提姆·斯美德利

倫敦帝國理工學(xué)院的研究生考爾2003年在倫敦做的研究發(fā)現(xiàn)，走上街頭作空氣污染測試的自愿者一次會接觸到13萬個超微細(xì)顆粒

多年以來，空氣污染往往是媒體頭版頭條新聞，但有關(guān)這個全球最大的環(huán)境健康問題，其中一些信息，我們可能被媒體誤導(dǎo)了。例如，我們被告知，一種直徑測量為2.5微米或更小的懸浮顆粒污染物——PM2.5可以通過我們的肺進(jìn)入我們的血液。

但在事實(shí)上，絕大多數(shù)微米顆粒PM2.5是無法進(jìn)入我們的血液的。

我們還被告知，包括二氧化氮在內(nèi)的氮氧化物氣體是城市最大的健康威脅。然而，在歐洲因空氣污染而導(dǎo)致的死亡中，死於氮氧化物的僅占14%。

其實(shí)最大的空氣污染殺手納米顆粒從來沒有上過新聞頭條，沒有受到監(jiān)管，也很少在小眾的科學(xué)圈之外被提及，盡管科學(xué)家已盡了最大的努力來改變流行的看法。

身在汽車中的人所接觸的納米顆粒要比騎單車或走在人行道上的人要多

科學(xué)家采用超細(xì)黃金微粒來了解納米顆粒污染物在人體各部位的積淀狀況

懸浮微米顆粒PM2.5比人類頭發(fā)寬度大約小30倍，小得看不見，但是與懸浮在空氣中的納米顆粒相比，則相對是大塊頭。PM2.5的直徑為2500納米，而真正的殺手納米顆粒直徑是100納米或更小。不錯，PM2.5和PM10（直徑為1萬納米，體積更大的懸浮顆粒）都是殺手，一般會造成人體肺和呼吸器官出問題。但是納米顆?？梢赃M(jìn)入人體任何器官肆意破壞。而且政府部門是以重量來測量PM2.5值的高低，但數(shù)百上千萬的納米顆粒若以重量計，可能還不到一微克，因此政府部門的空氣污染報告往往低估了真正的風(fēng)險。

有關(guān)空氣污染應(yīng)該關(guān)注人體吸入的顆?？倲?shù)，而不僅僅是重量的這門科學(xué)，實(shí)際已開始好一些時間了。2003年，蘇爾布吉特·考爾在倫敦帝國理工學(xué)院完成碩士學(xué)位時，她的導(dǎo)師建議她參加名為Dapple（空氣污染的擴(kuò)散及其對周遭環(huán)境的影響）的實(shí)驗(yàn)?？紶栐O(shè)計的題目是個人暴露于污染空氣的研究，由6名志愿者組成的團(tuán)隊大家“裝扮成圣誕樹”，并帶上各種不同的空氣污染傳感器，連續(xù)四周每天在倫敦市中心走一條固定路線。

考爾后來離開了科學(xué)界，現(xiàn)在是一名管理顧問。她說，當(dāng)年這些志愿者“是朋友和我們系里的人組成的。但如果我自己也不參加的話，我真的不能要求別人去做這個實(shí)驗(yàn)”。因此她也加入這個空氣污染測試志愿者隊伍，來到了以馬里波恩路為中心的路邊。馬里波思路是一條有七條車道的大道，杜莎夫人蠟像館即坐落在這條大道上。她說：“我們到了這條街，知道我們會因?yàn)殚L時間暴露在這樣的空氣中而生病。過了一會兒，我們開始覺得很不舒服。”

