中德研究人员破解北京雾霾形成之谜

    ①中德两国研究人员21日说，他们破解了北京及华北地区雾霾最主要组分硫酸盐的形成之谜，发现在大气细颗粒物吸附的水分中二氧化氮与二氧化硫的化学反应是当前雾霾期间硫酸盐的主要生成路径。这一发现凸显在继续实施减排措施的同时优先加大氮氧化物减排力度对缓解空气污染问题的重要性。

    ②近年来，北京及华北地区雾霾频发。已有研究表明，硫酸盐是重污染形成的主要驱动因素。在绝对贡献上、重污染期间硫酸盐在大气细颗粒物PM2.5中的质量占比可达20%，是占比最高的单体；在相对趋势上，随着PM2.5污染程度上升，硫酸盐是PM2.5中相对比重上升最快的成分。因此，硫酸盐的来源研究是解释雾霾形成的关键科学问题。

    ③清华大学贺克斌院士和德国马克斯·普朗克化学研究所的程雅芳教授等人当天在新一期美国《科学进展》杂志上报告说，他们运用外场观测、模型模拟及理论计算等手段发现，在北京及华北地区雾霾期间，硫酸盐主要是由二氧化硫和二氧化氮溶于空气中的“颗粒物结合水”，在中国北方地区特有的偏中性环境下迅速反应生成。颗粒物结合水是指PM2.5在相对湿度较高的环境下潮解所吸附的水分。

    ④该结论与通常认为的硫酸盐形成机制有较大不同。现有基于欧美等地区的经典大气化学理论认为：硫酸盐主要是在云水环境中形成，由于云中的液态水含量远高于颗粒物结合水，通常高出1000到10万倍，所以与云水中的硫酸盐生成反应相比，颗粒物结合水中的反应可以忽略；理论计算还显示，在云水反应路径中，二氧化氮氧化二氧化硫生成硫酸盐这一路径的贡献也可忽略不计。

⑤而在北京及华北地区雾霾期间，一方面，由于颗粒物浓度大幅上升及静稳气象条件下相对湿度较高等原因，颗粒物结合水含量远高于经典情景，颗粒物结合水中的反应总量大大提升；另一方面，重度雾霾期间二氧化氮浓度为经典云水情景下的50倍以上，这直接改变了二氧化氮氧化路径的相对重要性。此外，北京及华北地区大量存在的氨、矿物粉尘等碱性物质使得当地颗粒物结合水的pH值远高于美国等地，呈现出特有的偏中性环境，而二氧化氮氧化机制的反应速率会随pH值上升而大幅提高。

    ⑥研究人员据此在论文中指出，优先降低氮氧化物的排放可能有助大幅降低中国雾霾中的硫酸盐污染水平。

    ⑦“该研究表明我国复合型污染的特殊性，”贺克斌院士对新华社记者说，“高二氧化硫主要来自燃煤电厂，高二氧化氮主要来自电厂和机动车等，而起到中和作用的碱性物质氨、矿物粉尘等则来自农业、工业污染、扬尘等其他来源。这些不同的污染源在我国同时以高强度排放，导致硫酸盐以特有的化学生成路径迅速生成，这也是重度雾霾期间颗粒物浓度迅速增长的主要原因之一。”

材料一：

    城市化是人类为了满足自身发展需要而不断迁入、拓展、优化城市，并最终达到城乡一体化目标的历史过程。又叫城镇化、都市化。城市化的测量标准一般采用城市化率（城镇人口/总人口），且城市化的进程有一定的规律性。R。M。诺瑟姆将城市化分为三个阶段：城市化率在0-25％为城市化发展的初始期，城市化发展速度较缓慢；25％-75％为城市化发展的加速期，城市化发展的速度飞快；75％以上为城市化发展的成熟期，此时城市化发展的速度减慢且相对稳定。中国作为发展中国家，和欧美发达国家城市化进程情况比较如下图：

