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空气污染影响

空气污染物侵入人体主要有三条途径:表面接触、食入含污染物的食物和水、吸入被污染的空气,其中以第三条途径最为重要。大气污染对人体健康的危害主要表现为引起呼吸道疾病。在高浓度污染物的突然作用下,人体可发生急性中毒,甚至在短时间内死亡。长期接触低浓度污染物,会引起支气管炎、支气管哮喘、肺气肿和肺癌等病症。此外,还发现一些尚未查明的可能与大气污染有关的疑难杂症。下面即对几种主要空气污染物对人体健康危害的毒理做一简介。
颗粒物
颗粒物对人体健康的影响,取决于颗粒物的浓度和在其中暴露的时间。研究数据表明,因上呼吸道感染、心脏病、支气管炎、气喘、肺炎、肺气肿等疾病而到医院就诊人数的增加与大气中颗粒物浓度的增加是相关的。患呼吸道疾病和心脏病的老人的死亡率也表明,在颗粒物浓度一连几天异常高的时期内就有所增加。暴露在合并有其他污染物(SO2)的颗粒物中所造成的健康危害,要比分别暴露在单一污染物中严重得多。表1中列举了颗粒物浓度与其产生的影响之间关系的有限数据。

颗粒的粒径大小是危害人体健康的另一重要因素。它主要表现在两个方面:①粒径越小,越不易沉积,长时间飘浮在大气中容易被吸入体内,且容易深入肺部。一般地说,粒径在100μm以上的尘粒会很快在大气中沉降;10μm以上的尘粒可以滞留在呼吸道中;5~10μm的尘粒大部分会在呼吸道沉积,被分泌的黏液吸附,可以随痰排出;小于5 μm的微粒能深入肺部,0.01~0.1μm的尘粒,50%以上将沉积在肺腔中,引起各种尘肺病。②粒径越小,颗粒的比表面积越大,物理、化学活性越高,加剧了生理效应的发生与发展。此外,颗粒的表面可以吸附空气中的各种有害气体及其他污染物,而成为它们的载体,如可以承载强致癌物质苯并[a]芘及细菌等。
硫氧化物
SO2在空气中的浓度达到(0.3~1.0)X 10-6时,人们就会闻到它的气味。包括人类在内的各种动物,对SO2的反应都会表现为支气管收缩,这可从气管阻力稍有增加判断出来。一般认为,空气中SO2浓度在0.5 X 10-6以上,对人体健康已有某种潜在性影响,(1~3)X 10-6时多数人开始受到刺激,10×10-6时刺激加剧,个别人还会出现严重的支气管痉挛。与颗粒物和水分结合的硫氧化物是对人类健康影响非常严重的公害见表1。
当大气中的SO2氧化形成硫酸和硫酸烟雾时,即使其浓度只相当于SO2的1/10,其刺激和危害也将更加显著。据动物实验表明,硫酸烟雾引起的生理反应要比单一SO2气体强4~20倍。
一氧化碳
高浓度的CO能够引起人体生理上和病理上的变化,甚至死亡。CO是一种能夺去人体组织所需氧的有毒吸人物。人暴露于高浓度(>750 X 10-6)的CO中就会导致死亡。CO与血红蛋白结合生成碳氧血红蛋白(COHb),氧和血红蛋白结合生成氧合血红蛋白(02Hb)。血红蛋白对CO的亲和力大约为对氧的亲和力的210倍。这就是说,要使血红蛋白饱和所需CO的分压只是与氧饱和所需氧的分压的1/200~1/250。
氮氧化物
NO对生物的影响尚不清楚,经动物实验认为,其毒性仅为NO2的l/5。NO2是棕红色气体,对呼吸器官有强烈刺激作用,当其浓度与NO相同时,它的伤害性更大。据实验表明,NO2会迅速破坏肺细胞,可能是哮喘病、肺气肿和肺癌的一种病因。环境空气中NO2浓度低于0.01×10-6时,儿童(2~3周岁)支气管炎的发病率有所增加;NO2浓度为(1~3)×10-6时,可闻到臭味;浓度为13×10-6时,眼、鼻有急性刺激感;在浓度为17×10-6的环境下,呼吸10 min,会使肺活量减少,肺部气流阻力增加。NOx与碳氢化合物混合时,在阳光照射下发生光化学反应生成光化学烟雾。光化学烟雾的成分是光化学氧化剂,它的危害更加严重。
光化学氧化剂
氧化剂、臭氧(03)、过氧乙酰硝酸酯(PAN)、过氧苯酰硝酸酯(PBN)和其他能使碘化钾的碘离子氧化的痕量物质,都称为光化学氧化剂。臭氧和PAN以最高的浓度存在。氧化剂(主要是PAN和PBN)会严重地刺激眼睛,当它和臭氧混合在一起时,它们还会刺激鼻腔、喉,引起胸腔收缩,在浓度高达3.90 mg/m3时,就引起剧烈的咳嗽,使注意力不能集中。
有机化合物
城市大气中有很多有机化合物是可疑的致变物和致癌物,包括卤代甲烷、卤代乙烷、卤代丙烷、氯烯烃、氯芳烃、芳烃、氧化产物和氮化产物等。特别是多环芳烃(PAHs)类大气污染物,大多数有致癌作用,其中苯并[a]芘是强致癌物质。城市大气中的苯并[a]芘主要来自煤、油等燃料的未完全燃烧及机动车排气。苯并[a]芘主要通过呼吸道侵入肺部,并引起肺癌。实测数据表明,肺癌与大气污染、苯并[a]芘含量的相关性是显著的。从世界范围看,城市肺癌死亡率约比农村高2倍,有的城市高达9倍。
对植物的伤害