穿戴在志愿者身上和放在背包里的儀器測量了標(biāo)準(zhǔn)的空氣污染物，即PM2.5和一氧化碳。但考爾還帶有一套剛剛上市的嶄新裝備“P-Trak”納米顆粒計數(shù)器。她笑著說：“我們需要獲得各種各樣的批準(zhǔn)才能實(shí)地使用這種儀器，因?yàn)闃幼涌雌饋碛悬c(diǎn)像測量核輻射的蓋革探測器，有關(guān)部門擔(dān)心我們當(dāng)眾使用會引起公眾的恐慌。”這個設(shè)備吸入空氣后，會向空氣中的顆粒表面噴灑酒精使其現(xiàn)形，然后通過激光束將顆粒一個個數(shù)進(jìn)去，可以將微小到2納米的納米顆粒（比人體血細(xì)胞還要小很多倍）的數(shù)量精確地計算出來。受紐約羅切斯特大學(xué)和芬蘭國家公共衛(wèi)生研究所研究成果的影響，考爾有一種預(yù)感，認(rèn)為計算這些“超細(xì)顆?！钡臄?shù)量可以增加一些有趣的數(shù)據(jù)。她的預(yù)感沒錯。

她說：“我預(yù)料顆粒數(shù)會有一定程度的變化，但沒有想到變化幅度很大，確實(shí)讓我吃驚，過往車輛的數(shù)量對人們接觸到的PM2.5顆粒數(shù)量的影響微乎其微，但對超細(xì)顆粒數(shù)量則影響巨大?！碑?dāng)志愿者們走在人行道上時，他們一次至少接觸了3.6萬個超細(xì)顆粒，最多達(dá)到13萬個。當(dāng)他們騎著自行車走同樣的路線時（要帶上所有設(shè)備，雖然麻煩，但也不是不可能），最大值和最小值又各增加了2萬個。

然而，記錄到的平均最高值是在汽車和公共巴士內(nèi)，這說明越接近污染源，即排氣管噴出的廢氣，則納米顆粒的總數(shù)就越高。同一條人行道上，走在街邊和走在建筑物旁邊，兩者雖然只有幾步路之遠(yuǎn)，但差異卻很明顯，前者納米顆粒數(shù)平均值是8.2萬個，而后者平均值則是6.9萬個。同樣的讀數(shù)顯示PM2.5顆粒數(shù)沒有變化。

很不幸，考爾的發(fā)現(xiàn)對政府部門測量空氣污染的方式?jīng)]有任何影響。大約在2006年，就在她離開科學(xué)領(lǐng)域的時候，劍橋大學(xué)的一名博士生接過了接力棒。普拉桑特·庫馬爾在德里的印度理工學(xué)院攻讀碩士學(xué)位，已經(jīng)在研究PM2.5和PM10。但在他來到英國攻讀博士學(xué)位時，他說：“在與我的幾位導(dǎo)師討論時，我們發(fā)現(xiàn)他們（對納米顆粒）的了解很少，甚至幾乎不了解。他們的測量，他們的關(guān)注是另一方面。所以我決定挑戰(zhàn)納米顆粒這個題目?！睆?008年開始，他陸續(xù)發(fā)表的一系列論文成為有關(guān)納米顆粒污染的開創(chuàng)性研究，并因此成為薩里大學(xué)的教授。

庫馬爾回顧說：“我2008年進(jìn)行的第一項(xiàng)研究是探索性的分析。”他說，汽車廢氣以氣體的形式排放出來，然后冷卻成更小的納米顆粒，然后再開始聚集，形成更大的顆粒。從排氣管中每立方厘米的空氣你可以得到10的6次方（100萬個）顆粒。走在路中間為10萬個，路邊則是1萬個。他的研究發(fā)現(xiàn)，交通繁忙的道路上90%以上的顆粒都是直徑100納米以下的超細(xì)顆粒。

庫馬爾解釋說，這對我們的健康是個問題，“因?yàn)轭w粒越小，表面積越大。更大的表面積意味著更多的（潛在的）毒性，因?yàn)槠浣佑|到你體內(nèi)的面積也更大。”

