當(dāng)我們談?wù)撍芰衔廴緯r(shí)，最先想到的可能是海洋中漂浮的塑料瓶或纏住海龜?shù)乃芰洗�。然而近年來，科學(xué)家們將目光投向了更隱蔽的威脅——微塑料(Microplastics, MPs)和納米塑料(Nanoplastics, NPs)。這些直徑小于5毫米甚至達(dá)到納米級(jí)別的塑料碎片，正通過大氣環(huán)流悄無聲息地籠罩著整個(gè)地球。從珠穆朗瑪峰的積雪到北極冰芯，塑料顆粒的蹤跡無處不在，它們就像當(dāng)代的"特洛伊木馬"，以看不見的形式入侵地球各個(gè)角落。

盡管塑料污染已成為全球性環(huán)境問題，但科學(xué)界對(duì)大氣中MPs和NPs的認(rèn)知仍存在巨大空白。傳統(tǒng)檢測(cè)方法受限于技術(shù)瓶頸，難以精準(zhǔn)識(shí)別200納米以下的塑料顆粒，導(dǎo)致環(huán)境樣本中的塑料濃度被嚴(yán)重低估。更棘手的是，這些大氣塑料顆粒的遷移路徑、轉(zhuǎn)化機(jī)制及其對(duì)氣候系統(tǒng)和人類健康的影響，至今仍是未解之謎。正是這些關(guān)鍵問題的懸而未決，促使中國科學(xué)家開展這項(xiàng)開創(chuàng)性研究。

研究人員選擇廣州和西安這兩座特征迥異的超大城市作為觀測(cè)點(diǎn)——前者是濕潤的沿海 metropolis，后者是半干旱的內(nèi)陸城市。通過自主研發(fā)的半自動(dòng)化顯微分析技術(shù)，團(tuán)隊(duì)對(duì)氣溶膠、干濕沉降物及道路揚(yáng)塵等環(huán)境介質(zhì)中的塑料顆粒進(jìn)行系統(tǒng)分析。令人震驚的是，研究發(fā)現(xiàn)在廣州的大氣懸浮顆粒中，MPs濃度達(dá)到每立方米1.8×10⁵個(gè)，NPs濃度也達(dá)到每立方米4.2×10⁴個(gè)。這些數(shù)值比傳統(tǒng)方法測(cè)得的結(jié)果高出2-6個(gè)數(shù)量級(jí)，揭示了大氣塑料污染的真實(shí)規(guī)模。

本研究創(chuàng)新性地采用計(jì)算機(jī)控制掃描電鏡(CCSEM)結(jié)合能譜儀(EDX)技術(shù)，建立了針對(duì)環(huán)境樣本的半自動(dòng)化分析方法。通過三步預(yù)處理流程（水透析去除可溶物、過氧化氫消化生物材料、鹽酸溶解碳酸鹽）純化樣品后，利用CCSEM系統(tǒng)對(duì)硅片上的數(shù)千個(gè)顆粒進(jìn)行自動(dòng)定位和元素分析。基于碳含量≥10.0 wt%的標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別塑料顆粒，并通過形態(tài)學(xué)特征排除煙塵等干擾物。結(jié)合采樣參數(shù)和氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算得出不同環(huán)境介質(zhì)中塑料顆粒的通量估值。

通過系統(tǒng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，大氣塑料顆粒的通量在不同環(huán)境介質(zhì)間存在顯著差異。濕沉降通量尤為突出，西安地區(qū)通過降雨的MPs濕沉降通量達(dá)到7.0×10⁷個(gè)/平方米/天，表明降水是大氣塑料顆粒的主要清除機(jī)制。道路揚(yáng)塵再懸浮模擬實(shí)驗(yàn)顯示，在0.54米/秒的摩擦風(fēng)速下，廣州道路揚(yáng)塵中MPs排放通量高達(dá)4.0×10⁹個(gè)/平方米/天，證實(shí)城市交通是大氣塑料顆粒的重要來源。

