第3章 大气污染防治领域的新进展(2)
这个研究小组采用先进的统计方法，对20世纪50年代以来，陆地吸收二氧化碳的数据进行分析，结果发现从1988年至今地球生物圈吸收二氧化碳数量“突然增加”，达到每年约10亿吨的“大数”，超过了2010年全球化石燃料排放量的10%，这让科学家们感到十分吃惊。
米卡罗夫·弗莱彻博士介绍，这种“急剧增加”非常明显，但驱动变化的物理过程是个谜。虽然针对陆地吸收二氧化碳数量急剧增加的成因已经有些理论推测，但目前都还没有找到答案。科学家们正在致力于研究是什么引起陆地对二氧化碳吸收数量的增加，这种趋势将来是否会有变化，与此相关的一系列全新问题有待找到答案。
（3）发现土壤里捕获的碳会再次释放到大气中。2012年H月，美国加州大学戴维斯分校植物学教授约翰·希克斯、比利时鲁汶大学教授戈尔塔·范斯塔登和克瑞斯托夫·范·奥斯特等人组成的一个国际联合研究小组，在美国《国家科学院学报》发表论文称，他们确认，土壤里已被捕获的碳，将会再次释放到大气层中，从而成为碳排放的一个来源。这一发现，有助于更全面地理解过去和未来全球气候变化的成因。
土壤侵蚀是指土壤或成土母质在外力（水、风）作用下被破坏剥蚀、搬运和沉积的过程。尽管早先的研究发现，在土壤侵蚀过程中可以将碳埋藏于土壤里，其作用类似于碳汇或碳存储。但是，该研究小组发现，这些碳汇中的一部分仅是暂时性的。
希克斯指出：“这是我们发现的全球碳循环的一部分。碳源在哪里，碳汇又在哪里？在某种程度上土壤侵蚀是碳汇，但正如我们所发现的那样，它同样也能成为一种碳源。”
据研究人员估算，在土壤侵蚀过程中被埋藏的碳，大约有50%在500年之内会重新释放到大气层中。气候变化还可能导致这一过程加快，因为气候变化能够加速土壤分解的速度，进而加速碳的释放。
研究人员在研究过程中使用了放射性碳和激光断代技术，计算出过去6000年间，即从公元前4000年到公元2000年，比利时代勒河沿岸土壤所捕获的碳量，以及由土壤再次释放到大气层中的碳量。如此长时间跨度，使研究人员能够发现被土壤捕获的碳，再次进人到大气层的渐进过程。自工业革命以来的150年间所发生的农业耕地流转，是历史上造成全球土壤侵蚀的最主要原因，研究人员所设计的6000年时间框架将这段重要时期完全囊括。研究人员认为，过去150年间，由于农业的发展而被捕获于土壤中的大部分碳，目前依然没有被释放到大气层中，但这将是未来碳排放的一个主要来源。
范斯塔登指出：“我们的研究结果显示，由于农业土地的流转，早期存储于土壤和植物中的碳已有大约一半释放到大气层中。”希克斯则强调，采用免耕或少耕的方法可以使土壤侵蚀最小化，而利用覆盖作物栽培则可以确保土壤不处于裸露状态。奥斯特指出：“我们需要弄清楚碳来自哪里、它以何种方式释放或者被捕获，以便确定合理的、低成本的措施来减缓气候变化的进程。”
4.大气污染影响健康研究的新发现
（1）发现吸人汽车废气可能导致老年痴呆症。2010年1月，德国海因里希·海涅大学，环境医学研究中心的一个研究小组，在美国《环境研究》杂志上发表研究成果，首次把认知能力损伤同吸人汽车废气联系起来。他们发现，居住在临街住宅并常年呼吸汽车废气的女性，年老后容易出现认知能力明显衰退的症状，并可能罹患痴呆症。
研究小组对399名68—79岁的老年妇女进行调查。她们都在某一地点居住了20年以上。研究结果显示，她们当中，住得离马路越近，吸人的污染物越多，记忆力及认知能力的衰退程度越严重。
研究人员分析了德国环境保护部门25年来，对接受调查的老年妇女居住点污染情况的监控数据，并对这些老年妇女吸入的污染物水平进行了计算和比较。
同时，研究人员还进行了一系列神经生理及认知能力测试，包括口头表述、学习能力、记忆力等。结果发现，居住在车流密度较大、污染较重地区的老年妇女，出现认知障碍的概率较高，而认知障碍在医学上被认为可能进一步导致老年痴呆症。
