極光現(xiàn)象與治理霧霾

天津市東麗區(qū)四合莊中學(xué)　張曉哲

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極光現(xiàn)象與治理霧霾

天津市東麗區(qū)四合莊中學(xué)張曉哲

【摘要】當(dāng)今霧霾已成為人類的公害，對(duì)人類賴以生存的環(huán)境和人們的身心健康造成極大的傷害。本文在闡述極光現(xiàn)象與霧霾形成原因的基礎(chǔ)上，提出了利用氣體電離和離子與電磁相互作用的原理治理霧霾的設(shè)想。

【關(guān)鍵詞】極光；霧霾；治理

當(dāng)今霧霾已成為人類的公害，對(duì)人類賴以生存的環(huán)境和人們的身心健康造成極大的傷害。由于霧霾的出現(xiàn)，原本處于維度較高的東北地區(qū)所能見(jiàn)到的極光，近幾年來(lái)也極少見(jiàn)于報(bào)端。極光已淡出人們的視線。

極光是常常出現(xiàn)于緯度靠近地磁極地區(qū)上空大氣中的彩色發(fā)光現(xiàn)象，出現(xiàn)在南極的稱為南極光，在北極的稱為北極光，而地球的極光是地球周圍的一種大規(guī)模放電的過(guò)程。來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子到達(dá)地球附近，地球磁場(chǎng)（眾所周知，地球有南北兩個(gè)磁極，分別位于地球的南極和北極附近，但它們與地球的南、北極并不重合。地球北極附近的地磁極叫地磁北極，在地球南極附近的地磁極叫地磁北極。通過(guò)兩個(gè)磁極的假想磁軸與地球的自轉(zhuǎn)軸大約成11.3度的傾斜。地表上的地磁場(chǎng)強(qiáng)度并不均勻，強(qiáng)度因地理位置而有所變化：近地空間地磁場(chǎng)雖然強(qiáng)度較弱，但是它能延伸到很遠(yuǎn)的空間。）迫使其中一部分沿著磁場(chǎng)線集中到南北兩極。當(dāng)他們進(jìn)入極地的高層大氣時(shí)，與大氣中的原子和分子碰撞并激發(fā)，產(chǎn)生光芒，形成極光（事實(shí)上，人們看到的極光，主要是帶電粒子流中的電子造成的。而且，極光的顏色和強(qiáng)度也取決于沉降粒子的能量和數(shù)量）。極光一般只在南北兩極的高緯度地區(qū)出現(xiàn)，在大約離磁極25°～30°的范圍內(nèi)常出現(xiàn)極光，這個(gè)區(qū)域稱為極光區(qū)。極光產(chǎn)生的條件有三個(gè)：大氣、磁場(chǎng)、高能帶電粒子。這三者缺一不可。由此聯(lián)想到可不可以根據(jù)極光的形成原理來(lái)治理霧霾呢？

先來(lái)分析一下霧霾的形成原因(二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物是霧霾的主要組成。前兩者為氣態(tài)污染物，它們與霧氣結(jié)合在一起，就形成霧霾天氣)常見(jiàn)的幾種因素：

一、現(xiàn)代人類活動(dòng)所造成的后果。首先是汽車尾氣，柴油機(jī)車輛是排放細(xì)顆粒物的重污染源；汽油機(jī)型車排放氣態(tài)污染物，遇上霧天，很容易轉(zhuǎn)化為二次顆粒污染物，加重霧霾。機(jī)動(dòng)車的尾氣是霧霾顆粒組成的最主要的成分，用最新數(shù)據(jù)說(shuō)明，北京霧霾顆粒中機(jī)動(dòng)車尾氣占22.2%，燃煤占16.7%，揚(yáng)塵占16.3%，工業(yè)占15.7%。其次是北方到了冬季燒煤供暖所產(chǎn)生的廢氣、工業(yè)生產(chǎn)排放的廢氣、建筑工地和道路交通產(chǎn)生的揚(yáng)塵等等。

二、氣候因素，“‘霧’和‘霾’實(shí)際上是有區(qū)別的。霧是指大氣中因懸浮的水汽凝結(jié)、能見(jiàn)度低于1000米的天氣現(xiàn)象，霧是一種無(wú)毒無(wú)害的自然現(xiàn)象；而霾的形成主要是空氣中懸浮的大量微粒和氣象條件共同作用的結(jié)。霧霾常常相伴而生，霧霾同時(shí)出現(xiàn)；水汽、靜風(fēng)、逆溫、凝結(jié)核等條件缺一不可。在城市里大樓越建越高，阻擋和摩擦作用使風(fēng)流經(jīng)城區(qū)時(shí)明顯減弱，靜風(fēng)現(xiàn)象增多，不利于大氣中懸浮微粒的擴(kuò)散稀釋，容易在城區(qū)和近郊區(qū)周邊積累。再者逆溫層使得大氣層低空的空氣垂直運(yùn)動(dòng)受到限制，空氣中懸浮微粒難以向高空飄散而被阻滯在低空和近地面。

