空气的污染与净化

空气的污染与净化

在城市中生活的人们越来越难见到蓝天白云，灰蒙蒙的天气成了城市天气的主题，城市的天空和乡村的天空有什么差别？什么时候城市能重现蓝天白云？

空气污染之谜

其实，只要人类想享受清新空气，就能办得到。因为空气污染大都已有补救办法，只待实行。世界若干城市早已开始采取管制空气污染措施，对保持市区的良好环境产生显著效果。

最明显的例子就是钢都匹兹堡。由于烧煤的鼓风炉喷出大量煤烟，长久以来，匹兹堡一直是美国最脏的地方之一。但第二次世界大战以来，当地政府采取管制空气污染的措施，已略有小成。家庭主妇从前每星期洗一次煤烟染黑的窗帘，现在一年只要洗两次。伦敦方面，1952年曾出现一次挟着污浊空气的浓雾，约有四千人丧生。十年后，同样的恶劣空气再度出现，但死亡人数微不足道，主要归功于英国政府十年来严格实施空气污染管制。不过，世界上环境污染十分严重的若干地区，情况虽逐渐改善，另外又有些从来没有污染问题的地区，目前正受到从远方工业区散出的污浊气体毒害。巴黎的空气变得有腐蚀性，铁皮屋顶过去可用二十年，现在只能用五年，肺癌患者也不断增多。奥地利和意大利的美丽山谷，烟雾弥漫。罗马市内美观的松树，日渐枯萎，松树针叶下面有一层空气中飘浮来的油质。此外，世界各城市的居民，肺部本应是粉红色的，现在都给污垢染成黑色了。

空气污染多数在大城市与工业区出现，但当然并不以大城市及工业区为限。大海上时常出现工厂与汽车喷出的大量污染物聚成的烟雾，来自几百英里外人烟稠密的沿海地区。工厂烟雾和汽车废气的微粒，还会进入大气层向上飘行数英里。人类大量使用杀虫药及倾倒未经处理的工业废物、未经净化的污水，已经破坏了大自然的平衡，使大片土地和水域不适宜动植物生存。现在，很多科学家担心，人为的污染物质在大气层上广泛散布，可能同样对全球气候产生难以预料的坏影响。空气中污染物质的多寡，各处不同，但污染物质的成分，大致一样。美国各地工业区的空气污染最为严重。美国的空气污染管制局、环境保护局及其各分局，在全国各地设立大约四千个空气样本抽査站，密切检验国内的空气情况。工厂和汽车喷出的污染物质，每年约有一亿七千八百万吨进入美国上空，其中一千三百万吨是固体微粒，包括煤烟、灰烬、水泥、煤屑及其他工业物料的粉末。

除了上述微粒悬浮在空中以外，其余一亿六千五百万吨污染物质主要是燃料燃烧时产生的气体，包括来自煤和含高硫质重油的氧化硫，汽车废气中的一氧化碳、氮氧化合物和未燃碳氢化合物。污浊气体中，一氧化碳和碳氢化合物差不多占一亿一千五百万吨。其中仅汽车一项就产生五千万吨之多，成为空气污染的罪魁祸首。环境保护局也密切注意其他有害或可能有毒物质的污染程度，包括石棉、水银、铅、氨、硝酸盐、钴、砷及有放射性的各种物料。

这些物质中，有的含有毒性，有的只是肮脏并无毒性。有些能腐蚀石头与金属，另外有些已知是致癌因子。还有些能起化学反应产生一种新的有毒物质，可以毒死植物和侵害一般物料。把这些危险物质送入空气中的罪魁，当然就是我们自己。

治理污染

只要肯花钱，采用必要的技术，多数污染物质都能防范于未燃，不致侵入人类生存的环境。例如在工厂烟囱装上如静电除尘器等装置，就可以消除工业造成的很多空气污染。静电除尘器利用静电吸力的原理，与丝绸擦过的玻璃棒可以吸起纸片的情形相同。烟通过烟囱进入空中时，烟囱上的除尘器就会吸去烟中的煤烟和其他微粒物质。

