科普丨《奇妙的尘埃》：大到太阳系，小到火山灰，小小尘埃如何让人欢喜让人忧

大到太阳系，小到火山灰，小小尘埃如何让人欢喜让人忧

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精华笔记 

本书作者汉娜·霍姆斯是美国一位著名的科普作家、记者、评论家，她是美国探索频道Discovery网站的专栏作家，除了这本书，她还写过《盛装猿》《怪癖》《郊区的野生动物》等科普作品，每一本书里展现的都是她前往世界各地进行科学考察的成果。

这本书分四个部分讲述了尘埃的故事。

第一部分，家庭中隐藏着怎样的尘埃？

美国环保署曾经公布过一项惊人的消息：大部分的室内空气，其实比室外空气还要污浊，在某些房子里污染程度甚至高达室外的一百倍。脏空气里包含着丰富的尘埃。在环保署列出的前五大对人体健康有威胁的环境中，受污染的房屋就名列其中。

家里具体都有什么尘埃？比如做饭的时候，烘焙、烧烤、油炸都会产生数量庞大的微粒，它们的宽度只有头发的几千分之一，甚至更小。它们是食物因加热而产生的变质微粒，当然，不是所有的烹饪微粒都会对人体产生危害，但如果菜烧糊了，那就有问题了。一项研究发现，习惯油炸食物的中国妇女罹患肺癌的概率，比用其他烹饪方式的妇女高出9倍。这是因为一些植物性的油脂可能转变成含有诱变因子的烟雾，这些诱变因子会增加人体患上癌症的几率。

除了做饭时制造的尘埃对身体无益，打扫卫生、吸尘的时候也容易制造更多的尘埃。比如有些人家里用老款的吸尘器，可能就没有HEPA滤网，结果会怎样呢？就是一边吸，一边往外吐，因为吸尘器的猛烈吸力会扬起灰尘，但是滤网的过滤眼直径超过2.5微米，PM2.5就可以从这种滤网中轻易地漏出来。

再比如有些家庭使用的地毯，也比你想象的要脏得多，每平方米的地毯深处有8克到170克的尘埃。地毯深处的尘埃，还会因为脚步的踩踏、震动飞扬起来，再次污染空气。

如果你家里有小孩子的话，小孩子就会一口又一口地吸进这些尘埃。因为小孩子在学会走路之前，几乎有一半的时间是在地上到处爬来爬去，另一半时间在不停地吮吸手指。科学家发现，一个2-5岁的孩子一天会吃掉15到20毫克的尘埃，最多甚至会吃掉50毫克。不过有研究报告指出，小孩子如果在家里脏一些的地方爬来爬去，能较早地训练免疫系统，孩子长大了也更不容易患上哮喘病。但如果家里的地面上含有铅、杀虫剂、二手烟里的化合物成分等等，就可能导致儿童出现心智发育缓慢、神经损伤、癌症等疾病。

第二部分，我们说说工业生产中的尘埃。

首先要说到的是石棉纤维，对于这个名词你可能不熟悉，但它的用处特别广，可以织成纱、线、绳、布，作为保温、隔热、隔音、绝缘的材料，跟其他材料掺在一起，可以做成石棉防火板，石棉水泥、石棉沥青等产品。也正因为用处广泛，所以生成石棉的工厂就很多，石棉产业对工人的健康危害才特别普遍。

还有我们熟悉的花岗岩产业，有很多工人需要用砂轮切割石英，长期吸入这些石英粉砂，导致全球每年因硅肺病死亡的人数多达4-5万人。

人体本身其实具有自清洁功能，不然我们每天吸入这么多种尘埃，健康早就出问题了。为什么这么多工人抵挡不了这些尘埃呢？这跟人体的防尘机制有关。

人体的第一道防线，是毛发和鼻腔粘膜，如果有些尘埃躲过去了，还有第二道防线，就是喉头，黏在喉头的沙尘会随着唾液，经过喉咙进入胃，最后排出体外。

即使空气直接冲进气管，很多粉尘也会黏附在气管壁的黏膜上。如果没有被黏附呢？气管不断在肺部分叉，形成越来越小的支气管，行走其中的沙尘难免会被黏膜捉住。经过一两天，气管壁上不断向上推挤的黏液会把这些垃圾送到咽喉，推向通往胃的通道。

然而，道高一尺魔高一丈，科学家发现，有一些粉尘能降低黏液的蠕动速度，比如香烟烟雾，导致黏膜上的尘埃有更多时间干扰呼吸道组织，一些细微的粉尘就有可能直达肺泡，也就是肺部支气管末端的小气囊，这些粉尘也许会在这些小气囊中待上数年，而肺泡中没有黏膜可以排放这些尘埃。