為形象地理解這一點(diǎn)，不妨想象一下足球和高爾夫球的對比。一個足球的圓周為70厘米，表面積約為1500平方厘米。高爾夫球顯然要小得多，周長約為13厘米，表面積為54平方厘米。如論體積，你可以把156個高爾夫球放進(jìn)一個足球大小的空間，但所有這些高爾夫球表面積相加將是8453平方厘米，整整比一個足球大了6.9平方米。在納米尺度上，這種差異更要大得多。一個由10億個10納米顆粒組成的霧團(tuán)其質(zhì)量只相當(dāng)于一個PM10顆粒，但其總表面積卻是后者的100萬倍。而這些納米顆粒表面覆蓋著來自汽車尾氣的未燃燒的有毒燃料。

庫馬爾教授的另一項(xiàng)研究是被成年人用嬰兒車推著經(jīng)小鎮(zhèn)路邊而過的兒童，其接觸空氣污染的狀況。他說：“我們發(fā)現(xiàn)，在等紅綠燈的時候，會接觸到大量納米顆粒，而嬰兒車中的孩子接觸的微細(xì)顆粒數(shù)量還要大……在某些情況下，會比成年人高出20%～30%。由于孩子的免疫系統(tǒng)還在發(fā)育，他們更容易受到健康影響?！崩?，美國加州兒童健康研究發(fā)現(xiàn)，在交通繁忙道路的半公里內(nèi)長大的兒童肺活量明顯受到損害。

納米顆粒還可以通過肺壁進(jìn)入血液，這是顆粒較大的PM2.5無法做到的。納米顆粒一旦進(jìn)入血液，除了可以到達(dá)身體的任何器官或動脈，也會造成與肺部相同的炎癥損傷。不過直到最近之前，人們還不知道到底直徑多大的顆粒能夠通過肺壁進(jìn)入血液，也不知道哪些顆粒會滯留在肺部或上呼吸道。

空氣中懸浮顆粒越細(xì)微，這些顆粒的集體表面積實(shí)際越大，因其數(shù)量更大，而且這些顆粒的毒性也更強(qiáng)

身處同樣一個城市，我們每天遭受的空氣污染程度，會因人、因交通方式，以及因行經(jīng)的路線而有很大差異

愛丁堡大學(xué)教授大衛(wèi)·紐比領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊在2017年終于補(bǔ)上了這項(xiàng)研究拼圖的最后一塊。珍·拉夫提斯博士是研究小組的一員。她說：“如何讓血液中的納米顆?，F(xiàn)形，我們有各種各樣的設(shè)想，現(xiàn)實(shí)中也有各種各樣的成像技術(shù)。但是現(xiàn)有的成像技術(shù)沒有那么高的分辨率。所以我們決定使用黃金。”

愛丁堡研究小組使用從荷蘭借來的一臺機(jī)器，通過電極將黃金打碎到僅只有2納米大小的超微細(xì)的顆粒。首先，讓老鼠吸入這些黃金納米顆粒，接下來，讓人類志愿者吸入。拉夫提斯以讓人放心的口氣解釋說：“我們使用黃金，因?yàn)槲覀冎傈S金真的很安全。黃金可以用于臨床是因?yàn)辄S金是惰性的，不會與任何物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，也不會引起體內(nèi)的氧化壓力?！秉S金也很容易被儀器探測到，不像碳顆粒那樣會有效地隱藏在我們碳基生命的人體中，難以查到。

志愿者在吸入黃金納米顆粒的15分鐘以及24小時后，提供了血液和尿液樣本。你想不到吧，他們的血液和尿液的樣品里真的發(fā)現(xiàn)了金子。研究小組還發(fā)現(xiàn)了一個30納米的分界點(diǎn)。在流動的血液中可以發(fā)現(xiàn)低于30納米大小的顆粒，而大于30納米的物質(zhì)則無法滲透過肺部進(jìn)入血液。