另一种装置是，先把气体导人旋动的水槽中与水混合，使污染物质溶于水中，再把脏水净化。此外还有人提出其他可使用的装置，或利用化学方法，滤除工厂黑烟中的有毒化合物；或把污浊气体导入袋内，就像真空吸尘器的功能一样。这些防止工业污染的装置，不管哪种，价钱都相当昂贵。

不过，还有其他方法。举例来说，纽约市改善空气污染的计划是从另一方面着手，政府限制发电厂用煤和燃油中的含硫分量，管制焚烧废物的私人或公共焚化炉等。伦敦的防止空气污染工作，成绩最为显著。1956年，英国国会通过清洁空气法案。现在，伦敦冬季可以享受的阳光，比1956年前多一半。这样卓著的成效，主要得自空气中的煤烟减少了。伦敦人冬天取暖时，一向是壁炉里燃烧烟煤，现在都燃烧焦炭或无烟煤。在法例规定之下，大多数家庭如果不能完全改用煤气或电力供暖系统，就要改用比较精巧的壁炉或封闭的火炉。壁炉或火炉的改装费用，由户主担负百分之三十，地方政府担负百分之三十，英国中央政府担负百分之四十。

煤、焦炭及重油燃烧时产生的气体中，最普通的污染物质是硫的氧化物，主要为二氧化硫和三氧化硫。仅美国一国，每年差不多有五千万吨硫的氧化物飘进空气里面。潮湿空气中，溶于水的二氧化硫变成亚硫酸，黏附建筑物与汽车的表面，使砖石逐渐碎裂，并使金属发生腐蚀现象。这种气体难闻，使眼睛刺痛，还使肺部感觉不适。三氧化硫溶在空气的水分中，产生硫酸，腐蚀性比亚硫酸厉害得多。

世界各地用电不断增加，要燃烧更多石油来发电。除非设法不让硫的氧化物形成，否则这种污染物质逸入空气中的分量一定有增无减。虽然欧洲目前可在北海区采用不含硫质的天然气，但北非洲、俄罗斯、北美洲各地蕴藏的天然气，没有北海区那样多。甚至在欧洲，天然气也不能代替煤和石油。假使我们要尽量减少全球空气中的二氧化硫，就要在燃烧前清除煤和石油的硫质，或采取措施来净化烟囱喷出的烟。现在已有几种新发明的技术，可以进行这些工作，只是费用很高。不过，我们即使希望把空气污染程度维持现状，而不奢望改善地球污染情况，也同样要支付这些费用。近数十年来，工业国的汽车大量增加，内燃机成了可怕的空气污染来源。汽车废气多半是二氧化碳和水蒸气，都是无害的东西。但其中混有的一氧化碳是一种致命的毒素；苯并芘是一种致癌因子；还有汽油未完全燃烧所生的氮氧化合物和未燃的碳氢化合物。此外更有半燃烧热机油冒出的烟和未精炼汽油的污浊液体。这一切都成了空气的一部分。

光化烟雾之谜

汽车废气停留在静止空气中，而废气中的烟又受到太阳光线的照射时，会发生复杂的光化作用，产生一种毒气，叫做“光化烟雾”。这种烟雾损害树木及谷物，刺痛眼睛，使鼻子及肺部感到难受，还使橡胶及人造纤维织物等物料变坏。光化烟雾出现，除汽车废气的烟外，还有其他因素。不论有多少汽车喷出废气，只要上升气流能把烟带上高空，在广阔的气层中冲淡，那么空气还能保持相当清洁。假使大气的上下对流静止不动，污染物质就会滞留在距离原地地面不远的空中。

