塵埃圖書館

編譯 劉安立

一顆顆塵埃就像一片片雪花那樣獨特，但從未有人仔細關(guān)注過塵埃究竟是由什么組成的。直到最近，終于有了——

飄飛的塵埃

對常人而言，塵埃是細微的顆粒，是脫落的死皮，是你我都將“土歸土、塵歸塵”的狀態(tài)。然而，對科學(xué)家來說，塵埃充滿吸引力。地質(zhì)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家和健康學(xué)家甚至天文學(xué)家，都對風(fēng)中飄飛的塵埃興味十足。

塵埃的多樣性堪稱浩瀚。最大的塵埃微粒的直徑超過2毫米，最小的還不到0.1微米（1000微米=1毫米）。令人興奮的是，一些塵埃竟然起源于宇宙：每年有大約20萬噸地外物質(zhì)進入地球大氣層。不過，與來自地球本身的塵埃數(shù)量——40億噸相比，這個數(shù)字簡直就微不足道了。地球塵埃中，超過90%來自于土壤、沙漠、火山、花粉及海鹽等自然來源，人類的貢獻很少，但卻貢獻了最骯臟的微粒，它們來自于汽車尾氣、工業(yè)污染物排放和化肥等。

人類對于塵埃的了解也很豐富：看上去一塵不染的堂皇宮殿地面上覆蓋著細微的塵埃，主要成分有皮膚、毛發(fā)和織物纖維等；室內(nèi)塵埃對健康的威脅比室外塵埃大；城市空氣中充滿來自于狗糞的細菌……

那么，塵埃究竟是什么呢？研究發(fā)現(xiàn)，塵埃是由空氣中的各種微粒組成的，包括被風(fēng)卷起的土壤塵埃、火山噴出物和人類排放的污染物等。在人居環(huán)境中，比如家里和辦公室里，塵埃的組成成分包含植物花粉、人類和動物毛發(fā)、織物纖維、紙纖維、礦物質(zhì)、人類皮膚細胞，以及其他能在當(dāng)?shù)丨h(huán)境中找到的許多材料，甚至可能包括流星燃燒的殘骸。

塵埃來自哪里呢？大氣層中的塵埃來自于干燥地區(qū)，勁風(fēng)吹拂、帶走那里的大多為煤粉大小的物質(zhì)，讓其打擊或落到風(fēng)經(jīng)過之處的表面。在放牧、耕田、汽車行駛及其他因人類活動而失去穩(wěn)定性的地方，最容易產(chǎn)生塵埃。不過，人為影響并不是產(chǎn)生塵埃的唯一原因。全球1/3的陸地被易生塵埃的表面覆蓋，這些地方干燥而廣袤，例如撒哈拉沙漠占地9億公頃（1公頃=1萬平方米），而旱谷地（谷底干沙地）占地52億公頃。

有趣的是，在太空中也廣泛存在宇宙塵埃。太空中的氣體和塵埃云是行星系統(tǒng)的主要前身。黑暗夜空中的黃道光，是由在軌道中環(huán)繞太陽的塵埃微粒反射陽光產(chǎn)生的。彗星的尾巴——彗尾，是由彗星體本身輻射的塵埃和電離氣體制造的。塵埃也覆蓋著固態(tài)行星體，火星上發(fā)生的極大規(guī)模的沙塵暴幾乎覆蓋了整個火星。在不同恒星之間發(fā)現(xiàn)了星際塵埃，極大量的星際塵埃形成了彌漫星云和反射星云。

多艘探測器已前往外太空采集塵埃及其他材料樣本，美國宇航局發(fā)射的“星塵號”是其中之一，它2004年飛過了“懷爾德2號”彗星，用取樣艙提取彗星樣本，并于2006年1月把取樣艙送回了地球。2010年，日本“隼鳥號”飛船把來自一顆小行星表面的塵埃樣本送回了地球。

“塵埃圖書館”

早在100多年前，美國地質(zhì)學(xué)家尤頓就創(chuàng)建了首批專門研究塵埃顆粒大小的實驗室。但長期以來，人們研究的幾乎都是塵埃群體，從來沒有人調(diào)查過單粒塵埃的組分和形態(tài)。那么，單粒塵埃究竟是由什么組成的？單粒塵埃的模樣究竟像什么？

2003年，美國俄亥俄州立大學(xué)的詹姆斯·寇領(lǐng)導(dǎo)一個團隊，運用紅外光辨識不同物質(zhì)的化學(xué)組成。其原理是，不同分子的紅外吸收光譜不同。但不幸的是，極小的塵埃顆粒會散射光，從而影響檢測結(jié)果。為了解決這個問題，寇建造了一臺裝有一個鎳篩的感應(yīng)器，這個鎳篩能捕捉直徑在5微米以上的微粒，由此避免發(fā)生散射。其原理是，鎳吸收紅外光，產(chǎn)生等離子體振子，即擁有光子特性的電子波，它們有助于會聚光線通過被俘獲的微粒。

