氣溶膠

　　液態或固態微粒在空氣中的懸浮體系。它們能作為水滴和冰晶的凝結核（見大氣凝結核、大氣冰核）、太陽輻射的吸收體和散射體，並參與各種化學迴圈，是大氣的重要組成部分。霧、煙、霾、輕霧(靄)、微塵和煙霧等，都是天然的或人為的原因造成的大氣氣溶膠。(見彩圖)

樹幹上的粒狀霧凇

鐵絲網上的針狀霧凇

大氣氣溶膠　懸浮在空氣中的液態或固態微粒，大氣中的水汽能在其上凝結而成小水滴

　　氣溶膠按其來源可分為一次氣溶膠（以微粒形式直接從發生源進入大氣）和二次氣溶膠（在大氣中由一次污染物轉化而生成）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。一般說來，半徑小於1微米的粒子，大都是由氣體到微粒的成核、凝結、凝聚等過程所生成；而較大的粒子，則是由固體和液體的破裂等機械過程所形成。它們在結構上可以是均相的，也可以是多相的。已生成的氣溶膠在大氣中仍然有可能再參加大氣的化學反應或物理過程。

　　液體氣溶膠微粒一般呈球形，固體微粒則形狀不規則，其半徑一般為10^-3～10²微米。粒徑在10^-1～10¹微米的氣溶膠在大氣光學、大氣輻射、大氣化學、大氣污染和雲物理學等方面具有重要作用。

　　小粒徑氣溶膠的濃度受凝聚作用所限制，而大粒子的濃度則受沉降作用所限制。微粒在大氣中沉降的過程中，受到的阻力和重力的作用達到平衡時，各種粒子的沉降速度不同(見表)。

不同半徑微粒的沉降速度

　　氣溶膠的消除，主要靠大氣的降水、小粒子間的碰並、凝聚、聚合和沉降過程。

　　濃度和分佈　氣溶膠的濃度，可以用一定體積中微粒的總質量來表示，基本單位是微克/米³，也可以用數密度即單位體積內的粒子數目來表示。氣溶膠的分佈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)的分佈來描述，一般作dn/d lgD、dS/d lgD和dV/d lgD對lgD的分佈圖，它們基本上呈正態分佈。對於半徑(r)在0.1微米和10微米之間的粒子，一般用容格(Junge)分佈來表示，即：

n(r)＝Cr^-（v+1）

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佈(愛根核模、積聚模和粗粒子模)。圖中還示出它們的粒徑范圍、主要質量源以及質量的輸入或去除的主要過程。由此可見，愛根核范圍的粒子是由高溫過程或化學過程產生的蒸汽凝結而成；積聚作用范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公裡附近出現極大值，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。它雖然隻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佈。

　　化學組成　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，故其成分不一，特別是城市大氣受污染源的影響，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一。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，其含量能反映污染物的全球性遷移、傳輸和分佈的狀況（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(SO₄^2-)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污材料。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。

　　

參考書目

　S.Twomey，Atmospheric Aerosols，Elsevier Scien-tific Publ.，Amsterdam，1977.

　T.J.Kneip，P.J.Lioy，eds，Aerosols:Anthropogenic andNatural，Sources and Transport，New York Academy of Sciences，New York，1980.