大气对流怎会阻塞？我们都知道，高空的空气通常比接近地面的空气冷。但在大城市的上空和下风头的地区，情况完全相反，一层暖空气停在接近地面的凉空气上面。这种“逆温”现象使暖空气成了一个盖子。上升的烟困在暖空气的下面，无法继续上升。过了若干时日，污染物质在逆温层下面越集越多，再加上太阳的照射就会产生光化烟雾。

美国洛杉矶的逆温现象滞留不散，阳光充足，周围有山阻挡污染物质消散，地面汽车又多，因此成为世界上烟雾为害最剧烈的地区。美国新近制订的法例规定，在今后十年以内，新造汽车排出的废气要减少九成。这项规定虽然在技术上会有问题，但也带来了很好的希望，烟雾今后或可减轻。

伦敦大雾的成因，也是在低空（离地面三百到四百英尺）中有强烈逆温的现象。以前，这逆温层下面，千千万万煤炉喷出的烟与雾困在一起，使空气坏到几乎不宜于呼吸。即使今曰，伦敦的浊烟虽已大量减少，浓雾仍常把能见度减到不足五码，不过，浓雾里只含水珠，不含有毒的烟屑。

洛杉矶方面，造成烟雾灾害的逆温层较高，离地面约二千五百到四千英尺，虽然有较多空间让浊烟消散，但洛杉矶像伦敦一样，逆温层滞留不散。世界上其他地方的逆温层通常只会出现几天，就被风吹走。加利福尼亚州南部的情况不同，逆温层有时候在整个夏季日夜不散。

本世纪以来，世界各地人口和工业毫无疑问都在迅速增长。假使我们想把整个地球恢复到二十世纪以前的情况，根本没有什么奇术妙策。为保全人类的生存环境，我们在金钱上以及在智力上需要付出的代价，可能与最初推动工业发展时付出的代价一样大。人类如果不打算在有毒的地球上灭绝，除了必须接受管制污染的措施以外，似乎别无他法。

气候为何会听人类的指挥

1970年一个夏日，佛罗里达州南部艾维格雷斯大津泽上空，一片白光耀眼的积云像搅拌成泡沫状的奶油，在蔚蓝色天空飘浮。一架改装成空中试验室的古老螺旋桨班机，在两万一千英尺高空处飞人云顶，像福特I型古老汽车在乡村道路颠簸那样，随着湍急的小气流飞行。美国国家海洋及大气署实验气象学研究所所长裘妮辛浦森博士，负责监控飞机里的仪表板，这时下令按动一个电钮。从机翼尖端下方的架子掉下散弹，进入积云中心，使积云中到处都是雾，雾里含有几万亿微小的碘化银结晶。

翻滚的积云团突然爆炸，乳白色的云头，一再向上翻腾，髙悬于附近云层之上。积云为什么会爆炸？积云里寒冷的小水滴已经开始迅速聚积在碘化银结晶上，并凝结起来。小水滴结冰时放出的热，使云层膨胀，温度升高，浮力增加了约一倍，气流上升也加快。积云如蘑菇状上升时，底部吸收大量潮湿空气，形成四万英尺高的雷暴，云变成灰色，然后转为黑色。最后成千成万吨的冰晶形成后开始降落，降落时在下方潮湿空气中融解，倾盆盆大雨落在沼泽区。

在相隔很远的美安密大学电脑中心，技术人员使用雷达把云受了人工“催化”而降下的豪雨与该区天然的雨水做了比较。催化后多获得雨水，足够淹没三平方英里土地深达一英尺。

借人力使这个云团发生突变，是一连串试验中最惊人的成就之一。人造雨这门科学经过二十五年的争论后，预料不久大功即将告成。在佛罗里达州上空催云化雨试验的结果，证明可利用电脑推断出具有良好催化条件的日子。在这些日子内，利用人工催云化雨，可使当地积云的降雨量加至四倍。

