黑碳气溶胶

大气气溶胶的重要组成部分

黑碳气溶胶是大气气溶胶的重要组成部分，主要是由富含碳的物质不完全燃烧产生的，比如化石原料和生物质原料燃烧等。

简介

黑碳气溶胶具有较为特殊的物理化学性质。黑碳气溶胶具有多孔性，粒径约在(0. 01～1) μm。在化学成分上非常接近于石墨,，在温度高于400 ℃时才可以发生氧化。黑碳气溶胶对可见光和部分红外光谱有很强的吸收能力，它在大气中的各种化学和光化学反应、非均相反应以及气粒转化过程中起着重要作用。

来源及分布

来源

黑碳气溶胶来源可分为自然源和人为源两种。火山爆发、森林大火等自然现象可以造成部分黑碳气溶胶排放，但由于此类自然现象的发生具有一定的区域性和偶然性，在区域或全球范围内，其对大气中黑碳气溶胶浓度的长期背景值变化贡献不大，相反，人为源排放具有广泛性和持续性。尤其是自工业革命以来，世界人口数量快速增长，人类大量使用煤、石油等化石燃料，出于农业目的的生物焚烧也大大增加，进而造成黑碳气溶胶排放量的持续增加，另外由汽车尾气带来的黑碳气溶胶排放也成为大气中尤其是城市区域大气中黑碳气溶胶的重要来源。

分布

黑碳气溶胶在大气中浓度较低，在大气气溶胶成分中所占比例也比较小，一般占百分之几或十几，在全球的浓度分布也具有明显的差别，一般情况下，黑碳气溶胶浓度城市地区高于乡村地区，大陆区域高于海洋区域，北半球高于南半球地区。

化学性质

黑碳气溶胶在光学性质上与气溶胶的其他组分有很大的差别，对从可见光到红外的波长范围内的太阳辐射都有强烈的吸收作用，同大气温室气体如CO2、CH4、CFCs等相比，黑碳气溶胶具有更宽的吸收波段，另外，同沙尘等相比，其质量吸收系数要大两个数量级。黑碳气溶胶颗粒的粒径尺度范围一般在0.01~1μm，其粒径中值为0.1~0.2μm，尺度分布主要呈现积聚模态，因此黑碳气溶胶可以作为云凝结核，改变云滴尺度分布、云光学特性和云中液态水含量及云量。尽管新生黑碳气溶胶由于疏水性并不是有效的云凝结核，但是在大气传输过程中，其表面可能发生微物理和化学形态的改变，变成亲水性的云凝结核并能降低云凝结核所需要的过饱和度。同时黑碳气溶胶还可以促进一些气体污染物的气—粒转化过程。

相关影响

尽管黑碳气溶胶在大气气溶胶成分中所占比例较小,一般占百分之几到百分之十几, 在大气中浓度一般也较低。但它对环境的影响却不容忽视，具体表现在两个方面：

对大气环境的影响

由于黑碳气溶胶在从可见光到红外的波长范围内对太阳辐射都有强烈的吸收效应, 所以对区域和全球气候有着重要的影响。2000年的IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，联合国政府间气候变化专门委员会）报告指出，黑碳气溶胶能够导致正的辐射强迫, 从而极大地减弱气溶胶对地球的冷却效果。部分学者的研究表明，减少黑碳和有机碳的排放比减少二氧化碳和甲烷的排放更能减慢全球变暖。

对人体健康的影响

由于黑碳气溶胶具有吸附性，黑碳气溶胶的表面能够吸附其它污染物（如多环芳烃类、重金属等），可以通过呼吸作用，夹带所吸附的有毒物质进入人体，从而引起呼吸系统哮喘以及心血管病、癌症等疾病的发生，危害人类健康。此外，大量的黑碳气溶胶可明显地降低大气能见度；沉降附着在建筑物表面会破坏建筑物外观；沉降到植物叶面会阻滞植物呼吸和光合作用从而降低农作物产量等。

黑碳，又一个气候“捣蛋鬼”

当各国政要齐聚哥本哈根商议如何“收拾”二氧化碳、甲烷等温室气体的过度排放时，一群悬浮在半空的黑色颗粒物也正以某种神秘的方式跟地球气候“捣蛋”。

一项由中国科学院和美国国家宇航局科学家合作完成的最新研究表明，随雪花从天而降的黑碳加速了青藏高原冰川的融化；而且，融化的雪水并不能带走黑碳，“世界屋脊”的命运将因黑碳的积累而不断恶化。

主持这项研究的中科院青藏高原研究所研究员徐柏青说，最近20年，青藏高原冰川开始融化的时间明显提前，而融化的持续时间更长，这其中，天生吸热的黑碳难辞其咎。

5支冰芯还原黑碳时空曲线

漂浮空中的黑碳，是地球上含碳物质不完全燃烧的产物。火山爆发、森林大火冒出的黑烟中有它，煤、石油、秸秆等化石燃料及生物质的燃烧，也增加着它的排放。

黑碳通常“游走”于距离地面2-5公里的高空，不断“加热”着大气，海拔五六千米的青藏高原恰好处于这团“热气”的包围之中。

要近距离观察这种加热效应并不容易，但降雪会将黑碳从云端带入人间，沉积于白雪皑皑的崇山峻岭。此次，科学家从青藏高原的不同方位分别钻取了5支冰芯，分析其中深浅不一的冰层成分，结合大气环流规律追踪黑碳来源，还原了近60年来黑碳含量的时空曲线——上世纪五六十年代，欧洲的黑碳排放对青藏高原西北部冰川的融化有相当“贡献”；八十年代中期以来，来自南亚的黑碳在青藏高原东南部大量“集结”，以几倍于过去的力道“侵蚀”着冰川。

“虽然我们尚无法断言黑碳的融雪作用到底有多强，但国际同行的现场观测实验证明，随着黑碳的沉降累积，原本反光的白雪会‘吃’进更多阳光。”让徐柏青不安的是，黑碳的“破坏力”会随着冰雪消融而不断增强，当冰川表层的新鲜降雪流失殆尽，黑碳会顺势溜入下一层积雪，继续“搞破坏”。

控制方法

由于民用燃煤是中国黑碳最主要的排放源，因此减少黑碳首先应当控制民用燃煤的排放。在国家自然科学基金重大项目的资助下，中国科学院广州地球化学研究所傅家谟院士领导的项目组针对中国黑碳源排放清单中最重要、最复杂的民用煤燃烧部分，通过系统实测一系列燃煤黑碳排放因子，初步估算出了黑碳排放总量。研究结果指出，在黑碳排放因子的各种影响因素中，煤的种类的影响最为显著，燃烧形式其次，炉灶类型的影响相对最小；民用燃煤若能严格控制中等变质程度烟煤的使用、减少使用块煤燃烧、大力推广和普及蜂窝煤的使用，可以极大减少黑碳的排放量。根据初步估算，禁止将中等变质的烟煤用作为民用燃煤可使黑碳排放量减少60%以上，如果进一步禁止使用块煤而普及使用蜂窝煤则可使黑碳排放量减少95%以上。

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