無所不在的氣膠
空氣中的懸浮微粒又稱氣膠，影響所及，除了有害人體健康，也會改變氣候，降低降雨機率，導致作物產量下降。它們從何而來？能否有效防範？
文／楊嘉慧；審稿／中央大學環工所教授 李崇德
近幾年，懸浮微粒造成的環境問題逐漸受到重視，它不僅影響健康，
也改變了區域性的氣候。在台灣，除了有本地排放的懸浮微粒，還有從海外飄來的，而後者有兩個主要來源：一是冬、春兩季，大陸高壓冷氣團從亞洲大陸帶來的大量沙塵及污染物；另一個是每年 3~4 月間，盛行西風帶來中南半島生質燃燒產生的污染物。
氣膠是什麼？
懸浮微粒嚴格來說應該稱為「氣膠」，泛指所有可以懸浮在氣體中的膠體，包含固態、液態、混合固液氣態的物質，以及有毒和無毒物等。自然界產生的氣膠有塵灰、火山灰、海鹽懸浮微粒（sea salt aerosol）等；人為的則有工廠燃燒化石燃料產生的微粒、交通工具排放的廢氣微粒、燒紙錢或燒香產生的黑煙及煤煙等；此外，細菌、病毒、孢子等生物微粒也都屬於氣膠。
氣膠懸浮在空氣中的時間長短，與其粒徑大小及當時上升氣流的強度有關，顆粒小、上升氣流強，氣膠懸浮時間會增長，濃度也會升高。氣膠 的粒徑範圍約在 100 微米（即 0.1 毫米）以下，一般熟知的飛沫粒徑約 5~30 微米、大陸沙塵暴帶來的塵粒大小約為 2~3 微米、汽機車排放的廢氣微粒約在 0.1~0.3 微米之間，甚至還有 0.1 微米以下的奈米碳粒。
中央大學環工所教授李崇德表示，氣膠從污染源排放後，在空氣的傳輸過程中，有可能越變越大，例如碳粒子會吸附氣態二氣化硫（SO2），二氧化硫與水分子、氧氣、氨氣、游離基等還可能反應生成固態硫酸鹽，使原本氣膠增大（見右圖）；氣膠也可能縮小，如含水氣的氣膠在水份蒸發後即會變小。
粒徑越小，影響越大
通常 10 微米以下的氣膠懸浮在空氣中的時間較長，許多國家會依此制訂標準值，做為衡量空氣品質的依據，例如我國環保署就訂定 10 微米以下的氣膠（符號記做 PM10）於 24 小時內的平均值不應超過 125 微克/立方米（μg/m3），若氣膠濃度長期超過此標準值，對農作物生長和人體健康等都會帶來不良影響。此外，由 於更小的氣膠影響更大，有些國家會另外訂定 2.5 微米以下（PM2.5）的氣膠標準值，世界衛生組織建議的 PM2.5 標準值是 24 小時平均值不應超過 25 微克/立方米，美國的 PM2.5 標準值是 24 小時不應超過 35 微克/立方米，我國則沒有訂定此範圍的標準值。
氣膠濃度太高時，很容易被人體吸入而影響健康。若吸入的氣膠大於 1 微米，會被呼吸道攔截下來；0.3~1 微米容易隨氣流方向移動，吸進後再被呼出去的機率高；小於 0.3 微米的氣膠，布朗運動效應明顯（粒子會做連續快速而不規則的隨機移動），氣膠容易碰撞到肺部組織而沾黏至潮濕的表面，留在體內影響健康。像咳嗽時噴出的飛沬雖然都大於 5 微米，但飛沫含水氣，其表面蒸發形成外乾內濕時，可以小到只剩 0.3 微米而被吸入肺部。
改變亞洲氣候的「褐雲」
氣膠也會改變區域性的氣候，其對氣候的影響分為直接與間接作用。直接作用是氣膠散射或吸收太陽輻射，若空氣中含有較多黑色的碳粒子，其吸收陽光的能力強，會使當地氣溫升高；若含較多硫酸鹽、硝酸鹽等，則會散射掉較多的陽光，使當地降溫。