材料二：

    我国目前的现状是，伴随大城市人口的快速和高度集中，人口资源的空间矛盾进一步加剧。首先就城市自身而言，城市人口过快增长对土地资源的压力不容小觑。按国际通用标准，当城市辖区内人均建成区面积大于等于250平方米时，通常认为城市无土地资源压力。2010年我国两大一线城市的人均土地面积北京是82平方米/人，上海市仅有56.6平方米/人。其次，人口和产业不断向城市聚集，使城市生活和工业用水需求量大增，并且污染加重，给城市水资源带来了巨大压力。另外，人口过度向大城市集中，使城市规划和建设盲目向周边摊大饼式的扩延，而城市市政设施、公共交通以及城市绿化等公用事业却没有跟上。城市人口的迅速增加除了造成城市本身的资源超载外，城市环境污染问题也进一步加剧。人口分布相对集中的东部地区，2010年城市化率为58.36％，生活污水排放总量、工业二氧化硫排放量和生活垃圾清运量分别占全国总排放量58.2％、41％、54.7％；另据公安部交管局统计，截至2011年底全国机动车保有量为2.25亿辆，近五年保持较快增长速度，其中北京市2010年民用汽车拥有量达449万多辆，居全国之首。大城市私人小汽车的增加，将直接造成市区交通严重拥堵，增加了尾气排放量和噪音，使我国的大城市环境问题尤为严峻。其他社会问题如教育资源和医疗资源紧张、交通拥堵、社会治安状况糟糕等矛盾日益突出。

（节选自 童玉芬 武玉 《人口与发展》）

材料三：

    另一种情况是城市化和工业化起步都晚的发展中国家，第二次世界大战以后，生产和生活在很低水平上有所提高，农村不讲究计划生育，人口增长过快，人多地少；城市化主要是依靠传统的第三产业来推动，工业基础薄弱甚至是无工业化，或者重复投资一些低水平的劳动密集型企业，而政府又没有采取必要的宏观调控措施，单纯为了推进城市化让大量农村人口涌入少数大中城市，出现了单从城市人口比重来看的城市化水平明显高于工业化水平，而从综合的社会经济因素来说的城市化水平和工业化水平都较低。因此，当城市的人口数量超过城市合理的人口容量时，特别是城市人口增长速度超过企业部门就业的增长速度和城市基础设施的增长速度时，就形成了严重的“城市过度膨胀病症”，出现了诸如城市拥护不堪、住房紧张、环境污染严重等现象，同时大量城镇人口缺少就业，产生大量的城市贫困人口，造成“伪城市化”。如墨西哥的工业化与经济发展水平远远不如发达国家，但1993年其城市人口比重已达74%，明显高于同期瑞士的60%、奥地利的55%、芬兰的62%和意大利的67%。

（摘选自《中国城市化过程中的问题及相应对策研究》）

材料一：

    我很高兴发现一群和我一样喜欢自然的孩子，但聊着聊着就发现他们中有一半人最喜欢的是在自然里骑车。有个男孩说：“我和爸爸在沙漠里骑车，基本上都不走大路。我爸爸和越野车们赛车。他说就算走大路去沙漠也很好玩，因为还是可以看到动物，而且和汽车比赛很有趣。”还有个男孩说：“我们每年8月都去犹他州，我妈妈的朋友有3辆全地形车。我们骑着好玩，但最主要是晚上看鹿啊臭鼬啊之类的动物。你要是把鱼的内脏丢在外面，晚上出去就能看到5头黑熊。太好玩了！”第三个男孩说：“我们每周末都去沙漠，他们那儿有比赛。有个小山没人去，因为上面都是石头，所以我们把它改造了一下，上山后可以跳下去，我们在那儿看到蛇洞和蛇了。热的时候我们就出去找蜥蜴。”还有一个女孩天真地补充说：“我爸爸有辆四轮驱动的卡车，我们去沙漠，不去自然之类的地方。”（摘编自理查德·洛夫著，郝冰等译《林间最后的小孩——拯救自然缺失症儿童》）

材料二：

【注】其他，指机构一类的特殊群体，如政府机构等。自然教育，指以有吸引力的方式，让人们在自然中体验、学习关于自然的知识，建立与自然的联结，树立生态的世界观。

材料三：

    去爱非人类的生物，其实并不太困难，只要多了解它们就不难办到。这种能力，甚至是这种倾向，可能都是人类的本能之一。这种现象被称为“亲生命性”，是一种与生俱来、特别关注生命以及类似的生命形式的倾向，有时甚至会想与它们进行情感交流。人类能够很敏锐地分辨出生命与无生命。我们认为其他生物是新奇、多样的。未知的生物，不论生活在深海、原始林，还是遥远的深山中，都会令我们觉得兴奋。其他星球上可能有生物的想法，也总是吸引着我们。恐龙更是人们心目中生物多样性消失的象征。在美国，参观动物园的人数要超过职业运动比赛的观众数。而在华盛顿的国家动物园，最受欢迎的是昆虫馆，因为这儿展示的物种最新奇，样式也最多。（摘编自爱德华·威尔逊著，杨玉龄译《生命的未来》）