寇和他的團隊一直都在使用這種篩子。幾年前，由于工作疏忽，在對一個微型乳膠球進行紅外分析時出現(xiàn)了一個出乎預(yù)料的光譜：塵埃。看見塵埃，人們通常會選擇避開它們，而寇的實驗室人員不僅沒有這樣做，反而開始設(shè)法吸引更多的塵埃。很快，在微型真空泵的幫助下，他們用篩子俘獲到63個塵埃微粒。他們運用紅外光譜儀對這些塵埃微粒進行了分析。于是，全球第一個“塵埃圖書館”應(yīng)運而生。

那么，這個“塵埃圖書館”能告訴我們什么呢？它能告訴我們塵埃的組成成分。63個塵埃微粒中最常見的組分有四種。一是有機材料，在40個微粒中都存在。至于這些有機材料究竟是什么，目前尚不清楚，從花粉到研究人員蛻下的死皮等任何材料都有可能。二是石英，在34個微粒中存在。三是碳酸鹽，在17個微粒中存在。四是石膏，在14個微粒中存在。這些礦物質(zhì)是從全球各地吹拂過來的。其他成分包括空氣污染物和化肥。

“塵埃圖書館”還能告訴我們塵埃的形態(tài)。大多數(shù)塵埃都是聚合物，這意味著它們的形態(tài)應(yīng)該像雪花一樣千變?nèi)f化、無窮無盡。如何才能知道單個聚合物的模樣呢？這需要確定每種聚合物所對應(yīng)的光譜，這做起來相當(dāng)困難。于是，寇發(fā)起了一項競賽：第一個對已經(jīng)做過紅外分析的微粒拍攝電子顯微鏡照片的人，將用他的名字命名這個微粒；如果這還不夠，這個人還將得到一頓免費晚餐。

重賞之下必有勇夫。很快，寇的研究生馬修·麥科馬克就拔得頭籌——他拍攝到一個外形很不規(guī)則、看上去就像一堆巖屑的塵埃微粒。他采用的方法是，在塵埃微粒旁邊的篩子上做一個小記號，然后記錄紅外光譜，再把篩子轉(zhuǎn)移至電子顯微鏡，只需找到記號，就可以用顯微鏡聚焦微粒并進行拍照。麥科馬克拍攝的微粒被命名為“安比”——這是他的寵物狗的名字。

惱人的塵埃

塵埃雖然很細小，但卻會給我們帶來很多煩心的問題。一個與我們的生活和健康關(guān)系十分密切的塵埃問題是：塵螨。

塵螨是一種微型的蛛形綱動物，其主要食物是人的死皮。塵螨是全球人居環(huán)境中的?？?，可以說在有人居住的室內(nèi)，塵螨無處不在。塵螨和它產(chǎn)生的糞便是家庭塵埃的主要成分之一，只是因為太重，不能長時間懸浮于空氣中，一般都待在地面或其他物體表面。然而，一旦被人走動等因素干擾，塵螨污染物就會飄到空中，要過20分鐘到兩小時才重新回到地面或其他物體表面。塵螨屬于筑窩的動物，偏愛黑暗、溫暖和潮濕的環(huán)境，因此家里的墊子、寢具、裝有軟墊的家具、地毯，都是塵螨愛待的地方。有研究認為，在人類開始使用地毯等織物之前，塵螨對人類并不構(gòu)成健康威脅。塵螨糞便在與潮濕表面接觸（例如人將塵螨吸入鼻腔）時會釋放多種酶，這些酶會殺死人體細胞。在哮喘患者中，塵螨過敏相當(dāng)普遍。由于塵螨并非生活在人的身上，我們有可能永遠都無法全盤消滅它們。

給人類帶來危害的塵埃遠不止塵螨。礦工容易得塵肺病，煤塵是其中的元兇。如果足夠的煤粉分散在一個地區(qū)的空氣中，在某些情況下還有產(chǎn)生爆炸的風(fēng)險。汽車在路上揚起的塵埃，可能占到空氣污染物的33%。路塵中包括汽車廢氣和工業(yè)廢氣沉積物、車胎車閘的磨損產(chǎn)物、來自鋪路或路面坑洼的塵埃，以及來自建筑工地的揚塵等。路塵在大氣層塵埃中占了相當(dāng)一部分。在城區(qū)和其他交通流量高的地區(qū)、礦山以及垃圾場等，控制路塵成為一個很大的挑戰(zhàn)。路塵可以通過機械方法如清掃車再加上植物油或灑水車來抑制。許多國家強令企業(yè)或單位在其運作過程中把揚塵控制在最低，控制措施包括在拆遷和建筑現(xiàn)場噴水等。

氣流中的塵埃對兒童、老人和呼吸道疾病患者構(gòu)成嚴(yán)重的健康威脅。塵?？赡軔夯ǚ鄄。ㄒ卜Q枯草熱）。打開門窗或至少讓門窗微微打開，讓室外空氣穿過房間，能減少導(dǎo)致花粉病的塵埃，從而降低患病風(fēng)險。在寒冷地區(qū)，人們常常緊閉門窗，室外新鮮空氣無法進入室內(nèi)，這反而會加劇塵埃導(dǎo)致的疾病病情。家中塵埃很容易通過空氣傳播，因此在除塵時千萬注意不要讓灰塵變得容易在空氣中傳播。除塵器能俘獲部分塵埃。除塵方法之一是使用電荷。經(jīng)過認證的高效空氣過濾器能俘獲直徑為0.3微米的塵埃中的99.97%。不過，無論是高效空氣過濾器還是旋風(fēng)式離塵器，都不能有效阻止灰塵。