（2）发现空气污染有增加儿童患糖尿病的风险。2013年5月，德国亥姆霍兹慕尼黑研究中心发布研究报告说，空气污染除了给人体带来呼吸道方面的疾病外，还可能带来更多疾病风险。该研究中心的一个研究小组发现，空气污染会增加儿童“胰岛素抵抗”的概率，从而增加其糖尿病患病风险。
胰岛素抵抗，指体内组织对胰岛素促进葡萄糖吸收发生了抵抗，是二型糖尿病主要发病因素之一。
研究小组以397名10岁儿童为研究对象，在排除家庭社会地位、二手烟、出生体重、身体质量指数等因素影响后，他们发现，生活在交通繁忙、人口密集地区，并暴露在空气质量较差环境中的儿童胰岛素抵抗水平相对较高。
研究显示，空气中二氧化氮含量，每立方米增加10.6微克，胰岛素抵抗发生率便增加17%；空气中可吸入颗粒物每增加6微克每立方米，胰岛素抵抗发生率增加19%。住宅与车流密集路段之间的距离同样不容忽视，如果儿童居住在公路附近，每接近公路500米，胰岛素抵抗发生率便会提高7%。
究其原因，研究人员说，空气污染物毒性各异，但均属潜在氧化剂，他们可直接氧化脂肪或蛋白，也可间接激活细胞内氧化，从而引发胰岛素抵抗。另外，此前的研究结果显示，空气中可吸入颗粒物和二氧化氮浓度升高，可导致炎症标记物增加，这也可能是出现胰岛素抵抗的诱因。
5.防治大气污染研究的其他新发现
（1）发现二氧化碳含量增加会使农作物减少养分。2014年5月，美国哈佛大学专家塞缪尔·迈尔斯领导，美国、日本和澳大利亚等国研究人员参加的一个国际研究小组，在《自然》杂志发表研究成果说，他们研究发现，大气中二氧化碳含量增加，会使小麦、大米等主要农作物养分减少，进而影响民众健康。
研究人员表示，二氧化碳排放导致全球变暖，不仅会降低农作物产量，还可能减少其营养成分。它们在美国、日本和澳大利亚等国的实验田中，种植了41种农作物，研究大气中二氧化碳含量，对不同农作物营养有何影响。结果发现，二氧化碳增加，会普遍降低这些农作物的营养价值。按照目前大气中二氧化碳增加趋势，到本世纪中叶，大米、小麦、大豆等主要农作物中锌、铁和蛋白质的含量最多可减少10%。
迈尔斯说，新研究表明，二氧化碳排放增多不只会使农作物产量减少，还会降低其营养，这将在很大范围内影响人类健康。他认为，除了加强研发对二氧化碳耐受性强的作物，更应从根本上减少二氧化碳排放量。
（2）发现能够“吃”掉甲烷的细菌。2006年10月，德国马普海洋微生物研究所，安帖·波埃修斯及其同事组成的一个研究小组，在《自然》杂志上发表研究成果称，他们发现了能够消耗甲烷的细菌，这有助于控制全球变暖的趋势。
波埃修斯表示：单细胞微生物有助于调节海洋通过火山喷发等形式释放出来的甲烷量。研究人员对位于挪威格陵兰海域的西斯匹次甲尔根南部的活跃的哈康·莫斯比泥火山进行了研究，结果发现了消耗甲烷的这三个关键微生物群落。
最近发现的一个细菌群落，属于古细菌——一种不同于细菌和真核细菌的单细胞有机体；另外一种是能够利用氧气分解甲烷的细菌；还有一种是另外一种古细菌，能够与其他细菌一起利用硫酸盐来分解甲烷。
但是，火山所喷发出来的硫酸盐和氧气的上升流，限制了嗜甲烷菌的生存环境。因此，最终微生物仅能够分解掉火山喷发出来的40%的甲烷。
二、防治大气污染的新技术
1.发现一种可用来监控空气污染的新技术
发现遥测技术或可用来监控空气污染。2014年5月，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，地球与环境科学部门的罗迪卡·林登麦尔、曼文德勒·迪贝及其同事组成的一个研究小组，在美国《国家科学院学报》上发表研究成果称，他们发现，对大型发电厂附近大气污染的遥测，可能提供一种监测空气污染和排放程度的方法。
化石燃料燃烧排放的二氧化碳和氮氧化物导致的气候变化和空气污染，已经成为一个被普遍关注的社会问题。旨在控制这些污染物的国际条约，面临的一个重要障碍，是难以对相关情况进行核查。而且，管理污染气体，需要准确评估释放气体的来源和数量。这样的评估，在确保实现减排目标等方面十分关键。
为了测量来自美国新墨西哥州西北部的两个燃煤发电厂的污染气体排放情况，该研究小组利用太阳摄谱仪，测量了圣胡安和福科纳斯发电厂附近地点的二氧化碳、一氧化碳和氮氧化物的大气浓度。研究人员还监测了二氧化碳的同位素成分，这可以作为燃煤发电厂排放的一种参考证据。
