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与尘埃颗粒面对面

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与雪花一样,其实尘埃颗粒也非常独特,但却从未有人去想过单个尘埃粒子是由什么组成的,直到最近才有人把它当回事。

无所不在的尘埃

在不同的人眼里,尘埃的意义是大不相同的。对我们普通人来说,它可能只是简单的尘埃,或大部分都是死皮,再或者是我们死去后要转化成的一种物质状态;而对科学家来说,一粒小小的尘埃却蕴含着无比丰富的科学信息,而且还与我们的健康息息相关。早在一个多世纪以前,地质学家就开始为研究尘埃建立专门的研究室了,后来,环境学家、天文学家以及健康专家,都不断加入到研究尘埃的队伍里来。

尘埃种类实在是太多了。最小的直径不到0.1微米,最大的2毫米还不止!而且,让人兴奋的是,一些尘埃里还蕴藏着宇宙起源的秘密:每年都有将近20万吨的物质来自地球之外。但这与源于地球的4亿吨尘埃比就是小巫见大巫了,地球上的尘埃绝大多数都来自大自然,比如土壤、火山、沙漠、花粉还有海盐,相比之下,人类的贡献要小得多。但那些讨厌的小颗粒,包括来自汽车尾气、工业废气和化肥的,我们人类却难辞其咎。

尘埃每时每刻都围绕在我们身边,大部分呼吸系统的疾病和中风都与尘埃有关,仅在英国,每年就有1万多人死于与此相关的疾病。英国的很多城市的空气中弥漫着来自狗粪的细菌的混合物,室内的尘埃也不遑多让,每个家庭里都覆盖着一层由皮屑、头发丝和纤维物组成的尘埃,且比起室外尘埃,室内尘埃是对健康的更大威胁。尘埃颗粒的研究对公共健康尤其有意义。研究者已经发现,3至5微米之间的微尘,是能够通过呼吸进到我们肺部的最大尘埃颗粒;此外,有机物质的尘埃会导致一些十分严重的健康问题。

搜寻尘埃颗粒

事实上,科学家关于尘埃的知识也是多种多样的,或许还有那么一点杂乱无章。过去科学家对尘埃的研究都是对一堆尘埃进行整体研究,很少考虑单个尘埃颗粒的意义。而现在,随着仪器的精密化,情况改变了,一些科学家发现单个尘埃颗粒具有巨大的研究价值。

与许多伟大的科学突破一样,这个发现是偶然的。2003年,美国俄亥俄州立大学的研究人员用红外线来辨认不同物质的化学组成:不同分子根据它们结构的不同,会在红外波段吸收不同频率的光,因此可以揭示其中的元素构成。偶然地,一粒小小的尘埃颗粒闯到了红外传感器上,结果,研究人员得到了一个意想不到的尘埃频谱。

通常,如果你看到尘埃,你会躲开它。但这次科学家没有放过它,而是开始对它进行研究,并寻找更多能够吸引尘埃的方法。不久,在一间普通的实验室的空气中,研究者利用微型吸泵捕捉到了63个单独的尘埃颗粒。一旦它们通过红外成像显示出成分,科学家就可以为它们建立档案了,这样,世界上第一批尘埃库就诞生了。科学家通过观察这些单独的颗粒,发现每颗尘埃都有与众不同的特征,与大量尘埃聚在一起时的性质很不相同。这就好比在人类社会中,从集体角度来看,大家似乎都有共性,但深入到集体中的个体,每个人却又是独一无二的。

那么,让我们看看这一个个颗粒都是怎样的不同。在第一批尘埃库的63颗尘埃中,大多数部分都是有机物质,但矿物质掺合进来“凑热闹”了――在32个颗粒当中发现了石英、17个颗粒上有碳酸盐、14个颗粒上有石膏,其他成分还包括来自空气污染物和化肥的残余成分。科学家还注意到,这里尘埃成分的数量已经远远超越了尘埃颗粒的数目。这是因为,大多数漂浮的尘埃都是聚合物,也就是说它们聚合了大量别的成分,其形式多种多样,就像雪花一样。

弄清楚尘埃颗粒的组成成分这还仅仅是第一步,下一步科学家还要进一步分析这些成分在不同环境下的变化和作用。科学家在实验室里的成果将来可以被应用到医院、学校、工厂和其他地方的尘埃研究,以用来建立不同环境中的尘埃样本。尤其是要收集研究吸烟室里和停车场的尘埃样本,以鉴定这些地方的尘埃对人体的危害性有多大。