霧霾的危害是不言而喻的了?，F(xiàn)在治理霧霾的方法主要是從源頭上抓起，“減少污染源，削減大氣污染物，加快清潔能源的發(fā)展。但減排絕非一朝一夕之事，單就減排一種手段也很難奏效，必須自上而下采用強(qiáng)有力的綜合措施，方能根治霧霾。

在采取現(xiàn)有防治霧霾的各項(xiàng)措施的同時(shí)，我受極光成因的啟發(fā)，結(jié)合霧霾形成過(guò)程，設(shè)想可以利用氣體電離和離子與電磁相互作用的原理治理霧霾。具體設(shè)想如下：首先要從氣體電離方式入手，因?yàn)闅怏w在電場(chǎng)或熱能的作用下，使中性氣體原子中的電子獲得足夠的能量，克服原子核的約束力而成為自自電子，同時(shí)原來(lái)是中性的原子由于失去了帶負(fù)電荷的電子而變成帶正電荷的正離子。這樣原本中性所謂氣體變成帶電的氣體。

利用激光、高壓放電、x射線、y射線照射和高壓加熱等常用方式可使氣體原子、分子發(fā)生電離。經(jīng)過(guò)反復(fù)查閱資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前激光技術(shù)和特高壓技術(shù)已經(jīng)成熟，并且能量大、可控性強(qiáng)、電離氣體充分，尤其是特高壓放電技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)具備，如我們常見(jiàn)的特斯拉放電原理，特斯拉放電也稱高頻高壓放電，在屏蔽網(wǎng)的中央有一個(gè)頭頂是大圓盤的圓柱形設(shè)備，稱為高頻高壓發(fā)生器，它的發(fā)明人是美國(guó)著名發(fā)明家特斯拉，因此這個(gè)設(shè)備稱為特斯拉變壓器。由于它的頻率較高，約100kHz，在同等電壓和放電間隙情況下，放電電流非常大，電弧非常明亮。電壓約有100萬(wàn)伏以上，能夠連續(xù)放電，它的放電現(xiàn)象猶如雷電放電，一些中學(xué)生物理興趣小組就可以進(jìn)行特斯拉放電實(shí)驗(yàn)，主要設(shè)備就是特斯拉線圈，特斯拉線圈的原理是使用變壓器使普通電壓升壓，然后經(jīng)由兩極線圈，從放電終端放電的設(shè)備，也就是將初級(jí)線圈中的低電壓通過(guò)震蕩回路轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)線圈中的高電壓，次級(jí)回路隨之振蕩，接收能量，放電頂罩的電壓逐漸增高，并電離附近的空氣，當(dāng)次級(jí)回路的電壓達(dá)到一定閥值時(shí)空氣電離充分而導(dǎo)電，形成大面積的電火花。按此設(shè)想我們可以設(shè)計(jì)生出更大功率的激光發(fā)射設(shè)備和特高壓設(shè)備，通過(guò)激光照射和特高壓設(shè)備放電使氣體發(fā)生電離，形成電子和離子。

電離生成的電子、正離子一般在短時(shí)間內(nèi)又會(huì)再結(jié)合，又形成中性原子或分子狀態(tài)。那就需要建立一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)控制離子和電子的結(jié)合，使離子和電子相向移動(dòng)，不能直接結(jié)合城原來(lái)的中性原子和分子。

基于以上設(shè)想，我們就可以利用大功率的激光設(shè)備和高能量的特高壓設(shè)備向霧霾區(qū)域（或有可能即將形成霧霾的區(qū)域）發(fā)射高能量的激光、電磁波和電火花，使這一區(qū)域的廢氣氣體分子電離，產(chǎn)生大量電子和離子；同時(shí)利用強(qiáng)電磁設(shè)備向這一區(qū)域定向產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，用以吸附帶電氣體，這些電子和離子在電磁場(chǎng)力的作用下向電極移動(dòng)并被吸附。另外在帶電氣體移動(dòng)過(guò)程中碰到氣流中的霧霾懸浮顆粒，帶電氣體與其融合形成帶電懸浮顆粒，帶電懸浮顆粒在磁場(chǎng)力作用下運(yùn)動(dòng)，這樣通過(guò)帶電氣體和帶電懸浮顆粒的運(yùn)動(dòng)形成氣流，進(jìn)而形成風(fēng)，如此一來(lái)在電極吸附和風(fēng)的流動(dòng)共同作用下將霧霾清除和驅(qū)散掉，還人類一片藍(lán)天。

當(dāng)然實(shí)用性的技術(shù)與設(shè)備還有待進(jìn)一步研發(fā)，同時(shí)在將來(lái)的使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境有可能帶來(lái)一些次生影響，如對(duì)航空航天器、對(duì)信息通信系統(tǒng)、對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生或多或少的影響；我想這些在不久的將來(lái)都會(huì)一一得以解決，我期待這一天的到來(lái)，我也會(huì)為此努力學(xué)習(xí)、深入鉆研（我的志向就是報(bào)考電子信息類專業(yè)，將來(lái)成為一名科研人員），并將畢生精力投入到科學(xué)研究的大潮中，為“中國(guó)創(chuàng)造”和“中國(guó)夢(mèng)”的早日實(shí)現(xiàn)增磚添瓦。

參考文獻(xiàn)

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