拉夫提斯說：“我們顯然不能對人類進(jìn)行活組織檢查，但卻可以對老鼠做尸檢。我們發(fā)現(xiàn)肺部積累的顆粒最多，其次是肝臟，因?yàn)檠菏紫冉?jīng)過的是肝臟。腎臟表面的滲透孔大小是5納米，因此大于5納米的任何東西都無法滲透進(jìn)腎臟……但身體的其他部位則可能有顆粒積累，因?yàn)檎麄€身體不同部位的表皮孔隙大小是有差別的。3個月后，志愿者的尿液中仍然發(fā)現(xiàn)含有黃金微粒。

隨后英國心臟基金會資助愛丁堡大學(xué)教授大衛(wèi)·紐比的團(tuán)隊繼續(xù)此項(xiàng)研究。再一次，大衛(wèi)·紐比要用實(shí)驗(yàn)證明一個理論。當(dāng)時這個還未獲得證實(shí)的理論是，納米顆粒污染物在人體動脈中聚集可能導(dǎo)致中風(fēng)和心臟病。大衛(wèi)·紐比接觸了一些即將接受切除動脈脂肪沉積（即動脈斑塊）手術(shù)的病人。如果讓這些病人在手術(shù)的前一天吸入黃金納米顆粒，第二天手術(shù)后能否在他們切除的斑塊上發(fā)現(xiàn)這些黃金粒子？

拉夫提斯說：“是的，我們在斑塊上發(fā)現(xiàn)了黃金顆粒。”她此時談到這一發(fā)現(xiàn)，仍然很興奮。她說：“這表明，這種大小和結(jié)構(gòu)的空氣污染顆?？梢栽谖?4小時內(nèi)被吸附到動脈斑塊上。對心臟病患者來說，這是相當(dāng)危險的事，因?yàn)槲覀內(nèi)艘簧紩粑奖晃廴镜目諝?。而我們做的只是一次性的?shí)驗(yàn)，但這種事每天都在發(fā)生?！?/p>

不妨把動脈想象成道路，動脈斑塊想象成車禍現(xiàn)場，納米顆粒就是被堵在車禍現(xiàn)場越積越多的汽車，結(jié)果造成動脈交通更嚴(yán)重的堵塞。而且納米顆粒也可能就是造成動脈車禍的原因，因?yàn)檫@些顆粒表面附著的有毒化學(xué)物質(zhì)會使動脈發(fā)炎，紐比的前任肯·唐納森教授早在20世紀(jì)90年代就強(qiáng)調(diào)了納米顆粒的毒性?！叭蚣膊∝?fù)擔(dān)”組織的研究估計，空氣污染可能導(dǎo)致21%的中風(fēng)死亡和24%的缺血性心臟病死亡。交通廢氣一直被認(rèn)為是空氣污染危害人體健康的確鑿證據(jù)，但這只行兇的槍發(fā)射出來的子彈卻很難找到。現(xiàn)在，許多人認(rèn)為子彈已找到，就是納米顆粒。

大多數(shù)國家，包括美國和歐盟，都對微米顆粒PM2.5、氮氧化物、一氧化碳和二氧化硫等最有害的空氣污染物有法律限制。但對納米顆粒則沒有類似的監(jiān)管約束。有關(guān)方面典型的反駁是，法律規(guī)定的"PM2.5已包括最小到直徑1納米的所有微細(xì)顆?！?。技術(shù)上PM2.5確實(shí)包括了納米顆粒，但正如我們所見，數(shù)百萬計的納米顆粒在PM2.5的測量讀數(shù)中幾乎無法顯示。

2008年一份為英國環(huán)境、食品和農(nóng)村事務(wù)部所作，有關(guān)直徑低于100納米的超細(xì)顆粒污染物的報告發(fā)現(xiàn)，因?yàn)椤澳壳皼]有針對納米顆粒的排放上限或減排目標(biāo)之規(guī)定……也沒有關(guān)于納米顆粒的指引或可供查閱的納米顆粒排放因素列表的途徑?！蹦壳按嬖诘奈ㄒ环ㄒ?guī)是歐盟汽車尾氣排放6號標(biāo)準(zhǔn)測試，其中一項(xiàng)是廢氣顆粒數(shù)限制，測量的顆粒直徑已縮小到23納米。但是，Defra的報告說，這意味著“城市空氣中超過30%的納米顆?？赡懿话ㄔ趦?nèi)”，并且只覆蓋了愛丁堡大學(xué)黃金納米顆粒研究所確定的30納米分界值以下顆粒之一小部分。