1946年，通用电器公司研究所科学家施菲在美国进行人造雨试验，首次获得成功。雨雪何以能降落地球，科学家长久以来一直困惑不解，因为他们晓得，云中微细的冰晶及水滴太小太轻，不能靠本身重量降到地面。有些科学家认为，云里的小水滴可能先由电吸引在一起，成为较重的水滴。但根据计算所得，很快就发现大部分云层里不会有这种可能。另一些科学家推论说，空中的微粒，如随风飘浮的尘埃和来自海中的微细盐结晶，可能供作凝结核，使微细的小水滴聚积成较重的水滴。

另一种理论认为，冰晶在潮湿云层中会自动增大体积，原因是水汽、小水滴与冰晶接触后就会凝结在一起。为了探测这种可能性，施菲研究过在冷冻试验室的云室里把小水滴过度冷却至远在冰点下而形成的云。他发现即使温度降至华氏零下三十度（摄氏零下三十四度\过冷云中的小水滴也可能不结冰。此后又有多次研究也证实这一点。施菲把一撮干冰粉（凝固的二氧化碳）撒在云室里的过冷云中，然后从观察窗注视其变化：那个云团竟发生小型雪暴！不久后，他驾驶飞机在马萨诸塞州一座大山上空的云堤上方飞行，向云层撒下几磅碎干冰做催化媒介。几乎立刻降落大雪。

施菲已经证明，在过冷云中放人干冰，可用人工造雨。后来，他的同事冯耐格又从一个新方法着手研究，用可能作为凝结核的微粒做试验，使过冷的小水滴在其周围聚积凝结。冯耐格发现，碘化铅及碘化银的微细结晶远比其他盐类为佳，显然因为它们的晶体结构与冰相似。

施菲和冯耐格两人的发现被业余造雨者用来胡乱催化云层，效果无法预测。催云化雨像是一种无规则可循的新游戏。魁北克省亚比替比区曾在三个月内，下了六十天雨，气愤的加拿大人认为那是保护森林机构施行人造雨惹来的祸。虽然责任问题始终不能确定，但在大雨下遭受重大损失的企业公司和房地产所有人提出控诉，确实使加拿大政府感到困扰。在其他地区，催云化雨公司夸大其成效，结果多不能兑现，顾客纷纷取消合约。美国有三个州取締催云化雨，还对造雨者提出诉讼。

同时许多科学家坚持认为，无法证明催云化雨法比霍皮族印第安人的祈雨舞更为有效。他们要求进行有对照的试验，求取无可置疑的因果证据，但一直没有找到这样的证据。

1966年，美国科学院复查十八次商业性施行人造雨的结果，断定造雨者所增加的降雨量为百分之十至二十。它主张由政府主持有对照的试验计划，并且评估各项各自为政的研究计划。

气象学家认为，有一点很明显：先要获取更多有关云的知识才可以控制降雨。辛浦森博士对此已做深入研究。上世纪60年代中期，她曾参与美国一项实验性控制飓风的“怒风计划”。这个计划的研究人员飞入飓风圈内，用碘化银结晶催化风眼周围的雪墙，进行观察过冷云里水滴突然凝结时所放出的热量是否足以驱散风暴。怒风计划的试验，在驱散飓风方面取得若干成就，还对强烈风暴的性质做了深入的观察。这个计划的一个小组在加勒比海利用大规模催云的技术，已经确实证明，把大量碘化银（比过去试验多一千倍）散人云中，如果当时情况符合已知的条件，云便发生惊人的膨胀。

接着下来，就要在易于收集雨水及精确测度雨量的陆地上空，试验这种技术。1968年，在佛罗里达州开始这项试验。每天早晨进行大气探测，把录得的资料输入特别编订工作程序的电脑中。如果电脑显示，不管催化与否，云团都自然会上升到高空，那天的试验便取消。

