凝結核來源為何？

凝結核，又稱為凝結核種或霧滴核，是指大氣中能夠促使水蒸氣凝結成液態水滴或固態冰晶的微小粒子。 這些粒子是雲、霧形成過程中不可或缺的關鍵成分。它們的來源多樣，主要包括自然來源和人為來源。

凝結核的自然來源

自然界是凝結核的主要供給者，其來源可以細分為多個方面：

1. 海洋噴霧

海洋表面受到風力攪動，會產生無數細小的水滴，這些水滴在蒸發後，會留下海鹽顆粒。海鹽顆粒具有很強的親水性，是海洋地區最主要的凝結核。當水蒸氣遇到這些海鹽顆粒時，很容易在其表面凝結，形成雲霧。

2. 土壤塵埃

風力能夠將地表的土壤、沙塵吹揚到大氣中，形成塵埃顆粒。這些塵埃成分複雜，可能包含礦物質、有機物等。雖然其親水性不如海鹽，但在乾燥環境下，其表面吸附水蒸氣的能力依然顯著，能夠作為凝結核。

3. 火山噴發

火山活動會釋放出大量的火山灰、二氧化硫等物質。火山灰顆粒本身可以作為凝結核，而二氧化硫在大氣中經過化學反應，會生成硫酸鹽氣溶膠，這也是一種重要的凝結核。

4. 植物釋放物

植物的呼吸作用、蒸騰作用會釋放出一系列的揮發性有機物（VOCs）。這些有機物在大氣中經過氧化反應，會生成有機氣溶膠，其中一部分具備親水性，可以充當凝結核。此外，花粉、孢子等生物顆粒也是潛在的凝結核來源。

5. 微生物

大氣中存在著各種微生物，如細菌、真菌等。一些微生物的細胞壁或細胞表面具有親水性，能夠直接作為凝結核。有趣的是，有些微生物甚至能夠產生一種特殊的蛋白質，稱為冰核蛋白（ice-nucleating proteins），能夠促進水在較高的溫度下結冰，這在冰晶雲的形成中起著重要作用。

6. 森林火災

自然發生的森林火災會燃燒產生大量的煙塵顆粒，包括黑碳（soot）和有機碳等。這些顆粒，特別是尺寸較小的，可以作為凝結核，影響雲的形成和降水。

凝結核的人為來源

隨著人類活動的日益頻繁，人為活動也成為大氣中凝結核的重要來源：

1. 工業排放

工業生產過程中，燃燒化石燃料（如煤、石油）會釋放出大量的硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）和細小的顆粒物。這些物質在大氣中經過化學轉化，會生成硫酸鹽、硝酸鹽等無機氣溶膠，以及飛灰、炭黑等。這些都是非常有效的凝結核。

2. 交通運輸

汽車、飛機等交通工具的發動機燃燒燃料，同樣會產生大量的氮氧化物、顆粒物（尤其是柴油發動機產生的黑碳）和未燃盡的碳氫化合物。這些排放物在大氣中會形成氣溶膠，成為重要的凝結核來源。

3. 農業活動

農業生產中的施肥、牲畜養殖以及秸稈焚燒等活動，也會向大氣中釋放氨氣、硫化物以及細小的有機和無機顆粒。氨氣可以與大氣中的酸性氣體反應生成硫酸銨、硝酸銨等鹽類，進一步形成凝結核。

4. 建築和道路揚塵

建築工地的施工、道路上的車輛行駛也會產生揚塵，這些揚塵顆粒可能包含水泥、瀝青、土壤等，也能充當凝結核。

5. 城市生活排放

城市居民的烹飪、取暖等生活活動，也會產生一定量的氣溶膠，例如油煙顆粒、燃燒煤炭產生的灰塵等，對城市地區的凝結核濃度有影響。

凝結核的種類與特性

凝結核的種類繁多，它們的化學成分、物理性質（如大小、形狀、溶解度）以及親水性程度，都影響著它們在水蒸氣凝結過程中的作用效率。

• 親水性凝結核： 如海鹽、硫酸鹽、硝酸鹽等，它們容易吸附水分子，在相對濕度略高於100%時就能開始凝結。
• 疏水性或較弱親水性凝結核： 如部分塵埃、碳黑等，需要更高的相對濕度才能促使水蒸氣在其表面凝結。
• 冰核： 能夠在低於冰點的溫度下，促使過冷水滴或水蒸氣直接凝華成冰晶的粒子，例如部分礦物塵埃、細菌、某些有機物等。

凝結核的重要性

凝結核的來源和種類對大氣的能量平衡、水循環以及氣候變化具有深遠的影響：

• 雲的形成： 沒有足夠數量的凝結核，即使大氣中的水蒸氣含量很高，也難以形成雲。凝結核的數量和特性決定了雲滴的數量、大小和分佈。
• 降水過程： 雲滴需要通過碰撞、合併等過程增大到一定尺度才能形成降水。凝結核的性質影響了雲滴的大小分佈，從而影響了降水的強度和類型。
• 氣溶膠輻射效應： 凝結核作為氣溶膠的一部分，能夠散射和吸收太陽輻射，影響地球的能量收支。
• 空氣質量： 許多人為來源的凝結核同時也是污染物，它們的濃度與空氣質量直接相關。

總而言之，凝結核是連接大氣水蒸氣與液態水或固態冰之間的重要橋樑。理解其來源，對於研究天氣現象、水循環、氣候變化以及改善空氣質量都具有至關重要的意義。