污染城市大氣中的納米微細粒子是怎樣從數(shù)不勝數(shù)的空氣分子形成的？最近，這件聽起來無異于大海撈針的事情被復旦大學環(huán)境科學與工程系教授王琳和他的科研團隊做成了。復旦大學今天上午舉行新聞發(fā)布會，該校科研人員首次發(fā)現(xiàn)并證實了我國典型城市上海大氣中的硫酸-二甲胺-水三元成核現(xiàn)象，揭示了上海大氣污染納米微細粒子形成，也就是所謂大氣新粒子形成的化學機制，為我國大氣顆粒物污染防治政策的制定提供了新的科學證據(jù)。
來源/東方IC
在此之前，找到污染城市大氣的“元兇”，即發(fā)現(xiàn)大氣新粒子形成事件的化學與物理機制，一直是一個未解之謎。對于這項發(fā)現(xiàn)，王琳給出了一個比喻：“這相當于我們從133倍于地球人口數(shù)的氣體分子中找出了最關鍵的那2個，一個是硫酸分子，另一個是二甲胺分子，他們碰到一起，就可能發(fā)生大氣新粒子形成事件了。”
近年來，相對潔凈大氣中的大氣新粒子形成事件的大氣化學機制被逐漸建立。然而，城市大氣因其成分的復雜性和多樣性，其中的大氣新粒子形成事件的特征與潔凈大氣中的該類事件有著顯著區(qū)別。在大氣新粒子的形成過程中，從小于1納米的氣態(tài)前體物分子到1-2納米左右的分子團簇再到幾個納米的納米微細粒子，質量和粒徑都十分微小，其大氣混合比更是在兆分之一（10-12）以下，這給科研人員開展原位、實時的測量提出了極大的實驗挑戰(zhàn)。從2014年3月到2016年2月，王琳團隊針對這一難題在上海開展了長達兩年的連續(xù)大氣觀測。“我們就在邯鄲校區(qū)第四教學樓的樓頂做實驗，那里有一個環(huán)境系的大氣超級觀測站。”王琳說，他們和來自芬蘭赫爾辛基大學的合作者一起，花了一年半的時間，才完成了對收集來的海量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)整理和深入分析。他們測得了上海城市大氣中1-700 納米區(qū)間大氣顆粒物的粒徑分布濃度，獲得了大氣新粒子的形成速率和成長速率。研究結果表明，在我國典型城市上海大氣新粒子的形成過程中，一個氣體硫酸分子和一個二甲胺分子隨機碰撞，通過氫鍵形成穩(wěn)定的分子簇，分子簇通過與其他硫酸分子、二甲胺分子或其他硫酸-二甲胺團簇的碰撞繼續(xù)生長，達到一定尺寸后，其他物種（例如極低揮發(fā)性有機化合物）開始加入這個過程，并最終形成大氣新粒子。
王琳認為，在中國典型的城市環(huán)境中，除了加強對污染物一次排放的監(jiān)測和管理，對污染物的二次形成也應予以同樣程度的關注和重視。得益于此項研究中提出的化學機制，參與大氣新粒子形成過程中的關鍵化學物種將得到更有針對性的控制，從而有望有效地降低空氣中顆粒物的數(shù)量濃度，減輕我國的大氣顆粒物污染。另外，從更大的維度來看，將這一機制運用于全球氣候模式中，能夠更好地模擬全球大氣顆粒物乃至云凝結核的數(shù)目，更好地理解整個地球的氣候變化趨勢。
7月20日，研究結果以《中國典型超大城市的硫酸-二甲胺大氣新粒子形成事件》（“Atmospheric New Particle Formation from Sulfuric Acid and Amines in a Chinese Megacity”）為題發(fā)表于在國際頂級學術期刊《科學》（Science）。