材料四：

    与亲生命性相对的是生物恐惧症。和亲生命性一样，这些生物恐惧症也是通过学习而获得的。恐惧的强度会因个人的遗传与经历差异而有所不同。最轻微的症状只是稍微厌恶，或感觉不安。但严重的案例，可能就是标准的临床恐惧症，激发交感神经系统，造成恐慌、恶心以及冒冷汗。这种根植于天性里的生物恐惧感，随时准备为危险源所激发，而危险源就是人类进化过程中，在自然界中所遭遇到的危险，包括高度、密闭空间、湍急的水流、蛇、狼、老鼠、蝙蝠、蜘蛛以及鲜血，却不包括刀子、磨损的电线、汽车以及枪支，虽然它们比起古代的危险源，更具杀伤力，但在进化历史上还是太过近代，不足以形成可遗传的天性。（来源同材料三）

材料一：

因为宇宙辽阔无垠，所以那些我们所熟悉的适用于地球的量度单位——米、英里等等已经没有意义。我们用光速来量度距离。一束光每秒钟传播18.6万英里，约30万公里，也就是7倍于地球的周长。一束光从太阳传播到地球用8分钟的时间，因此我们可以说，太阳离我们8光分。一束光在一年之内约穿过10万亿公里的空间，这个单位称为1光年。

    地球是宇宙中的一个地方，但决不是唯一的地方，也不是一个典型的地方。任何行星、恒星或星系都不可能是典型的，因为宇宙中的大部分是空的。唯一典型的地方在广袤、寒冷的宇宙真空之中，在星际空间永恒的黑夜里。相比之下，行星，恒星和星系就显得特别稀罕而珍贵。假如我们被随意搁置在宇宙之中，我们附着或旁落在一个行星上的机会只有1/l033。在日常生活当中，这样的机会是“令人羡慕的”。可见天体是多么宝贵。

（摘编自卡尔·萨根《宇宙的边疆》）

材料二：

    现代大爆炸理论目前是解释宇宙起源的主流理论，它预测我们身处的这个宇宙来自于暴胀，即在宇宙大爆炸发生后的极短时间内，宇宙以指数形式膨胀。宇宙学家普遍认为，一旦开始，在宇宙中的某些区域内，它就永远不会停止。在这些区域内，量子效应会使暴胀永远进行下去。所以从整个宇宙来看，暴胀的过程是没有终点的。在这个被称作“永恒暴胀”的理论中，我们的可观测宇宙只是一个宜居的“口袋宇宙”，是一个暴胀已经停止而恒星和星系得以形成、生命得以出现的局部区域而已。

    2017年接受采访时，霍金表示：“永恒暴胀理论通常预测我们的宇宙像是一个无限的分形，其中布满被暴胀海洋分隔开的不同的口袋宇宙。一个口袋宇宙中的物理和化学定律可能和另一个口袋宇宙中的定律完全不同，这样就共同组成了一个多重宇宙。”在采访中，霍金表示他不是多重宇宙理论的支持者，“因为如果多重宇宙中不同的宇宙太大甚至是无限大的话，这个理论不可能被检验。”

（摘编自鞠强《最后的论文：霍金没有留下确定的答案》）

材料三：

    预言宇宙的未来当然是非常困难的。我曾经起过一个念头，要写一本题为“昨天之明天：未来历史”的书。它会是一部对未来预言的历史，几乎所有这些预言都是大错特错的；但是尽管有这些失败，科学家仍然认为他们能预言未来。

    科学家相信宇宙受定义很好的定律制约，这些定律在原则上允许人们预言未来。但是定律给出的运动通常是混沌的，这意味着初始状态的微小变化会导致后续行为的快速增大的改变。这样，人们在实际上经常只能对未来相当短的时间作准确的预言。然而，宇宙大尺度的行为似乎是简单的，而不是混沌的。所以，人们可以预言，宇宙将永远膨胀下去呢，还是最终将会坍缩。这要按照宇宙的现有密度而定。事实上，现在密度似乎非常接近于把坍缩和无限膨胀区分开来的临界密度。如果暴胀理论是正确的，则宇宙实际上是处在刀锋上。所以我正是继承那些巫师或预言者的良好传统，两方下赌注，以保万无一失。

