空氣殺手PM2.5,到底從哪裡來?

撰文者: 科技魅癮2022-12-29

1960、70年代,人們主要關注於導致酸雨的微粒成分;到近數十年,了解到微小顆粒可能被吸入肺部,因此開始記錄PM10、PM2.5等數據。此外,氣膠的空間分布變化比較大,也使得它的平均濃度較難推測。

近年來,隨著我們對於空氣汙染議題的關注度逐漸提升,PM10、PM2.5這些指標也逐漸為民眾所熟悉。這些指標的對象為空氣中懸浮著不同大小的微粒,它們的正式名稱為「氣膠」或者「氣溶膠」(aerosol)。除了對空氣品質很重要,在全球氣候、降雨議題中其實都有不可忽略的影響,在本篇文章中,我們將會一窺它們都是從哪裡來,又扮演著哪些重要的角色。

氣膠從哪來?

氣膠是大氣中懸浮微粒的通稱。在人類出現以前,大自然中其實就存在著各式各樣的氣膠來源。例如最主要的是海水的鹽分,當我們在海邊生活時,能明顯感受到海風中的鹹味,這是來自於風將海浪泡沫甩入空中,隨著水分的蒸發,鹽分微粒便懸浮在空中,形成大量的氣膠;此外,風吹乾燥土壤(如沙漠)、火山爆發、森林大火等過程也都會產生非常多的懸浮微粒;生物產生的花粉、孢子這些小分子,或者生物排出的氣體經過化學反應,形成微粒等這些都是大自然中重要的氣膠來源。

隨著人類活動的出現,火力發電、汽機車等內燃機中,大量使用到化石燃料,裡面富含的有機物與硫元素,在燃燒的過程中會產生黑炭、硫酸鹽、高溫也使空氣中的氮、氧結合形成硝酸鹽等,逐漸成為新的氣膠重要來源。值得一提的是,想到大量氣膠排放,我們可能會想到火力發電,其實出於對環保的要求,電廠都會在煙囪處裝設降低微粒排放的措施,目前的技術已經可以去除相當比例的微粒。但由於這類裝置需要龐大的體積,在汽機車上較難配置,因此汽機車等內燃機裝置,或未依規定裝設除塵、除硫設備的工廠,才是目前主要的人為氣膠來源。

若是我們將自然來源與人為來源做個比較,以重量而言,自然來源大約占了80-90%;但是如果以反射陽光的貢獻程度來看,大約是1:1。中研院環境變遷研究中心副研究員李威良解釋道:「這是由於自然氣膠的顆粒通常較大(通常大於10微米),人為氣膠大多小於1微米。因此,在相同的重量下,顆粒小意味著總數較多,具有較大的表面積,因此平均的反射量會比較大。此外,在人為氣膠中的硫酸鹽、硝酸鹽反射率非常高,大概可以到99%,產生不少反射量。」

酸雨到氣膠 都是空氣殺手

相較於全球平均氣溫在歷史上的變化,氣膠的歷史數據相對來說稀少許多。其中一個主要的原因是,全球氣溫可以透過如冰芯內部的空氣、植物的年輪、氧氣同位素等諸多方法,獲得歷史上的氣溫變化;但除了火山灰累積在地層中,其他氣膠來源比較難追溯到過往。因此,我們擁有的氣膠數量變化趨勢,大概就要開始於人類對氣膠進行觀測。不過人們對氣膠的觀測,也集中於特定種類。例如在1960、70年代,人們主要關注於導致酸雨的微粒成分;到近數十年,了解到微小顆粒可能被吸入肺部,因此開始記錄PM10、PM2.5等數據。此外,氣膠的空間分布變化比較大,也使得它的平均濃度較難推測。

關於過去的氣膠變化趨勢,李威良副研究員提到,「從衛星時代以來,大約30、40年間,我們透過直接觀測發現,從全球的角度來說,氣膠的濃度逐漸增加,也發現氣膠反射陽光的量有上升的趨勢。」不過隨著各國對於空汙議題的重視逐漸增加,不同地區之間的氣膠變化趨勢不盡相同。臺灣大學大氣科學系陳正平教授表示,「以臺灣來說,從資料上看起來,人為氣膠的排放量是蠻顯著地在下降。所以我們的環保政策,其實是有起到功效。當然,不同地區會因為當地的經濟活動、天氣狀態不同,而使下降速度有差別。」儘管氣膠因為對空氣品質有負面的效應,而受到各國政府的監管。但有趣的是,氣膠卻可以減緩全球暖化的速度。

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