也許唯一的好消息是，雖然納米顆粒數(shù)與PM2.5的測量值之間沒有很好的相關(guān)性，但確實(shí)與氮氧化物的讀數(shù)相關(guān)。像納米顆粒一樣，二氧化氮（NO2，氮氧化物的一種）離排放源最近，但很快就會消散。NO2甚至?xí)c空氣中的其他氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成某些類型的納米顆粒。因此，減少NO2的排放通常也可以起到減少納米顆粒的作用。庫馬爾說：“兩者之間確實(shí)相互關(guān)聯(lián)，因?yàn)閮烧叨紒碜酝粋€排放源?！?/p>

有關(guān)氮氧化物和納米顆粒的解決方案也一樣，即用電取代石化燃料作為能源。電動汽車仍然會揚(yáng)起道路塵土，但它們不會釋放由燃燒產(chǎn)生的納米顆?；虻趸?。雖然仍需要發(fā)電站來獲取電力，但我們在公路上花費(fèi)的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了站在發(fā)電站煙囪旁的時間，盡管發(fā)電站的碳排放是我們必須快速轉(zhuǎn)向100%可再生能源的更充分理由。而更好的選擇是使用真正的廢氣零排放交通工具，如步行和騎自行車。我們越快完成這一轉(zhuǎn)變，就能挽救更多的生命。在此期間，我們還需要通過建立隔離自行車道和綠色屏障，即人行道和道路之間的樹木、樹籬和攀爬植物等綠色隔離帶，將行人與以燃燒排氣車輛為主的交通道隔離開來，從而減少我們對廢氣的接觸。

十多年后，考爾發(fā)現(xiàn)自己的習(xí)慣仍然受到當(dāng)年納米顆粒研究的影響。她笑著說：“當(dāng)我走在人行道上的時候，我的朋友們覺得我總是貼著建筑物的一邊走很滑稽！而且只要有可能，我就抄近路穿過公園，或者走小路?！?/p>

在愛丁堡，拉夫提斯走得更遠(yuǎn)。她說：“我不再于家中點(diǎn)蠟燭。雖然我很喜歡木材熊熊燃燒的火爐，但我家里不會使用，也不會有燒木頭的爐子。我做飯的時候總要打開抽油煙機(jī)。我不會沿著馬路跑步，跑步我總是選在公園。我不開車，也有意識地認(rèn)為我不應(yīng)該開，除非是開電動汽車?！钡蛱崴跪T自行車，盡管附近空氣的顆粒物含量很高，因?yàn)椤凹词鼓阍诮煌〒頂D的時候騎自行車，你也可以通過鍛煉來抵消空氣污染?！?/p>

我問她，限制廢氣排放法規(guī)和政策是否應(yīng)該更多地轉(zhuǎn)向規(guī)限納米顆粒的污染。她告訴我，她不是政策制定者，但很快又補(bǔ)充道：“我不知道他們?yōu)槭裁床贿@么做。我的意思是，你覺得你在研究，再研究，也產(chǎn)生了數(shù)據(jù)，卻什么反應(yīng)也沒得到，只是口頭說所而已。我覺得這個問題必須隨著技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。PM2.5正是監(jiān)測儀所測量出來的?！?/p>

身處同樣一個城鎮(zhèn)或城市，我們每天接觸到的空氣污染程度，會因人、因交通方式，以及行經(jīng)的路線而有很大差異。大多數(shù)城市或國家通過幾個固定的監(jiān)測站來測量，這些監(jiān)測站檢測到的只是附近的空氣。（摘自英國廣播公司新聞網(wǎng)）（編輯/多洛米）