間接作用是影響雲雨的形成。雲的形成除了要具備充足水氣與低溫外，還必須有微小的凝結核，把氣態水分子拉近。凝結核通常為吸水性佳的氣膠，如海鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等。當水分子吸附在氣膠上，氣膠表面的鹽類就會潮解凝結成小雲滴；水份持續增加，小雲滴變成中雲滴，再彼此碰撞形成大雲滴，之後越變越大，就會形成雨滴。李崇德表示，適當濃度的氣膠，有助於雲雨的形成，但濃度若太高，在一定的水氣下，每顆微粒吸收的水氣變少，不易凝結成雨滴，反而會使雲停留在空中的時間增長，導致降雨率下降。含高濃度氣膠的雲通常呈黑褐色，又被稱為「褐雲」（atmospheric brown cloud）。
在亞洲，褐雲問題相當嚴重，主要是燃燒大量煤炭和木材，以及為開墾而燃燒森林等，使得亞洲褐雲組成的成份含有不少會吸收陽光輻射的碳粒子，造成大氣層溫度上升，使部份山區的冰川融化，例如喜馬拉雅山就出現雨季縮短、冰川加速萎縮的現象。亞洲褐雲的厚度可達數公里，該區地表能見度會因此下降，影響作物產量。
由此可知，小至個人健康，大至區域性氣候，氣膠所帶來的影響不可小覷，唯有調整人類的生活方式，例如減少燃燒煤碳、石油或紙錢，並且多搭乘大眾捷運系統以降低汽機車排放污染物等，將來才可能保有純淨的環境。
來自中南半島的氣膠
根據中央大學環工所教授李崇德的研究，自 2003 年開始的每年 3~4 月，台灣高空大氣氣膠硫酸鹽、鉀鹽、硝酸鹽、碳粒子等異常增多，尤以硫酸鹽最為嚴重。這些污染主要來自中南半島的生質燃燒，包含燃燒煤炭、為開墾農地而燃燒森林，以及焚燒農作物的殘枝與稻糠等。然而生質燃燒的過程不會產生硫化物，硫酸鹽是怎麼來的？
李崇德表示，中南半島燃燒生質時，會形成一股上升氣流，將鉀鹽、硝酸鹽、碳粒子等氣膠抬升到數千公尺的高空，而由盛行西風把氣膠傳向台灣。在傳送途中，氣膠可能吸附工廠排放的二氧化硫，後者經光照成激發態，或遇錳、鐵離子進行催化後，與氧氣、水會形成固態硫酸鹽，這些硫酸鹽就這樣被帶進了台灣。
延伸閱讀
《空氣污染防制實驗》，黃富昌、陳慶和、王宇傑、邱英嘉等著，新文京出版
〈野馬與塵埃－－大氣懸浮粒子〉，王寶貫撰文，《科學發展》2003年10月號
〈變暗的地球〉，艾培爾撰文，《科學人》2004年9月號
《別讓孩子在毒物中長大》，韓柏檉著，原水出版
高中課本《地球科學》
高中課本《基礎化學》
氣膠是什麼？
懸浮微粒嚴格來說應該稱為「氣膠」，泛指所有可以懸浮在氣體中的膠體，包含固態、液態、混合固液氣態的物質，以及有毒和無毒物等。自然界產生的氣膠有塵灰、火山灰、海鹽懸浮微粒（sea salt aerosol）等；人為的則有工廠燃燒化石燃料產生的微粒、交通工具排放的廢氣微粒、燒紙錢或燒香產生的黑煙及煤煙等；此外，細菌、病毒、孢子等生物微粒也都屬於氣膠。
氣膠懸浮在空氣中的時間長短，與其粒徑大小及當時上升氣流的強度有關，顆粒小、上升氣流強，氣膠懸浮時間會增長，濃度也會升高。氣膠 的粒徑範圍約在 100 微米（即 0.1 毫米）以下，一般熟知的飛沫粒徑約 5~30 微米、大陸沙塵暴帶來的塵粒大小約為 2~3 微米、汽機車排放的廢氣微粒約在 0.1~0.3 微米之間，甚至還有 0.1 微米以下的奈米碳粒。
中央大學環工所教授李崇德表示，氣膠從污染源排放後，在空氣的傳輸過程中，有可能越變越大，例如碳粒子會吸附氣態二氣化硫（SO2），二氧化硫與水分子、氧氣、氨氣、游離基等還可能反應生成固態硫酸鹽，使原本氣膠增大（見右圖）；氣膠也可能縮小，如含水氣的氣膠在水份蒸發後即會變小。
粒徑越小，影響越大
