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《奇妙的尘埃》：尘埃的奇妙世界：太阳系到火山灰的微小力量
铛铛铃2025-09-20【科普】492人已围观
简介
今天为您解读的书是《奇妙的尘埃》。
一般来说，尘埃指的是直径小于500微米，也就是半毫米的灰尘颗粒。
在生活中，我们接触最多的尘，就是家里落下的灰尘。就像有首诗说的那样：“菩提本无树，明镜亦非台。本来无一物，何处惹尘埃。”
在我们的印象里，尘埃是个烦人的东西，怎么擦都擦不干净。但实际上，尘埃的价值远远超过我们的想象。从遥远的星球到自然界的水循环，再到我们的居家生活，尘埃都发挥着巨大的影响力。
平均每天都会有一颗星际尘埃颗粒，落在你们家车顶上。这些来自遥远宇宙的客人，可能是几年或者几个世纪前，燃烧陨落的彗星所留下的残骸。如果没有星际尘埃，那么从地球到太阳系，乃至整个宇宙都可能不是现在的样子了。
当然了，尘埃对人类也有很多危害，但可能跟你想象的不一样。比如家庭中大量的尘埃，其实是做饭的时候产生的。你家里如果再用吸尘器的话，要注意了，那些对你危害最大的尘埃颗粒，可能反而通过吸尘的过程被吸到肺里。
这些到底都是怎么回事呢？今天咱们就来讲一讲关于尘埃的故事。
《奇妙的尘埃》这本书的作者汉娜·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《盛庄园》《怪僻郊区的野生动物》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。
接下来，我就分四个部分来为您讲述《奇妙的尘埃》这本书。
第一，家庭中隐藏着怎样的尘埃；
第二，工业生产中的尘埃如何危害人体；
第三，自然界中有哪些重要的尘埃；
第四，尘埃和宇宙形成有什么关系。
首先，我们就来说说第一部分，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100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。
那家里具体都有什么尘埃呢？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‰，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九倍。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。
当动物的肌肉组织被煮得太热或者太久，也会产生诱变因子，它们大部分会粘附在食物上，然后被吃进肚子里。
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，结果会怎么样呢？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露出来。
科学家测算，这类吸尘器露出的尘埃量，可以比大城市空气污浊时的尘埃量多出十倍。吸尘器如果扬起一些含有过敏源的尘埃，还会加重哮喘患者的病情。
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。掉落在光滑地板上的尘埃，比较容易被吸尘器吸走，但掉落在地毯上的尘埃却会深入地毯的纤维，很难吸干净。
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15~20毫克的尘埃，最多甚至会吃掉50毫克。不过你不要过分地担心，假如家里的尘埃里没有致命的污染物，反而对孩子有一些好处。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还有铅、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。
很多人家里没有铅制品，所在城市的汽柴油也不含铅，但是在家里地板上就是检测到了铅，这是怎么回事呢？这其中有一部分铅来自老旧剥落的油漆，但是更多的铅来自室外。有些城市的道路尘埃中还残留着含铅汽油时代留下来的铅。
刚才说的这些都是我们在家中接触到的尘埃，接下来第二部分，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。
在美国，每年有两三千名工人，因为长期吸入石棉而死于肺癌。而且一旦石棉纤维进入人体肺部，在形成癌症前，可以蛰伏长达十到20年的时间。有很多死者，他们生前甚至都没有从事过石棉制造业的工作，仅仅是生活所在的镇上有这样的产业，他们被动吸入的石棉量，就足以变成慢性杀手。
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沙，导致全球每年因矽肺病死亡的人数多达四到5万人。
除此之外，还有滑石厂的工人会患上滑石肺病，做陶工的人会得陶工尘肺，焊接工人身上则会出现铁尘肺这种疾病，他们的肺中会积累铁和烧黑的银微粒。
一个工人如果在纺织厂工作十几二十年以后，会因为吸入过量的棉尘和植物纤维，患上棉尘沉着病，也叫棕色肺。农民则可能因为谷仓草料里的甘草、陈霉菌孢子，患上农夫肺。
你会发现，几乎每一个工种，只要长期跟某种尘埃打交道，都存在一种对应的肺部疾病。
人体本身其实具有自清洁功能，不然我们每天吸入这么多尘埃，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黏膜，如果有些尘埃躲过去了，还有第二道防线就是喉头，粘在喉头的沙尘，会随着唾液经过喉咙进入胃，最后排出体外。即使空气直接进入气管，很多粉尘也会粘附在气管壁的黏膜上。如果没有被粘附呢，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粘液，会把这些垃圾送到咽喉，推向通往胃的通道。
听起来是不是很不错？然而道高一尺，魔高一丈。科学家发现，有一些粉尘能降低粘液的蠕动速度，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。如果把所有肺泡壁的表面积加起来，大约有一个网球场的大小。这些粉尘也许会在这些小气囊中呆上数年，而肺泡中没有黏液可以排放这些尘埃。
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粘液排送组织。通常这些守卫是见一个轻一个，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，但结果他们同样会壮烈牺牲。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，支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越来越多，会一起形成一道6mm宽的斑瘤。当这些斑瘤布满整个肺部，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，就有可能发展成矽肺病，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。