大氣層中的塵埃甚至可能影響地球氣候。大氣塵埃被認為是浮質(zhì)，由沙石、泥土顆粒等的躍移和噴沙作用產(chǎn)生。大氣塵埃可以穿越整個對流層，有可能產(chǎn)生強烈的地區(qū)性輻射效應(yīng)。尤其是撒哈拉塵埃，能被運送并沉積到遠至加勒比海地區(qū)和亞馬孫地區(qū)。大氣塵?？赡軙绊憵鉁?，導(dǎo)致海洋降溫并改變降雨量。

現(xiàn)在，寇的團隊已經(jīng)能為小小塵埃拍照了?？蓜e小看這件事的意義，因為它對公眾健康具有不可忽視的作用——很多疾病都與塵埃有關(guān)，比如呼吸道疾病和中風(fēng)。僅在英國，塵埃每年就導(dǎo)致大約10000人死亡。最新研究顯示，有機物質(zhì)可能引起了一些非常糟糕的健康問題，而目前寇的團隊正在檢測塵埃微粒，以查明其中的有機成分的確切本質(zhì)。在未來，這種辦法可能被用來檢查醫(yī)院、學(xué)校、工廠及其他地方的塵埃中是否包含危險物質(zhì)?？艿膶W(xué)生正在收集來自于吸煙區(qū)和停車場的塵埃樣本，旨在建立不同環(huán)境中塵埃微粒的參考數(shù)據(jù)庫，為提升公眾健康水平出一把力。

塵螨：全球家庭面臨的一個共同問題

塵螨是全球人居環(huán)境中的?？?，它們以有機碎屑（例如人體蛻下的皮屑）為食，興旺于穩(wěn)定的居住環(huán)境中。塵螨是哮喘及世界范圍內(nèi)過敏癥狀的一個主要原因。塵螨的消化道中有強力消化酶（尤其是蛋白酶），它們留存在塵螨的糞便中，是哮喘等過敏反應(yīng)的主要誘導(dǎo)物。塵螨的外骨骼也可能會加劇過敏反應(yīng)。

塵螨的身體只在正常光線下的暗色背景中才可見。一只典型的塵螨身長0.4毫米，身寬0.25～0.32毫米。不管是雌性還是雄性成年塵螨，體色都是奶白藍，身體都是三角形。塵螨身體還包含一個有條紋的角質(zhì)層。就像所有壁虱一樣，塵螨也有8條腿（但一齡蟲只有3對）。

雄性塵螨的平均生存期是10～19天，而一只交配后的雌性塵螨或許能活70天，在自己生命中的最后5周里產(chǎn)卵60～100個。在10周的壽命里，一只塵螨會排泄大約2000個糞粒，以及更多的部分消化過的、覆蓋酶的塵埃微粒。

塵螨在一切氣候條件下都能存活，就算在高海拔也一樣。塵螨最喜歡由人類家庭提供的室內(nèi)環(huán)境，尤其是浴室和廚房。塵螨在墊子、地毯、家具和寢具中活得最好，這些地方的每克塵埃中大約有188只塵螨。就算在干燥氣候條件下，塵螨也能從空氣中獲取水分，很容易存活和繁殖。

塵螨的食物是微小的有機物顆粒。與所有壁虱一樣，塵螨的消化道也很簡單。它們沒有胃，只有一個相當(dāng)于胃的囊。與許多食腐動物一樣，塵螨所選擇的食物都已被真菌部分分解。

過敏和哮喘患者常被告知：不要睡羽絨枕頭，因為羽絨枕頭上存在更多的塵螨過敏源“Der p I”。但實際情況剛好相反。一項研究證實，滌綸枕頭包含的“Der p I”總重量是羽絨枕頭的8倍以上。

塵螨繁殖速度快，因而它們對人類的健康影響很大。塵螨喜歡溫暖、蓬松的家具和材料，最常見于床、沙發(fā)、地毯、掛毯、玩具及窗簾，這就決定了以下的清除塵螨的辦法：

如果塵螨或任何其他害蟲可能危及家庭成員，例如引起過敏，那么家里最好不要用地毯和掛毯。平整的表面也更容易清潔，比如用真空吸塵器清掃。

多使用抗塵螨的墊子。塵螨在這樣的墊子上不能生存。

定期清洗塵螨滋生區(qū)域。一次簡單的清洗不可能完全清除塵螨及其排泄物，但至少能清除90%。

暴露在超過60℃的溫度下1小時，或者暴露在0℃以下，對塵螨來說通常是致命的。

在家用干衣機里的致命溫度下呆10分鐘，足以殺滅寢具上的全部塵螨。

相對濕度小于50%，或許有助于控制塵螨數(shù)量。

四水八硼酸二鈉（DOT）粉末常被用來清除塵螨，但DOT的副作用是刺激人的眼睛。