空气污染对植物的伤害,通常发生在叶子结构中,因为叶子含有整棵植物的构造机理。最常遇到的毒害植物的气体是:二氧化硫、臭氧、PAN、氟化氢、乙烯、氯化氢、氯、硫化氢和氨。
空气中含SO2过高,对叶子的危害首先是对叶肉的海绵状软组织部分,其次是对栅栏细胞部分。侵蚀开始时,叶子出现水浸透现象,干燥后,受影响的叶面部分呈漂白色或乳白色。如果SO2的浓度为(0.3~0.5)X 10-6,并持续几天后,就会对敏感性植物产生慢性损害。SO2直接进入气孔,叶肉中的植物细胞使其转化为亚硫酸盐,再转化成硫酸盐。当过量的SO2存在时,植物细胞就不能尽快地把亚硫酸盐转化成硫酸盐,并开始破坏细胞结构。菠菜、莴苣和其他叶状蔬菜对SO2最为敏感,棉花和苜蓿也都很敏感。松针也受其影响,不论叶尖或是整片针叶都会变成褐色,并且很脆弱。
20世纪50年代后期,臭氧对植物的损害才引起人们的注意。臭氧首先侵袭叶肉中的栅栏细胞区。叶子的细胞结构瓦解,叶子表面出现浅黄色或棕红色斑点。针叶树的叶尖变成棕色,而且坏死。菠菜、斑豆、西红柿和白松显得特别敏感。在某些森林中的很多松树,似乎由于长期暴露在光化学氧化剂中而濒于死亡。据估计,损害阈值约为0.03×10-6,暴露时间为4 h。上述植物在0.1×10-6或更低的浓度中暴露1~8 h,也曾出现受害情况。苜蓿在浓度0.06×10-6的臭氧中暴露3~4 h,会受到损害。臭氧还阻碍柠檬的生长。
过氧乙酰硝酸酯(PAN)侵害叶子气孔周围空间的海绵状薄壁细胞。可以窥见的主要影响是叶子的下部变成银白色或古铜色。虽然牵牛花在浓度0.005X 10-6中暴露8 h,就会受到影响。但是,有害的阈值估计为0.01×10-6,暴露时间为6 h。以成熟状况看,幼叶是最敏感的。
氟化氢对植物是一种累积性毒物。即使暴露在极低的浓度中,植物也会最终把氟化物累积到足以损害其叶子组织的程度。最早出现的影响表现为叶尖和叶边呈烧焦状。显然,氟化物通过气孔进入叶子,然后被正常的流动水分带向叶尖和叶边,最后使内部细胞遭受破坏。当细胞被破坏变干时,受害部分就由深棕色变成棕褐色。桃树、葡萄藤和糖菖蒲等对氟化物十分敏感,超过4至5个星期暴露期的损害阈值低至0.1×10-9。氟化氢的浓度接近1 X 10-9时,就值得我们重视了。
在普通碳氢化合物中,乙烯是唯一的在已知环境水平下就能引起植物遭受损害的物质。浓度为(0.001~0.5)X 10-6的乙烯,曾使敏感的植物受到损害。乙烯对植物的影响包括,使花朵凋落和叶子不能很好地舒展。已证实它对兰花和棉花有害。在乙烯下暴露6 h的损害总阈值为0.05 X 10-6。
其他气体和蒸气,如氯化氢、氯、硫化氢和氨,比别的气体更能引起叶子组织剧烈瓦解。有关文献中列举了200种植物对13种不同污染物的敏感性。
关于颗粒物对植物的总影响还了解得很少。然而,人们已观察到几种特定物质所引起的损害作用。含氟化物的颗粒物能引起某些植物损害。降落在农田上的氧化镁,曾使农作物生长不良。动物误食沾有有毒颗粒物的植物时,健康会受到损害。这些有毒化合物会被吸收进植物组织,或成为植物表面污染而存在下去。
对器料影响

