想象一下這樣的場景：熾熱的熔巖如河流般在大地上蔓延，所到之處，干燥的苔原被瞬間點燃，烈焰與濃煙沖天而起。與此同時，火山口還在不斷噴吐著含有有毒氣體和細(xì)顆粒物的煙柱。這不是災(zāi)難電影的畫面，而是2023年夏天在冰島Litli-Hrútur真實上演的“復(fù)合災(zāi)害”——一場由火山噴發(fā)直接引發(fā)的、冰島有現(xiàn)代記錄以來最大規(guī)模的苔原野火。火山噴發(fā)和野火單獨來看，都是重要的空氣污染源，會對區(qū)域空氣質(zhì)量和人類健康造成嚴(yán)重威脅。但當(dāng)這兩者同時同地發(fā)生，它們的排放物——火山氣體、火山灰、野火煙霧——在空氣中相遇、混合，會發(fā)生什么？是簡單疊加，還是會產(chǎn)生“1+1>2”的新風(fēng)險？這個問題的答案，對于評估此類日益頻繁的復(fù)合災(zāi)害的真實危害、制定有效的公共健康防護(hù)指南至關(guān)重要，然而此前科學(xué)界對此卻知之甚少。

為了解開這個謎團(tuán)，一個由利茲大學(xué)Laura Wainman和Evgenia Ilyinskaya等人領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊，在噴發(fā)期間深入現(xiàn)場，開展了一項緊急空氣質(zhì)量監(jiān)測研究。他們的研究成果發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域知名期刊《Science of The Total Environment》上，首次系統(tǒng)揭示了在火山-野火復(fù)合事件中，兩種來源不同的排放物混合后會形成物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變的“混合顆粒物”，這可能對污染物的環(huán)境歸趨和人體暴露風(fēng)險產(chǎn)生獨特影響。

為開展這項研究，研究人員運用了幾項關(guān)鍵的技術(shù)方法。他們利用無人機(jī)和地面背包系統(tǒng)，搭載濾膜包和級聯(lián)撞擊器，在火山口上方、熔巖-苔原燃燒界面以及下風(fēng)向的徒步小徑等多個關(guān)鍵位置，原位采集了純火山、純野火以及兩者混合的顆粒物和氣樣。所有現(xiàn)場人員均佩戴了防護(hù)面罩。樣品隨后被帶回實驗室，通過電感耦合等離子體質(zhì)譜分析其痕量元素組成，并利用掃描電鏡和透射電鏡-電子能量損失譜對顆粒物的形貌、元素分布進(jìn)行高分辨率成像和分析。此外，研究還使用光學(xué)粒子光譜儀在游客徒步路徑進(jìn)行了快速的PM_2.5和PM₁₀濃度監(jiān)測，以評估人體暴露風(fēng)險。

研究結(jié)果顯示，火山排放和野火排放的顆粒物具有截然不同的特征。熔巖脫氣產(chǎn)生的顆粒物主要是小于30微米的硅酸鹽碎片（a-c），而苔原燃燒則產(chǎn)生了大于100微米的纖維狀碳質(zhì)苔蘚碎片。關(guān)鍵在于，當(dāng)這兩類排放物在熔巖-苔原燃燒界面直接混合，或在下風(fēng)向大氣中傳輸混合時，發(fā)生了顯著的機(jī)械相互作用，形成了“混合顆粒物”。

1. 顆粒物形態(tài)與混合相互作用：掃描電鏡圖像清晰地顯示，纖維狀的苔蘚碎片會與大小相似的硅酸鹽碎片粘附在一起，形成直徑更大的團(tuán)聚體。更有趣的是，在下風(fēng)向的樣本中，較大的苔蘚顆粒像“網(wǎng)”一樣，捕獲了大量更小的火山氣溶膠顆粒，使其附著在苔蘚纖維之間。這個過程被稱為“清除”。

2. 顆粒物包覆與氣體相互作用：對一份來自熔巖-苔原界面的苔蘚顆粒進(jìn)行更精細(xì)的透射電鏡-電子能量損失譜分析發(fā)現(xiàn)，硫和氯這兩種元素在顆粒表面和亞表面的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于顆粒內(nèi)部。這表明苔蘚顆粒在燃燒和隨煙羽傳輸過程中，與火山釋放的SO₂和HCl等氣體發(fā)生了相互作用，表面可能吸附或反應(yīng)生成了含硫、氯的物質(zhì)。