幸运的是，有一群被称作巨噬细胞的免疫细胞，它们会守卫每个肺泡。当尘埃进入肺泡，巨噬细胞会前来吞掉这些外来物，然后把废物带到淋巴结或最近的黏液排送组织。通常这些守卫是见一个清一个，就跟打地鼠一样。

但免疫系统并非无懈可击，比如细长的石棉结晶，巨噬细胞就很难对付；还有毒性很强的尘埃，会杀掉免疫细胞，比如石英中的某些成分就会破坏巨噬细胞，造成巨噬细胞死亡，石英再度被释放出来，此时第二批巨噬细胞会上前支援，但结果它们同样会壮烈牺牲。

当“修理工”——也就是负责维修受伤组织的细胞赶来，在死亡的巨噬细胞与石英粉末周围织起一道纤维状的网络时，石英粉末与免疫系统之间的小冲突会暂且告一段落。肺部的石英粉末、巨噬细胞和维修细胞累积得愈来愈多，会一起形成一道六毫米宽的瘢瘤。当这些瘢瘤布满整个肺部，就会降低人的肺活量。有些比较严重的病人，肺部布满这种小瘤，甚至还会流脓。

工人做这种吸入石英粉尘的工作持续一二十年，就有可能发展成“硅肺病”，形成“肺部纤维化”，维修细胞形成过于浓密的网络，使得氧气无法充分进入血液中。这时候病人就得上呼吸机，最后有可能死于窒息或心脏衰竭。

第三部分，我们看看自然界中的尘埃对生活的影响，这当中竟然还有一些尘埃是有益的。

比如美国加勒比海湾许多岛屿上的种植业，就是靠尘埃才发展起来的。这片地方原本的条件很差，地面是经过了上百万年的演化，从珊瑚礁慢慢形成的。珊瑚礁的主要成分是碳酸钙，植物根系根本没法从碳酸钙里获取养分，不可能发展种植业。然而，美国地质调查员发现，这里很多岛屿，虽然下层是灰色的珊瑚岩，但上面覆盖的竟然是非常肥沃的红土。

为什么珊瑚礁岛上会覆盖红土？调查员说有两种可能，这些土壤要么是来自附近地区火山喷发后的火山灰，要么来自撒哈拉沙漠。沙漠的巨量沙尘，经过大气环流的长途跋涉，来到加勒比海，落到了这些珊瑚岛上，这些远道而来的尘埃里携带了大量的营养素。日积月累，就让珊瑚岛上有了肥沃的土壤。科学家开发了一种叫“土地再矿化”的方法，就是给土壤添加矿物质，让原本已经非常贫瘠的土地，重新恢复养分。这种技术改善了许多国家的土壤情况。

尘埃不仅在地面上能发挥作用，在天空中也有重要的用途，主要就是给地球增湿、降温。

大气中充满着水分子，但水分子很难产生联结。要让一堆水分子形成雨滴，需要达到300%的相对湿度。正是因为空气里有非常丰富的杂质微粒，可以给水蒸气提供一个附着点，一个抓手，所以水分子凝结在一起就容易多了，起这样作用的微粒就叫“凝结核”。

最好的凝结核是硫粒子，严格的说法叫硫酸盐浮质，一颗小小的硫酸盐凝结核能包裹、凝结上百万个水分子。生活中很多工业废气、汽车尾气当中都有这种硫酸盐浮质。

它不光能增加降水，对我们地球的降温起着非常关键的作用。一起自然灾害就很好地证明了这一点。

1991年，菲律宾的皮纳图博火山剧烈喷发出2000吨的二氧化硫，是20世纪最大规模的一次喷发，相当于全球火山全年喷发量的两倍，结果到第二年，全球多数地区的大气中还盘旋着一层薄薄的硫颗粒，使得被反射回宇宙的光线比平常多出5%以上。1992年，硫颗粒的冷却效应导致全球的平均温度比正常低了0.75摄氏度。

这给缓解温室效应提供了一个思路，有科学家就提出来，用一根30公里长的管子，往天空里喷洒液态的二氧化硫。把它精准送到大气层的平流层里，也就是距离地面10-50公里高的的大气层里，能够达到为北极地区降温的目的，减缓大部分地区的升温速度。因为平流层的风速常常高达每小时160公里，只要10天的时间，就能把一层二氧化硫水雾扩散到整个地表上空。

第四部分，尘埃和宇宙形成有着紧密的关系，用太阳和地球的形成来举例。

从宇宙大爆炸以来，星尘便四散在浩瀚宇宙之中，它们是由众多细小粒子组成的一种固态尘埃。

形成太阳的第一个阶段，这些星尘要首先形成星云。大概在50亿年前，强烈的银河风把许多星尘吹成一团星云，这些星云拥有丰富的气体与星尘，足以制造100万个太阳，所以星云也有个外号，叫“星星托儿所”。但是因为体积太大了，有些星云直径超过300光年，所以当中的气体和星尘密度特别低，大概只有空气密度的一万亿分之一。

