
加拿大大规模野火产生的烟雾在美国蔓延了数千英里,遮住了太阳,使许多城市笼罩在令人咳嗽的烟雾中。随着烟雾随风飘散,沿途还会产生一种新的危害,这种危害比各部分之和还要大:野火烟雾成分与城市空气污染之间的化学反应产生了令人不安的臭氧混合物。
科学家们早就知道,臭氧是阳光与野火烟雾中的化学物质(挥发性有机化合物(VOCs)和氮氧化物(NOx))发生反应的副产品。如果大气中的臭氧含量高,它是有益的,因为它可以阻挡有害的紫外线。但是地球表面的臭氧会导致呼吸问题和其他健康问题。今年早些时候发表在《环境科学与技术》上的一项研究表明,即使烟气中的氮氧化物全部消失,烟雾也会产生臭氧。当烟雾吹过城市时,任何尚未发生化学反应的挥发性有机化合物都有机会与城市地区燃烧化石燃料产生的大量氮氧化物混合。
最近几天笼罩美国东部的野火烟雾引发了空气质量问题,人们对这一问题的关注主要集中在颗粒物上:可被深深吸入肺部并构成相当大健康风险的细颗粒物。但长期暴露在臭氧浓度升高的环境中也是危险的。它会加剧哮喘,导致咳嗽、喉咙痛和呼吸困难,尤其是儿童、老年人和经常在户外活动的人。
臭氧问题不仅存在于野火附近的城市:挥发性有机化合物可能是持久的,这意味着即使来自1000英里以外的火灾也会增加氮氧化物城市的臭氧水平。气候变化加剧了这种风险,因为它正在导致更频繁、更激烈的野火。“现在这是一个严重的问题,”美国国家海洋和大气管理局的大气化学家、这项新研究的合著者史蒂文·布朗说。“我们现在面临着一个非常不同的挑战,因为我们对气候变化做出了这样的反应。这些来自野火的新排放对那些希望看到空气质量持续改善的人来说是一个挑战。”
美国的臭氧水平受《国家环境空气质量标准》(National Ambient Air Quality Standards)的管制,该标准将臭氧水平设定为每10亿分之70 (ppb),平均超过8小时。该标准规定,每年臭氧浓度超过70 ppb的天数过多的城市将面临法律后果。布朗说,野火产生的臭氧“很容易就足以决定一个城市是高于标准还是低于标准”。5月23日,随着加拿大西部的野火烟雾笼罩这座城市,丹佛的一个地点的臭氧污染超过了81 ppb,而今年迄今为止的平均水平约为40 ppb。加州大学洛杉矶分校的大气化学家苏珊娜·保尔森说,这项新研究的发现很重要,因为臭氧水平的增加“对特定人群,特别是呼吸系统疾病患者来说意义重大”。保尔森没有参与这项新研究,他说,这表明“臭氧肯定会比没有参与这项研究的情况下更多。”
当存在不健康的臭氧水平时,美国环境保护署(Environmental Protection Agency)建议呆在室内,购买空气净化器,将户外娱乐活动限制在清晨和傍晚,并戴上N95口罩。
布朗说,减轻野火烟雾对臭氧的影响对每个城市来说都是一个独特的挑战。臭氧产量与氮氧化物浓度同步上升,但只上升到一定程度。超过氮氧化物的特定阈值,臭氧的产生效率就会降低。
如果一个城市没有达到大气中氮氧化物水平可以产生的最大臭氧量,则被认为是“氮氧化物敏感”城市。相反,如果一个城市的臭氧含量超过了可用氮氧化物产生的最大臭氧水平,则被认为是“氮氧化物饱和”。氮氧化物饱和度往往在城市核心附近普遍存在,大部分排放物都是在那里释放的。
与直觉相反,一个氮氧化物饱和的城市试图降低氮氧化物水平以适应野火烟雾,会暂时增加臭氧水平。另一方面,对氮氧化物敏感的城市将有一个更直接的减排方法:加强对汽车、卡车、建筑设备和其他工业来源产生氮氧化物的监管,可以改善臭氧水平。
尽管情况复杂,布朗还是乐观地认为这个问题能够得到解决。他说:“在你理解问题之前,你无法找到解决问题的方法。”对许多人来说,最近烟雾笼罩自由女神像的令人震惊的画面让他们明白,在气候变化的情况下,空气质量的复杂性如何对数百万人的健康变得至关重要。正如保尔森所说,我们烟雾弥漫的景观是“气候变化影响的强烈视觉表现”。