空气污染对金属制品、油漆涂料、皮革制品、纸制品、纺织品、橡胶制品和建筑物等的损害也是严重的。这种损害包括玷污性损害和化学性损害两个方面。玷污性损害主要是粉尘、烟等颗粒物落在器物表面或材料中造成的,有的可以通过清扫冲洗除去,有的很难除去,如煤油中的焦油等。化学性损害是指由于污染物的化学作用,使器物和材料腐蚀或损坏。
颗粒物因其固有的腐蚀性,或惰性颗粒物进入大气后因吸收或吸附了腐蚀性化学物质,而产生直接的化学性损害。金属通常能在于空气中抗拒腐蚀,甚至在清洁的湿空气中也是如此。然而,在大气中普遍存在吸湿性颗粒物时,即使在没有其他污染物的情况下,也能腐蚀金属表面。
空气中的SO2、NOx。及其生成的酸雾、酸滴等,能使金属表面产生严重的腐蚀,使纺织品、纸品、皮革制品等腐蚀破损,使金属涂料变质,降低其保护效果。造成金属腐蚀最为有害的污染物一般是SO2,已观察到城市大气中金属的腐蚀率约是农村环境中腐蚀率的1.5~5倍。温度,尤其是相对湿度,皆显著影响着腐蚀速率。铝对SO2的腐蚀作用具有很好的抗拒力。但是,在相对湿度高于70%时,其腐蚀率就会明显上升。据研究,铝在农村地区暴露达20年以上,其抗张强度只减小1%或更少些。而在同样长的时间内,在工业区大气中铝的抗张强度却减小了14%~17%。含硫物质或硫酸会侵蚀多种建筑材料,如石灰石、大理石、花岗岩、水泥砂浆等,这些建筑材料先形成较易溶解的硫酸盐,然后被雨水冲刷掉。尼龙织物,尤其是尼龙管道等,对大气污染物也很敏感,其老化显然是由SO2或硫酸气溶胶造成的。
光化学氧化剂中的臭氧,会使橡胶绝缘性能的寿命缩短,使橡胶制品迅速老化脆裂。臭氧还侵蚀纺织品的纤维素,使其强度减弱。所有氧化剂都能使纺织品发生不同程度的褪色。
对空气影响

空气污染最常见的后果之一是大气能见度降低。一般说来,对空气能见度或清晰度有影响的污染物,应是气溶胶粒子、能通过大气反应生成气溶胶粒子的气体或有色气体。因此,对能见度有潜在影响的污染物有:①总悬浮颗粒物(TSP);②SO2和其他气态含硫化合物,因为这些气体在大气中以较大的反应速率生成硫酸盐和硫酸气溶胶粒子;③NO和NO2,在大气中反应生成硝酸盐和硝酸气溶胶粒子,还在某些条件下,红棕色的NO2会导致烟羽和城市霾云出现可见着色;④光化学烟雾,这类反应生成亚微米级的气溶胶粒子。
能见度的气象学定义是:在指定方向上仅能用肉眼看见和辨认的最大距离:①在白天,能看见地平线上直指天空的一个显著的深色物体;②在夜间,能看见一个已知的、最好未经聚焦的中等强度的光源。能见度观测是观测者通过对指定方向上一个目标的反差度的估计而对光衰减的主观评价。如果观测者视力完好,则这种反差度极限估计为2%。通常认为,普通观测者需要接近5%的反差度才能辨别出以背景为衬托的物体。
反差度的降低及大气能见度的下降,主要是大气中微粒对光的散射和吸收作用所造成的。还有某些散射是空气分子引起的,这就是瑞利散射过程。大气中由散射引起的光衰减,主要是由与入射光波长相近的粒子造成的。可见光辐射波长约为0.4~0.8μm,其最大强度为0.52μm左右。因此,粒径处于0.1~1.0μm的亚微米级范围内的固体和液体粒子对能见度降低的影响很大。城市大气中硫酸盐的粒径大多小于2μm,粒径分布峰值为0.2~0.9 μm,因而这类气溶胶的存在会引起能见度明显降低。
空气能见度的降低,不仅会使人感到不愉快,而且会造成极大的心理影响,还会产生交通安全方面的危害。
对气候的影响

空气污染对能见度的长期影响相对较小。但是,如果大气污染对气候产生大规模影响,则其结果肯定是极为严重的。已被证实的全球性影响有,CO2等温室气体引起的温室效应以及SO2、NOx排放产生的酸雨等。除此之外,在较低大气层中的悬浮颗粒物形成水蒸气的“凝结核”,当大气中水蒸气达到饱和时,就会发生凝结现象。在较高的温度下,凝结成液态小水滴;而在温度很低时,则会形成冰晶。这种“凝结核”作用有可能导致降水的增加或减少。对特殊情况的研究尚未取得一致结果,一些研究证明降水将增加,例如颗粒物浓度高的城区和工业区的降雨量明显大于其周围相对清洁区的降雨量,通过云催化造成的冰核少量增加来进行人工降雨等。另有一些研究表明降水会减少。
一些研究者认为,那些伴随着大规模气团停滞的大范围的霾层,可能也会有一些气候意义。由于太阳辐射的散射损失和吸收损失,大气气溶胶粒子会导致太阳辐射强度的降低。计算表明,在受影响的气团区域,辐射一散射损失可能会致使气温降低1℃。虽然这是一种区域性影响,但它在很大的地区内起作用,以致具有某种全球性影响


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