來源/東方IC

復(fù)旦大學(xué)第四教學(xué)樓的樓頂，有一盞“長明燈”：這是一間只有十幾平方米的天臺小屋，狹窄的空間里堆滿了各種儀器，一根根采樣管透過氣窗伸到戶外。這是一個(gè)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣監(jiān)測站——由復(fù)旦環(huán)境科學(xué)與工程系領(lǐng)銜的上海市大氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

找出空氣污染物源頭

霧霾、PM2.5，無疑都是近年來最顯眼的網(wǎng)絡(luò)熱詞。如何化解霧霾？關(guān)鍵是實(shí)時(shí)捕捉到大氣中氣體和顆粒物的成分及變化，找出空氣中污染物的源頭和形成機(jī)制。2013年，復(fù)旦環(huán)境科學(xué)與工程系教授王琳率領(lǐng)的一支團(tuán)隊(duì)進(jìn)駐這間小屋，監(jiān)測站開始日夜不停地運(yùn)作，每天，不管是天黑還是黎明，這里都在實(shí)時(shí)采集大氣樣本，隨后在電腦上實(shí)時(shí)展示著觀測數(shù)據(jù)的變化。那些跳動的數(shù)字看起來毫無意義，但通過后期軟件處理后就能揭示隱藏在大氣中的“秘密”。

一晃4年，誰也不曾想到，小小的屋頂平臺竟然“飛”出重大成果：2018年7月20日，王琳團(tuán)隊(duì)在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表論文《中國典型超大城市的硫酸—二甲胺大氣新粒子形成事件》，首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)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，指出在上海城市大氣中，氣體硫酸分子、二甲胺分子和水分子三者是形成大氣新粒子的主要來源，揭示了上海大氣污染納米微細(xì)粒子形成，也就是所謂大氣新粒子形成的化學(xué)機(jī)制，這也許會成為未來破解上海城市空氣污染的關(guān)鍵點(diǎn)。

在此之前，污染城市大氣中的大氣新粒子形成事件的化學(xué)與物理機(jī)制一直是一個(gè)未解之謎。人們一直對大氣納米微細(xì)顆粒的來源存在爭議。對于自己團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)，王琳給出了一個(gè)比喻：“這相當(dāng)于我們從133倍于地球人口數(shù)的氣體分子中找出了最關(guān)鍵的那2個(gè)，一個(gè)是硫酸分子，另一個(gè)是二甲胺分子，它們碰到一起，就可能發(fā)生大氣新粒子形成事件了。”

關(guān)注顆粒物“二次形成”

大氣PM2.5污染是關(guān)系國計(jì)民生的重要議題。在大眾觀念中，工廠和汽車的尾氣排放是造成PM2.5顆粒物污染的主要原因之一，然而未必，“這是由人類活動或者自然活動所帶來的大氣顆粒物直接排放，我們的‘術(shù)語’稱之為‘一次排放’。”王琳介紹說，除了“一次排放”，在空氣當(dāng)中，時(shí)常發(fā)生著的，還有顆粒物的“二次形成”。

相較于“一次排放”，“二次形成”過程較為復(fù)雜。其形成過程大致分為兩種：第一種過程指空氣中的揮發(fā)性氣體可通過化學(xué)反應(yīng)生成飽和蒸氣壓較低的反應(yīng)產(chǎn)物，這類物種會凝降在已有顆粒物的表面上，增加顆粒物的質(zhì)量濃度；而另一種過程則會大幅增加顆粒物的數(shù)量濃度，大氣中部分氣體分子隨機(jī)碰撞，通過分子間作用力或化學(xué)鍵而生成分子團(tuán)簇，分子團(tuán)簇的進(jìn)一步生長則形成了納米微細(xì)粒子，也就是大氣新粒子，期間發(fā)生從氣體到凝聚態(tài)的相變；這些納米微細(xì)粒子的繼續(xù)生長，則可能造成大氣PM2.5污染。“‘二次形成’讓大氣中的顆粒物變得更‘重’、更‘多’，我們課題組目前主要關(guān)注變‘多’的過程，研究城市空氣中的大氣新粒子是怎么形成的。”王琳說。

顯然，王琳的研究是針對破解PM2.5的要害。于是，在復(fù)旦第四教學(xué)樓樓頂平臺上，人們看到了整晚整晚不滅的燈光——功夫不負(fù)有心人，王琳團(tuán)隊(duì)終于收獲累累碩果：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；并測量了大氣新粒子形成事件期間大氣中性和帶電分子團(tuán)簇的化學(xué)組分。

下一步重點(diǎn)關(guān)注臭氧

研究結(jié)果表明，在上海大氣新粒子的形成過程中，一個(gè)氣體硫酸分子和一個(gè)二甲胺分子隨機(jī)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(tuán)簇的碰撞繼續(xù)生長；一定尺寸以后，其他物種（例如極低揮發(fā)性有機(jī)化合物）開始加入這個(gè)過程，并最終形成大氣新粒子。

幾天前，第四教學(xué)樓平臺小屋的大氣觀測暫停了。王琳告訴記者，環(huán)境監(jiān)測點(diǎn)并沒有關(guān)閉，而是即將搬到新家——復(fù)旦江灣校區(qū)環(huán)境科學(xué)與工程系的樓頂。那里還有一間“小屋”，當(dāng)然，要比原來那個(gè)大許多，條件好許多，上海市大氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將繼續(xù)它的使命。王琳透露，團(tuán)隊(duì)下一步的工作重點(diǎn)是城市大氣環(huán)境中的另一個(gè)難題：臭氧。與此同時(shí)，原來的研究工作也將持續(xù)。王琳希望，在現(xiàn)有的硫酸-二甲胺-水三元成核化學(xué)機(jī)制框架下，能進(jìn)一步明確我國城市大氣新粒子形成事件中的前體物主控因素，理解城市大氣新粒子形成事件與霧霾形成的關(guān)系，從而助力國家推出更有針對性的污染防控措施。