,甚至摜奶油,都廣泛地以氣溶膠方式銷售。另外,人們還證明它們在衛生保健上也是行之有效的,可用來治療某些呼吸器官的疾病。
但也發現了氣溶膠存在的壹個問題。用於壓縮氣體的化學藥品通常是含氯氟烴(即CFCs),已證明它是對地球大氣層上的臭氧層造成損害的壹類物質。
最流行的現代氣溶膠壓縮氣體是二氧化碳氣體,它能在氣溶膠噴筒內生成。像丙烷、異丁烷這類氣體也可使用。 氣溶膠的濃度,可以用壹定體積中微粒的總質量來表示,基本單位是微克/米,也可以用數密度即單位體積內的粒子數目來表示。氣溶膠的分布特性通常可用其粒子數目(n)、粒子表面積(S)、粒子的體積(V)或質量(m)按粒徑大小(D)的分布來描述,壹般作dn/d lgD、dS/d lgD和dV/d lgD對lgD的分布圖,它們基本上呈正態分布。對於半徑(r)在0.1微米和10微米之間的粒子,壹般用容格(Junge)分布來表示,即: n(r)=Cr
式中v近似等於3,C是正比於粒子濃度的常數。但是20世紀70年代以來,有人提出三模態大氣氣溶膠的分布(愛根核模、積聚模和粗粒子模)。圖中還示出它們的粒徑範圍、主要質量源以及質量的輸入或去除的主要過程。由此可見,愛根核範圍的粒子是由高溫過程或化學過程產生的蒸汽凝結而成;積聚作用範圍的粒子是由核模中的粒子凝聚或通過蒸汽凝結長大而形成,80%以上的大氣硫酸鹽微粒屬於此模;粗粒子則是由液滴蒸發、機械粉碎等過程形成。細粒子和粗粒子的分界線通常直徑為2微米左右。從對人體呼吸道的危害看來,10微米以上的粒子,常阻留在鼻腔和鼻咽喉部;2~10微米的粒子大部分留在上呼吸道,而2微米以下的粒子隨著粒徑的減小在肺內滯留的比率增加,0.1微米以下的粒子隨著粒徑的減小在支氣管內附著的比率增加。半徑小於0.1微米的粒子,其數密度隨離地面高度的增加而減小,這表明它們來源於地表;但半徑0.1~1微米的粒子,其數密度在對流層頂上部隨高度逐漸增加,並且在15~20公裏附近出現極大值,形成平流層內的氣溶膠層,這層氣溶膠可能是火山噴出物氣體在平流層中經氧化成固體而形成的。它雖然只占大氣中氣溶膠總量的百分之幾,但對於大氣的氣溫有重要的影響。通過大氣遙感可探測氣溶膠粒子的平均譜分布。
自從美國公布了全球PM2.5的分布圖,北京等城市的PM2.5含量受到關註,尤其是近斷時間持續的“霧霾“天氣使得市民感到恐慌,預防和治理PM2.5汙染迫在眉睫。2012年全國增加了很多監測PM2.5站點,但是地面監測站畢竟不能完全均勻分布在每壹個地方,衛星遙感手段以其時效性高、覆蓋面廣、分辨率高等優勢使得快速大面積監測氣溶膠情況成為可能。MODIS是先進的多光譜遙感傳感器,具有36個觀測通道,覆蓋了當前主要遙感衛星的主要觀測數據。利用反演得到的氣溶膠光學厚度空間分布數據結合PM2.5實測數據建立相關模型,即可實現PM2.5的遙感監測。該微課堂講的就是如何基於ENVI 5.0反演氣溶膠的光學厚度空間分布。 氣溶膠的化學組成十分復雜,它含有各種微量金屬、無機氧化物、硫酸鹽、硝酸鹽和含氧有機化合物等。由於來源不同,形成過程也不同,故其成分不壹,特別是城市大氣受汙染源的影響,氣溶膠的成分變動較大。但是非城市大氣氣溶膠的成分比較穩定,大體上與地區的土壤成分有關。
大氣中二氧化硫轉化形成的硫酸鹽,是氣溶膠的主要成分之壹。其轉化過程尚未完全明白,已知二氧化硫可在均相條件下(在氣相中),或在水滴、碳顆粒和有機物顆粒表面等多相條件下(在液相或固相表面上)轉化成三氧化硫,再與水反應生成硫酸,並和金屬氧化物的微塵反應而生成硫酸鹽。硫是氣溶膠內最重要的元素,其含量能反映汙染物的全球性遷移、傳輸和分布的狀況(見大氣微量氣體)。
氣溶膠中硝酸鹽和有機物的形成機制,尚待研究。氣溶膠中有銨離子(NH4+)存在,能與硫酸根離子(SO42-)和硝酸根離子(NO3-)生成銨鹽。至於氣溶膠中的有機物,更是許多種類有機物的復雜混合物,其中包括稀烴、烷烴、芳烴、多環芳烴、醛、酮、酸、醌、酯,以及有機氮化物和有機硫化物等。
氣溶膠來源於土壤的各種元素(如銪、鈉、鉀、鋇、銣、鑭、鈰、矽、釤、鈦、釷、鋁等),其含量在地區之間差別不大;而來源於工業區的各種元素(如氯、鎢、銀、錳、鎘、鋅、銻、鎳、砷、鉻等),就有較大的地區差別。
氣溶膠是大氣中極其重要的組成部分,它不僅直接影響人類的健康,還能增加大氣的化學反應,降低能見度,增加降水、成雲和成霧的可能性,影響大氣輻射收支,導致環境溫度和植物生長速率的改變以及沾汙材料。對氣溶膠的研究,無論對於大氣化學、雲和降水物理學、大氣光學、大氣電學、大氣輻射學、氣候學、環境醫學或者生態學等學科來說,都有重要意義。但氣溶膠化學組成的研究僅是開始,還有待於今後發展。