（摘编自史蒂芬·霍金《宇宙的未来》）

噪音和价值判断

何满子

    无声的世界是悲哀的，这毋庸说；但嘈杂轰乱的噪音也是生态污染，这大概也是常识。于是，人们厌恶扰人清梦的高音喇叭，厌恶令人肉麻齿浮的高分贝的金属锉锯声，厌恶搅得人心慌意乱的喧嚷和吼叫，厌恶涎皮笑脸的无休止的插科打诨，等等。人们即使不是为了公益，只是为了自卫，也有权发发话，向社会作点诉求。听惯噪音、喜欢这种调调儿以及要显得本人大度能容的人物，似乎也正不必讥嘲那些想耳根清净而发话的人。不应该是多样化、多元化的世界么？那么有人对听不惯的噪音发点话也无妨纳入多样化多元化的声音里，不必嫉视吧。

    当然，噪音也是一种价值判断。你说城市里放鞭炮吵得人心烦意乱，吓得婴儿惊悸、老人心脏病猝发；他说这是制造欢乐祥和气氛。你说《周易》科学占卜、《麻衣神相》现代化相面是宣传迷信，蛊惑人心；他说其中大有玄妙，是科学尚未究明的超科学。如此等等，此亦一是非，彼亦一是非，各人的判断就是不一样。但也该让大家判断判断，是非尽量求得共识。

    城市放鞭炮和迷信活动之类是可以靠行政手段禁止或限制的，当然禁了或限了也很难根绝，有人喜欢这些调调儿，你也拿他没有办法。那是必须加以年月，待全民的文明水准提高以后才庶几能消歇的。有些东西则不能禁，也无需禁，再说，禁也禁不掉。它利弊兼有，影响又广泛，只能容许其存在，但不宜任其泛滥成灾，让噪音弥漫全社会，压倒正声。依靠什么才能做到使噪音收敛呢？恐怕主要要靠舆论力量，靠明智的价值评断争取社会更多的认同，这就是通常所说的文化导向。

    例如，娱乐性、消遣性的不少玩艺，就有大量庸俗甚至恶俗的趣味腐蚀着社会，以其通俗和某些感官效果引诱得大批的人发烧。如那些与严肃音乐艺术无缘的歌星演唱，蒙面大盗之类的劣等文化，耍嘴皮子玩个梦的痞子腔文学等等。能逗乐，可以化严肃为一笑，有那么一点也可以让人间不太寂寞，也能显示一下文化的多样性或多元化。然而，若嫌这些玩艺泛滥得还不够，曲予辩解，为之鼓吹宣扬；其终极理由则为有这些玩艺至少胜于无声的世界，更以为采取如此的态度才是“有容乃大”，那就纵使不追究价值判断上的问题，至少也应说是过犹不及了。

    人们从身历的过去厌恶无声的世界或清教徒戒律的世界，这是可以理解的，但盼望金鼓齐鸣百音并奏不等于要把世界全让给大声怪叫或吱里哇啦的噪音。舞台上少不得有一二小丑做点怪相逗乐，但满台小丑，奉小丑为舞台艺术的极致，总非文化之福吧。

    又有一说，市场是不以价值判断为转移的，说是白费神。更多的人还认为市场经济发展下去，新文化、新道德会自然形成，该淘汰该衰竭的会自行让位或敛迹，一切都会自行平衡，文化也就会自行推向高层次。这种市场经济万能论其实就是通常所说的商品拜物教的延伸，应该说是不负责任的托词。果真如此，则文化价值判断就根本无用，发议论者都是吃饱了撑的。这倒是信奉了黑格尔老人的命题：凡是存在的就是合理的。于是人只能俯伏在噪音之前，无能为力，反不如找理由给原已泛滥的低档次文化辩解，努力发现其如何美妙，犬儒主义地迎合时尚，既显示宽容，又自居新潮，才是计之最得者也。“劝君莫忧愁”，实行这一妙计的人是有的。

（有删改）

材料一：

一个小时前，我才认识布莱恩。他发现我是科学家后，开始向我解释他发明的电动磨刀机。他说他的发明会掀起剃须刀革命，因为从此所有人只需要买一次刀片。我狐疑地望着他，这时候我就不得不和他谈谈钢以及它背后的金属了。直到20世纪，科学家才对钢有深入的了解，这实在很怪，因为锻铁这门技术已经代代相传了数千年。尽管在19世纪，人类对天文、物理和化学已经有了惊人的理解，但工业革命所仰赖的铸铁和炼钢还是全凭经验和运气。