到了第二个阶段，星云中分散的星尘就要在低温下汇聚。低温是怎么来的？因为这些星尘有一个特点，它们的个头特别小，直径就跟蓝色光的波长差不多。

星尘会吸收一部分可见光，比如蓝光，还会吸收一些紫外线，同时会释放出一些红外线。所以在刚形成的星云里头，星尘就像数量庞大的小小散热器，不断将热能排出星云中心。

就这样，星云中心就逐渐变成宇宙中最冷的地方之一，直到星云中心温度徘徊在寒冷刺骨的零下263度左右，这时候物质才会开始黏附在一起。

到第三个阶段，汇聚的星尘就开始发生变化，星云中心的星尘就好像实验台一样。原子一颗接着一颗地落在星尘上等待同伴，在这里相遇、碰撞，在黑暗中持续成长为更大、更复杂的分子，新来的原子继续形成新的分子，其中有一些分子紧紧地依附在星尘表面。偶然间，一道紫外线恰巧击中这些分子，启动化学反应，制造出更大型的分子。

第四个阶段，太阳开始从星云冰冷的中心里孕育出来，此时的太阳就像一颗大沙粒，想要从逐渐浓稠的星际气体与尘埃中孵化出来。孕育它的“子宫”，也就是星云，直径有1.6公里宽。太阳核心慢慢聚拢周围的星际物质，核心越往里坍缩，产生的引力就越大，核心就坍缩得更加厉害。

当气体面临这样的高压，气体分子就会运动得更剧烈，气体温度就会上升，时时刻刻准备着膨胀却又被太阳核心的引力囚禁着，这时星尘就会把这些热量用辐射的方式发散出去。只需要 100万年，太阳的核心就会变得相当致密，核心缩成了一个球体。

引力持续把球体压缩得更小，太阳就旋转得更快，就像是花样滑冰选手为了增加转速，把双手向身体靠拢。当巨大的压力让中心气体温度上升的速率，超过冰冷外壳使它冷却的速率时，太阳内部的温度就会越来越高，开始发出灿烂的光芒。

地球和其他行星的诞生，跟太阳甩开的星尘外壳有着密切的关系。曾经遮蔽太阳的星尘外壳，其中有一些在太阳开始燃烧后被吹到宇宙当中，但还有零星的尘埃留了下来，在太阳周围大甜甜圈形的圆环中环绕着太阳。

当太阳成形后，“甜甜圈”中的尘埃颗粒越长越大，岩石粉末、金属颗粒、蓝宝石，甚至是钻石微粒都绕着太阳旋转，悬浮在星际气体河流一般的轨道中。在靠近太阳的地方，每一立方厘米的空间中有数亿颗星际尘埃与气体分子。这时候，地球就像一个小胎儿，也在孕育的过程中了。

尘埃猛烈地旋转，像是龙卷风里的飞沙走石剧烈碰撞，这时，有两颗弹到一起的颗粒彼此摩擦，结合起来，体积变为两倍，在“甜甜圈”里到处打滚，跟四周的颗粒不断弹跳、碰撞，所以聚在一起的体积不断变大，这时一滴水凝固在这些产生联结的颗粒上，然后另一颗尘埃又加入了，后来又来了一颗。当成长中的尘埃集合了十万个颗粒，便能达到肉眼可见的程度。

当大块头的尘埃和其他无数的尘埃继续合并时，薄薄的星云就诞生了。当小星云聚合的宽度达到1英里，也就是1.6公里时，就形成了地球的前身，一个“小行星体”。

它需要经过漫长的等待，每隔1000年才会遇到其他小行星体，小行星体相似的轨道和彼此间的引力增加了聚合的机会，把星尘中的矿物质和金属熔化后，和相似成分的岩石一起凝固下来。

这样又过了两万年后，几百个月球般大小的星体散布在太阳系，其中就包括地球的前身。1000万年后，就只剩下少数巨大的星体环绕太阳运行。地球、火星、水星和金星们贪婪地吸收任何残留下来的小行星体，只有很少的由岩石构成的小行星会侥幸逃脱，环绕在火星与木星之间，形成了今天的小行星带。

书           名：奇妙的尘埃

作           者：[美]汉娜·霍姆斯

主    讲   人：若风

主讲人简介：资深图书出版人，外版引进畅销书策划编辑

主           播：刘波林

策 划  编 辑：陈艳

总    编    辑：徐苑