通常 10 微米以下的氣膠懸浮在空氣中的時間較長，許多國家會依此制訂標準值，做為衡量空氣品質的依據，例如我國環保署就訂定 10 微米以下的氣膠（符號記做 PM10）於 24 小時內的平均值不應超過 125 微克/立方米（μg/m3），若氣膠濃度長期超過此標準值，對農作物生長和人體健康等都會帶來不良影響。此外，由 於更小的氣膠影響更大，有些國家會另外訂定 2.5 微米以下（PM2.5）的氣膠標準值，世界衛生組織建議的 PM2.5 標準值是 24 小時平均值不應超過 25 微克/立方米，美國的 PM2.5 標準值是 24 小時不應超過 35 微克/立方米，我國則沒有訂定此範圍的標準值。
氣膠濃度太高時，很容易被人體吸入而影響健康。若吸入的氣膠大於 1 微米，會被呼吸道攔截下來；0.3~1 微米容易隨氣流方向移動，吸進後再被呼出去的機率高；小於 0.3 微米的氣膠，布朗運動效應明顯（粒子會做連續快速而不規則的隨機移動），氣膠容易碰撞到肺部組織而沾黏至潮濕的表面，留在體內影響健康。像咳嗽時噴出的飛沬雖然都大於 5 微米，但飛沫含水氣，其表面蒸發形成外乾內濕時，可以小到只剩 0.3 微米而被吸入肺部。
改變亞洲氣候的「褐雲」
氣膠也會改變區域性的氣候，其對氣候的影響分為直接與間接作用。直接作用是氣膠散射或吸收太陽輻射，若空氣中含有較多黑色的碳粒子，其吸收陽光的能力強，會使當地氣溫升高；若含較多硫酸鹽、硝酸鹽等，則會散射掉較多的陽光，使當地降溫。
間接作用是影響雲雨的形成。雲的形成除了要具備充足水氣與低溫外，還必須有微小的凝結核，把氣態水分子拉近。凝結核通常為吸水性佳的氣膠，如海鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等。當水分子吸附在氣膠上，氣膠表面的鹽類就會潮解凝結成小雲滴；水份持續增加，小雲滴變成中雲滴，再彼此碰撞形成大雲滴，之後越變越大，就會形成雨滴。李崇德表示，適當濃度的氣膠，有助於雲雨的形成，但濃度若太高，在一定的水氣下，每顆微粒吸收的水氣變少，不易凝結成雨滴，反而會使雲停留在空中的時間增長，導致降雨率下降。含高濃度氣膠的雲通常呈黑褐色，又被稱為「褐雲」（atmospheric brown cloud）。
在亞洲，褐雲問題相當嚴重，主要是燃燒大量煤炭和木材，以及為開墾而燃燒森林等，使得亞洲褐雲組成的成份含有不少會吸收陽光輻射的碳粒子，造成大氣層溫度上升，使部份山區的冰川融化，例如喜馬拉雅山就出現雨季縮短、冰川加速萎縮的現象。亞洲褐雲的厚度可達數公里，該區地表能見度會因此下降，影響作物產量。
由此可知，小至個人健康，大至區域性氣候，氣膠所帶來的影響不可小覷，唯有調整人類的生活方式，例如減少燃燒煤碳、石油或紙錢，並且多搭乘大眾捷運系統以降低汽機車排放污染物等，將來才可能保有純淨的環境。
來自中南半島的氣膠
根據中央大學環工所教授李崇德的研究，自 2003 年開始的每年 3~4 月，台灣高空大氣氣膠硫酸鹽、鉀鹽、硝酸鹽、碳粒子等異常增多，尤以硫酸鹽最為嚴重。這些污染主要來自中南半島的生質燃燒，包含燃燒煤炭、為開墾農地而燃燒森林，以及焚燒農作物的殘枝與稻糠等。然而生質燃燒的過程不會產生硫化物，硫酸鹽是怎麼來的？
李崇德表示，中南半島燃燒生質時，會形成一股上升氣流，將鉀鹽、硝酸鹽、碳粒子等氣膠抬升到數千公尺的高空，而由盛行西風把氣膠傳向台灣。在傳送途中，氣膠可能吸附工廠排放的二氧化硫，後者經光照成激發態，或遇錳、鐵離子進行催化後，與氧氣、水會形成固態硫酸鹽，這些硫酸鹽就這樣被帶進了台灣。
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