通过比较针对空气污染物气流的环境空气观测结果，以及发电厂烟囱内的观测数据后，研究人员报告说，这两个测试地区的大气约有75%被污染了。作者还指出，环境空气观测和烟囱内测量的一致性较强，这提示空气污染物的遥测技术，可能为监测空气化学和二氧化碳排放浓度等，提供了可靠而有效的方法。
2.提出缓解全球气候变暖的新技术
提出通过云彩增白技术来治疗全球气候变暖的大胆计划。2005年8月14日，《星期日泰晤士报》报道，英政府目前正在测试一种英国科学家发明的系统，该系统可以把海水喷洒到空气中，取得令云彩“增白”的效果。其设计理念是通过增强云层的反射能力，使热量远离地球，令全球范围内气温日益升高现象有所缓解。
这项技术，是由爱丁堡大学工程设计名誉教授斯蒂芬·萨尔特发明的，要使用一个小船队去制造良好的喷射效果。随着海水蒸发，微小盐粒将会随着升高的气流进入低空层积云。盐粒将会令层积云变白，使它们的反射效果更强，另外还会产生更多的水滴，进一步减少穿透大气层的太阳光线。萨尔特教授的此项研究将刊登在《大气研究》杂志上。萨尔特教授宣称，通过将全球1/3云层的反射能力增长4.5%，将有效减少到达地球表面的热量，从而打消了人们对全球气候变暖预言的忧虑。
萨尔特教授认为，试验计划将在4年内付诸实施。他一直与美国科罗拉多州玻尔国家大气研究中心的约翰·拉特哈姆合作。初期，先将500条无线电控制的无人小船部署到层积云最为普遍的非洲西海岸和秘鲁西部附近。这种小船每条造价100万英镑，高70英尺，每隔25英里停放一条，可以通过卫星跟踪。
小船在风力旋转装置驱动下前行，这种前行活动将使水下涡轮机产生转动，制造一个静电场。被吸入旋转装置的水流将撞击静电场，从而产生雾蒙蒙的海水。
在世界范围内，每秒大约会有四万吨海水被喷射到大气层。萨尔特教授认为，要想使云彩的“亮度”增长4.5%，必须每秒钟向大气层喷射半吨水。萨尔特教授认为，他们可以劝说企业向这一计划每吨投人10英镑，从而令排放到大气层使气温升高的二氧化碳量减少。
3.合理开发利用大气资源的新技术
（1）开发出吸附空气中氧气的新方法。2010年6月，日本京都大学物质细胞统合系统据点的一个研究小组，开发出一种能够从空气中单单吸附氧气的新方法。这种方法，应用了大型放射光设施“Spring-8”制造的一种新型材料，为气体吸附产业提供了一条新的思路。
研究人员介绍，他们是利用空气中氧气和氦气分子中，各自电子运行方式存在差异的特点，首先开发出一种被称为四氰基对苯醌二甲烷的特殊多孔吸附材料。由于这种材料仅同空气中氧气的电子发生反应，亦只有氧气分子可以通过这种物质细小的孔被吸附进来，从而可以很方便地把空气中的氧气分离出来。
目前，利用多孔材料，从气体中吸附特定物质的方法本身并不稀奇，像活性炭和沸石，这些材料作为除臭剂和吸附剂早已经投入市场。但是，由于空气中氧气和氦气的分子大小几乎一样，这些物质都无法从空气中把特定的氧气和氦气分子吸附进来。
研究人员称，这种新的方法改变了以往的思路，如果将来能够进一步提高从空气中吸附及分离氧气的效率，对吸附产业来说将是一种非常有用的技术。此外，这种方法也为从大气中有效去除有害气体的研究，提供了一条新的可供参考的思路。
（2）研发从大气中收集电能的新技术。2010年8月25日，美国物理学家组织网报道，巴西坎皮纳斯大学，费尔南多·盖勒姆贝克领导的一个研究小组，在美国化学学会第240届全国会议上报告说，他们正在研制能从空气中捕捉电的电池板，为住宅提供照明或为电动汽车充电；该电池板还可以置于建筑物屋顶，以阻止闪电的形成。
从大气中收集电能，有望造就一种新型替代能源。实际上，科学家们很早之前就注意到，蒸汽从锅炉中溢出时会形成静电火花，当水汽聚集空气中的尘埃和其他物质的微小颗粒时，正是电形成之时。几个世纪以来，科学家们一直为从空气中捕捉电并加以利用的想法而激动不已，著名发明家尼古拉·特斯拉就是其中之一。