结果一共选用了十四个云团进行试验，每次在云中投入二十个散弹，其中共有碘化银二点二磅。由于放出大量碘化银结果，在云中水滴突然变成冰晶时，云团简直就像发生爆炸一样。冰晶向地面降落，进入较暖的空气便融化成雨。所选用的云团，除一个外，全部变成雷暴云砧形状，降雨量是该区未经催化的云所降雨量的两倍或三倍。于是，科学家终于从有对照的试验中获得使人鼓舞的证据。

1968年试验结束后，还有一个疑点：其中几次催化所带来的倾盆大雨可能完全是自然现象。因此，辛浦森博士希望再举行另一串试验。这些试验于1970年进行，结果毫无疑问地证实了催云化雨的成效。在电脑指示出可以进行试验的那些日子，每次催云化雨所获得的平均降雨量，都比用作对照而未催化的云所获雨量多一倍有余。

催云化雨的首要条件，是天空中需有含适当湿气的云。造雨者有一种乐观看法，认为辛浦森的方法能在热带干燥地区奏效，这些地区空气中的湿气分量，时常达不到足以下降成雨的程度。但是辛浦森博士在佛罗里达州试验成功的方法，不一定能一成不改地适用于气象情况不同的其他地区。辛浦森的方法虽然已在亚利桑那州、宾夕法尼亚州及南达科他州试验成功，但是她说：“我们还不知道其他地区的云可被催化的程度如何。不过我们可以找出哪些地区可用人工改变天气，哪些地区不可以用。”

她说：“要在特定的一天走出门去把雨落在某个农夫的田里是不可能的事。研究人员必须在每个集水区先做初步研究。然后在适宜情况下才能造雨，存入蓄水池以备不时之需。这是利用催云化雨以减缓干旱的唯一可行方法。”

根据辛浦森博士使用的方法，科罗拉大州立大学葛兰特博士在北美珞矶山脉某地进行了地方性研究。葛兰特博士研究气流及云层流动情形，找出一种控制某些云层降雪量的有效方法。他发现在满含水分的云顶较为温暖（由华氏零下四度至十四度不等）的日子里，催化可使降雪量增为两倍或三倍；云顶冷至华氏零下十五度以下时，催化可使降雪量至少减低百分之三十。这些资料可提供基础，在不同云层情况下，找出进行催化的基本公式。

1970年，在葛兰特博士指导下，垦荒局实施一项四年计划，有系统地使用催化方法造雨雪。试验场地在科罗拉大州西南部圣胡安山脉，面积一千三百平方英里。该区是八个主要降雪盆地之一。每年流入科罗拉大河的水量，平均约有百分之八十五来自这些盆地。试验结果发现，在云顶温度不低于华氏零下五点八度和气团稳定的情况下，催化所获的降雪量增加半倍至一倍。在其他情况下，降雪量增加甚少。这项研究表示在适当的情况下进行催化，到春天融雪时可以增加水量百分之十九。

此后几年间，催云化雨及其他人工改变天气的技术，已经证明前途大有希望。因此人工改变天气咨询委员会在1978年报告说，上世纪80年代积雪应该可以增加百分之十至三十，融雪水的流量也会因而增加。咨询委员会还声称，今后十年间，美国中西部地区农田雨量也同样可获得增加。该报告预言，到上世纪90年代，在某些情况之下，应可减弱飓风的风力，从而减轻所受的损害，此外还应该可以减低冰雹的影响。尽管有这样的乐观看法，科学家都认为催云化雨的计划必须先做好周详准备才能施行。各国如果打算实施这类计划，以增加雨量和改变天气，就必须根据国内各行业不同的需要，详细考虑人工改变天气所带来的后果。某个山地集水区的积雪场积雪倍增，会对山谷中某个农夫有帮助，但是也可能带来一场暴风雪，伤及家畜，使牧场主蒙受损失。雨水充足会对电力公司有好处，却会使旅游事业出现不景气。把降雪的范围扩大，可能缓和一个城市的交通问题，但也可能毁坏一个滑雪胜地。