塑料顆粒的粒徑分布呈現(xiàn)單峰模式，峰值集中在1.0-2.0微米范圍內(nèi)。值得注意的是，通過元素特征識(shí)別的塑料顆粒中，纖維狀塑料占比不足5%，這與傳統(tǒng)顯微鏡觀察中纖維狀MPs占主導(dǎo)的認(rèn)知形成鮮明對(duì)比。地理對(duì)比顯示，廣州的MPs和NPs表面更粗糙、形狀更接近圓形，可能反映了不同氣候條件下塑料老化過程的差異。

本研究首次通過半自動(dòng)化方法揭示了大氣中塑料顆粒的真實(shí)豐度。檢測(cè)到的塑料濃度比基于視覺識(shí)別技術(shù)的研究結(jié)果高出數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，這一發(fā)現(xiàn)將對(duì)全球塑料循環(huán)模型的參數(shù)化產(chǎn)生重要影響。尤其值得注意的是，盡管CCSEM系統(tǒng)的檢測(cè)下限為200納米，但在真實(shí)環(huán)境樣本中并未發(fā)現(xiàn)小于260納米的塑料顆粒，暗示超細(xì)塑料碎片可能通過光化學(xué)降解等途徑轉(zhuǎn)化為可溶性有機(jī)物。

與通常認(rèn)為NPs會(huì)通過逐步破碎持續(xù)變小的假設(shè)不同，本研究觀察到環(huán)境中的NPs平均粒徑穩(wěn)定在600-800納米范圍。這一現(xiàn)象挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)知，表明塑料在環(huán)境中的降解不僅涉及物理破碎，更包含復(fù)雜的化學(xué)礦化過程。紫外線誘導(dǎo)的自由基氧化可能使聚合物分子量降低并增強(qiáng)其水溶性，從而促使超細(xì)顆粒轉(zhuǎn)化為非聚合形態(tài)。

EDX元素 mapping 顯示，65.7%的塑料顆粒與煙塵和/或礦物粉塵形成異質(zhì)聚集體。這種聚集行為具有明顯的環(huán)境介質(zhì)特異性：礦物粉塵-塑料聚集體在氣溶膠和沉降樣本中普遍存在，而煙塵-塑料聚集體則主要出現(xiàn)在濕沉降樣本中。在降水樣本中更觀察到塑料同時(shí)與煙塵和礦物粉塵形成的多組分聚集體，可能是云內(nèi)異質(zhì)聚集過程的結(jié)果。

研究證實(shí)道路揚(yáng)塵再懸浮是城市大氣NPs的重要來源。與其它環(huán)境介質(zhì)相比，揚(yáng)塵樣本中塑料聚集體比例顯著偏低，表明異質(zhì)聚集主要發(fā)生在顆粒進(jìn)入大氣之后。這一發(fā)現(xiàn)為理解城市大氣塑料的源-匯關(guān)系提供了關(guān)鍵證據(jù)。

該研究通過創(chuàng)新性的分析方法，首次系統(tǒng)量化了城市大氣環(huán)境中MPs和NPs的豐度分布和遷移通量。研究結(jié)果不僅揭示了大氣塑料污染被嚴(yán)重低估的現(xiàn)實(shí)，更闡明了塑料顆粒與其它大氣組分（如礦物粉塵、煙塵）的復(fù)雜相互作用。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估塑料顆粒的氣候效應(yīng)（如輻射強(qiáng)迫）和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

特別值得關(guān)注的是，本研究開發(fā)的CCSEM-EDX聯(lián)用技術(shù)為環(huán)境納米顆粒研究提供了新范式。雖然當(dāng)前方法在聚合物精準(zhǔn)識(shí)別方面存在局限，但通過未來與拉曼光譜等技術(shù)聯(lián)用，有望實(shí)現(xiàn)單顆粒水平的全面表征。這些技術(shù)進(jìn)步將極大推動(dòng)大氣塑料顆粒的源解析、環(huán)境行為模擬和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。

論文發(fā)表于《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)，為全球塑料循環(huán)研究提供了重要的觀測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該研究不僅填補(bǔ)了大氣環(huán)境塑料污染定量研究的空白，更為制定針對(duì)性的污染防控策略提供了科學(xué)依據(jù)。隨著塑料污染問題的日益嚴(yán)峻，這類基礎(chǔ)性研究將成為理解"塑料星球"生態(tài)效應(yīng)的關(guān)鍵一環(huán)。