在石器时代，金属非常罕见。铜和金是当时仅有的金属来源，因为地壳中只有这两种金属是自然存在的，其他都必须从矿石中提炼。在冶铁技术出现之前，铁这一金属主要来自天上的陨石。关于从天而降的金属，没有人比家住波斯尼亚北部的拉伊奇体会更深了。2007年到2008年，他家就至少五次遭陨石击中。从统计学角度来看，发生这种事的概率实在微乎其微，拉伊奇说外星人锁定了他家，听起来还蛮有道理的。他在2008年发表这个看法，结果他家又遭陨石击中一次。科学家调查后证实是陨石没错，并开始研究他家附近的磁场，希望找出这非比寻常的高频率背后的原因。

少了金、铜和陨石铁，我们石器时代的老祖先就只能用石头、木头和兽骨制作工具。木头一敲不是碎了、裂了，就是断成两截，石头和兽骨也不例外。金属跟这些材料不同，金属可以锻造——加热后会流动且有可塑性。不仅如此，而且金属越敲越强韧，金属在敲打时迸发的火星就是金属中所含的碳杂质，经过提纯的金属，晶格更加致密，硬度更高。

金属由晶体组成，这个想法可能很怪。因为提到晶体，我们通常会想到透明的多面体矿石，例如钻石或翡翠等。金属的晶体特质从表面看不到，因为金属不透明，而且晶体构造通常小到必须用显微镜才看得见。晶体里的原子都按特定方式堆积，将这些原子连接起来，便形成了一个空间格子，叫做晶格。金属键把原子固定在位置上，使得晶体变得强韧。但我们使用电子显微镜观察金属晶体时，晶体内部却有着驳杂的线条，称之为“位错”。位错是金属晶体内部的瑕疵，表示原子偏离了原本完美的构造，是原子的断裂。位错听起来很糟，其实大有用处。金属之所以能成为制作工具、切割器和刀刃的好材料，就是因为位错，因为它能让金属改变形状。你不必用到锤子就能感受位错的力量。拗弯回形针，就是把金属晶体弄弯，要是晶体不弯，回形针就会像木棍一样碎裂折断。金属的可塑性来自位错在晶体内的移动。位错移动会带着微量的这种物质，以超音速从晶体的一侧移向另一侧。换句话说，当你拗弯回形针时，里面有将近1.0×10¹³个位错在移动。虽然每个位错只移动一小块晶体，但也已经足以让金属成为具有超级可塑性的物质，而不像岩石那样易碎。

金属的熔点代表晶体内金属键的强度，也代表位错容不容易移动。铝的熔点不高，其晶体内金属键易断裂，因此位错移动容易，这使得铝非常柔软。铜的熔点较高，位错不易移动，因此较坚硬。加热会让位错移动，让金属内部的原子重新排列组合，结果之一就是让金属变软。摩擦会生热，而不管以电动或其它方法摩擦，都会使金属变软而非变硬。我这么跟布莱恩说，布莱恩说他知道，但是他坚称他的电动磨刀机不会产生热量。

（摘编自马克·米奥多尼克《迷人的材料》）

材料二：

淬火——这个词对某些人来说可能有点陌生，但在许多行业中都具有极其重要的意义。它涉及一个将材料转化为所需形式的迷人过程。那么，淬火工艺到底是怎样的呢？和我一起潜入淬火世界并揭开它的秘密！

淬火是一种热处理工艺，涉及快速冷却金属或合金以增加其硬度。但淬火到底是如何进行的呢？让我们深入了解细节。在淬火过程中，金属或合金被加热到称为奥氏体化温度的特定温度。该温度既根据所处理的材料性质而变化，也根据材料的用途而变化。一旦到达奥氏体化温度，材料的晶体结构就会从铁素体或珠光体转变为具有面心立方结构的奥氏体。这时候将加热的材料浸入水、油或盐溶液等淬火介质中，快速冷却。淬火介质的选择取决于材料用途所需的硬度和变形控制等因素。当金属与这种冷介质接触时，它再次经历相变——从奥氏体到马氏体。马氏体的特点是硬度高。它是由于淬火过程中的突然冷却而形成的，将碳原子捕获在其晶格结构内。

淬火的成功很大程度上取决于实现适当的冷却速率，并避免可能导致所处理零件破裂或变形的过度热应力。为了确保受控的冷却速率，可以采用不同的方法，例如搅拌技术等。

掌握淬火的工作原理又有什么用呢？至少这个原理对于优化汽车制造和工具生产等各个行业的热处理工艺至关重要，这些行业需要硬化材料来增强性能特征。

（摘编自《淬火的过程与方法》）