世界城市地区空气污染的一个特点是，它并不总是可以预测的。对于像北京这样的大城市来说，前一天天空晴朗，第二天却被浓重的雾霾笼罩，这并不罕见。
这种自发产生污染粒子的原因一直是个谜，但现在加州理工学院的科学家们与卡耐基梅隆大学和欧洲核子研究组织(CERN)的研究人员一起工作，已经揭示了他们认为该负责任的机制。
研究人员发现，在适当的条件下，两种通常是空气污染中不可见成分的气体会发生化学反应，产生微小的颗粒，就像种子一样，可以长到很大的尺寸。这些颗粒对可见的空气污染和一些云的形成负有部分责任。一篇关于这项研究的论文发表在5月13日的《自然》杂志上。
斯蒂芬妮·孔(MS . x27;18)是加州理工学院的理查德·弗拉格南实验室的化学工程研究生，她和罗斯·麦科勒姆·威廉姆·科科伦教授是化学工程和环境科学与工程专业的学生。
"雾霾是我们在城市中最常见的可见空气污染，比如洛杉矶的棕色雾霾她说:“我们在亚洲城市看到的深灰色雾也是如此。”雾霾很重要，因为它是由我们呼吸时沉积在呼吸系统中的微粒组成的。哮喘的一个主要原因是肺部颗粒物的沉积
孔和她的同事们发现的机制始于微小的硫酸液滴，这些硫酸液滴是由燃烧含硫化石燃料(如煤炭)释放到大气中的气体形成的。这些液滴与大气中的氨发生反应，形成微小的硫酸铵晶体。大多数情况下，当这些晶体与空气中的其他硫酸铵晶体和其他化合物聚集在一起时，它们会生长得非常缓慢。然而，在适当的条件下——当空气非常寒冷，大约5摄氏度(41华氏度)——硫酸盐晶体将开始收集大气中存在的氮氧化物和氨的汽车和工厂排放所形成的硝酸。硝酸和氨都是气体，但当它们在硫酸铵晶体的表面相互接触时，就会发生反应生成硝酸铵。在更冷的条件下，在-15摄氏度左右，硝酸和氨可以在没有硫酸铵的帮助下凝结在一起，开始自行聚集成硝酸铵颗粒。
硝酸铵颗粒形成时可能只有几纳米宽，但可以迅速长大，在短短5分钟内就能长大100倍。孔说，这种从本质上看不见的气体到看得见的粒子的快速转变，至少在一定程度上解释了城市上空的天空是如何从晴朗的一天变成雾蒙蒙的第二天的。
为了进行导致这一发现的实验，研究人员需要一个超干净的云室，因为有害污染物的存在，即使是微量的，也不可能以可控的方式进行反应。出于这个原因，研究小组求助于欧洲核子研究中心，以利用一种特殊的设备，即“宇宙离开户外水滴(云)室”，该设备是为研究宇宙射线如何影响云的形成而设计的。与科学研究中使用的其他大气室相比，CERN云室的内部空间非常干净，因为它内衬抛光不锈钢。不锈钢是一种理想的材料，因为它不会释放出污染实验的气体。加州理工学院有自己的大气室，但它是由聚四氟乙烯制成的，虽然它大部分是惰性的，但仍然会释放出足够的气体来干扰实验。
孔说，这项研究表明，有关空气污染的规章制度可能需要更新，以更严格地控制某些气体污染物的排放。许多法规侧重于颗粒物污染和一些被认为对人类健康危害最大的特定气体污染物的排放。然而，研究人员说，如果人类活动释放的其他气体能够结合起来立即形成粒子，它们可能也会对城市居民造成伤害。
最终，孔希望研究这些自发产生的微粒在人类引起的气候变化中所起的作用。
这些小颗粒会导致云的形成，因为云会反射阳光，所以这类颗粒污染可能会对气候产生影响，她说。
这篇论文的题目是"新型大气粒子的快速增长硝酸和氨冷凝。"另一位主要作者是卡内基梅隆大学的王明义。其他合著者包括理查德·弗拉格恩;约翰·宋飞，加州理工学院化学工程教授;还有化学工程博士后Stavros Amanatidis。完整的作者列表和他们的从属关系可以在这里找到:链接到论文
该基金的研究部分由美国国家科学基金会(National Science Foundation)提供。
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