3. 痕量元素特征：不同來源樣品的元素指紋證實了混合的發(fā)生。在熔巖-苔原界面樣本中，植物所需的營養(yǎng)元素（如K、Ca、P）顯著富集，這來自苔蘚燃燒的貢獻(xiàn)。更有意義的是，通過級聯(lián)撞擊器對顆粒物進(jìn)行按尺寸分級發(fā)現(xiàn)，在下風(fēng)向的混合樣本中，幾乎所有被檢測的痕量元素在>PM_2.5的粗顆粒部分所占的質(zhì)量比例，都遠(yuǎn)高于在熔巖-苔原界面的樣本。這直接證明了混合過程中，較小的火山顆粒物被較大的苔蘚顆粒“清除”，并隨之進(jìn)入了更大的粒徑范圍。

4. 整體尺寸分布與OPS后處理：現(xiàn)場光學(xué)粒子光譜儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在靠近火山口和燃燒點的觀景點A，PM_2.5濃度持續(xù)處于較高水平；而在下風(fēng)向的徒步小徑E，則表現(xiàn)為較低的本底濃度疊加間歇性的高峰。根據(jù)冰島環(huán)境署的短期暴露限值，游客在類似條件下徒步，可能面臨累計超過1.5小時的不健康級別PM_2.5暴露，這印證了當(dāng)時當(dāng)局關(guān)閉景點的必要性。

在討論與結(jié)論部分，作者深入闡釋了這些發(fā)現(xiàn)的含義。研究表明，在火山-野火復(fù)合事件中，團(tuán)聚和清除是形成混合顆粒物的兩個關(guān)鍵機(jī)制。雖然這兩種過程在單一的火山或大氣科學(xué)中已有研究，但在復(fù)合事件中，它們發(fā)生在兩種不同來源的排放物之間，這是獨特的。這種相互作用導(dǎo)致了顆粒物物理化學(xué)性質(zhì)的改變，最顯著的是增大了有效粒徑。

這種粒徑變化具有重要的環(huán)境與健康意義。首先，它可能創(chuàng)造一條新的、更快速的沉降途徑：較大的混合顆粒物以及被其“網(wǎng)羅”住的小顆粒，會更快地從煙羽中沉降下來。這可能導(dǎo)致火山釋放的重金屬等污染物在源區(qū)附近更集中地沉積，加劇局地環(huán)境污染，但同時可能減少它們的長距離傳輸。研究還初步發(fā)現(xiàn)，不同元素被苔蘚顆粒清除的效率可能不同，這意味著復(fù)合事件可能會改變污染物在環(huán)境中的“元素指紋”和空間分布模式。

其次，從健康暴露角度看，盡管混合過程可能增加了粗顆粒的比例，但細(xì)顆粒物仍然是主要的暴露風(fēng)險貢獻(xiàn)者。研究表明，游客在事發(fā)地徒步會經(jīng)歷顯著的PM_2.5峰值暴露，這強(qiáng)調(diào)了在此類復(fù)合災(zāi)害事件中，為應(yīng)急人員、工作人員乃至受影響的民眾配備有效的呼吸防護(hù)裝備，是減少急性健康風(fēng)險的關(guān)鍵干預(yù)措施。

總之，這項研究首次詳細(xì)刻畫了火山-野火復(fù)合災(zāi)害中空氣污染物的復(fù)雜交互過程，明確了“混合顆粒物”的形成及其潛在影響。它揭示，此類事件并非簡單的污染疊加，而是會催生具有新特性的污染物，從而可能改變其環(huán)境行為與健康風(fēng)險。隨著全球氣候變暖，極端干旱天氣增多，火山噴發(fā)引燃周邊植被的可能性正在上升。這項研究因此具有前瞻性的重要意義，它呼吁未來的火山災(zāi)害減緩規(guī)劃必須整合這種獨特的復(fù)合空氣污染威脅，并為制定更精準(zhǔn)的公共衛(wèi)生防護(hù)策略提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。