所以说一定不要小看尘埃经年累月对人体的影响，不仅工厂在生产过程中应该符合除尘降尘规范，个人也一定要做好防护工作。
似乎尘埃总是带来无尽的烦恼，尘埃都是有害的吗？不一定。第三部分我们就走出家门，看看自然界中的尘埃对生活的影响，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。中国南方江南水乡地区的肥沃土壤就是红土。为什么珊瑚礁岛上会覆盖红土呢？调查员说，有两种可能，这些土壤要么是来自附近的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。
这种尘埃，火山灰随着大气环流跑到别的地方的事儿，到处都在发生。这种通过沙尘提高土壤肥力的方法，还启发了很多农业科学家，他们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，但水分子很难产生连结，要让一堆水分子形成雨滴，需要达到300%的相对湿度。什么概念呢？咱们说相对湿度百分之百，就是你往桌上放一杯水，空气潮湿得这杯水一丁点都不会往外蒸发。要是超过百分之百，空气里的水蒸气就会自己凝结成水，让杯子里的水还变多。你说这难不难？
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，最好的凝结核是硫离子，严格的说法叫硫酸盐气溶胶。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气溶胶，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2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℃。
这个缓解温室效应提供了一个思路，有科学家就提出来，用一根30km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，也就是距离地面十到50km高的大气层里，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160km，只要十天的时间，就能把一层二氧化硫水雾扩散到整个地表上空。是不是听起来挺疯狂的？
这其实没啥，科学家估算，每年全人类至少排放2亿吨的二氧化硫进入大气层，我们只需要把目前二氧化硫排放量的万分之五，也就是10万吨液态二氧化硫送往更高的天空，就能给地球降温。
但是主动往天上喷二氧化硫，很多人接受不了。没关系，还有第二招就是造云。科学家计算，只要用人造云层里的大量水分子，像一面面小小的镜子一样，把大洋上空云层的反射性提高10%到12%，把更多太阳光反射回去，而不是直接到达地面，就会产生极大的降温效应。就像夏天在大太阳底下一片云朵飘过，你会觉得清凉，就是这个道理。
这些方法虽然听起来不切实际，但是大致上让我们明白了，有些尘埃，比如硫粒子，对于维持地球的气温状况有着关键的作用。
说完了自然界中的尘埃，接下来把目光再放远一些，看看尘埃和宇宙形成有什么关系呢？
就拿太阳和地球的形成来举例。从宇宙大爆炸以来，星辰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，这些星辰要首先形成星云。大概在50亿年前，强烈的银河风把许多星辰吹成一团星云，这只是银河中4000个巨大星云团块的其中一个而已。就像金牛座与猎户座，他们就各自占据一块广大的星云。这些星云拥有丰富的气体与星辰，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辰密度特别低，大概只有空气密度的1/1000000000000。这么低的密度怎么把太阳给生出来呢？
到了第二个阶段，星云中分散的星辰就要在低温下汇聚。低温是怎么来的呢？因为这些星辰有一个特点，它们的个头特别小，直径就跟蓝色光的波长差不多。你可能听过物理上有个叫吸收光谱的概念，说的是白光通过气体时，气体会从通过它的白光中吸收与它特征谱线波长相同的光，本来白光形成的连续谱里就会出现暗线，这个就叫吸收光谱。星辰也一样，它的这个特点导致它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，星辰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粘附在一起。
到第三个阶段，汇聚的星辰就开始发生变化。星云中心的星辰就好像实验台一样，原子一颗接着一颗地落在星辰上，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辰表面。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。越大型的分子结构一般就越稳固，这些分子都包括什么呢？可能有乙醇、亚硝酸盐，甚至会形成氨基酸，也就是构成蛋白质的积木块。这是一个非常缓慢的过程。
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1.6km宽。太阳核心慢慢聚拢，周围的星际物质不断向核心坍缩，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，星辰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。
你可能会发现，在这第四阶段里，好像没有星辰什么事情，其实不然，因为地球和其他行星的诞生，就跟太阳甩开的星辰外壳有着密切的关系。曾经遮蔽太阳的星辰外壳，其中有一些在太阳开始燃烧后，被吹到宇宙当中，但还有零星的尘埃流了下来，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。你会看到它从一堆尘埃到变成薄薄的星云，再到小行星体，最后变成地球的整个过程。尘埃猛烈地旋转，像是龙卷风里的飞沙走石，剧烈碰撞，这时由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连结的颗粒上，然后另一颗尘埃又加入了，然后又来了一颗。当成长中的尘埃集合了10万个颗粒，便能达到肉眼可见的程度。在100年内，野心勃勃的尘埃颗粒宽度已经达到一码，也就是91cm。当这颗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一英里，也就是1.6km时，就形成了地球的前身——一个小型星体。它需要经过漫长的等待，每隔1000年才会遇到其他小型星体。小型星体相似的轨道和彼此间的引力，增加了聚合的机会，它们虽然是碰撞，但没有两败俱伤，而是把星辰中的矿物质和金属融化后，和相似成分的岩石一起凝固下来。这样又过了2万年后，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。
这就是太阳和地球形成的大致过程。你可以看，尘埃之间的聚散、碰撞、融合在其中起了多么重要的作用。太阳就诞生于一团由星际尘埃形成的星云，相似成分的星辰聚集在一起，就形成了地球。
宇宙最美的地方就在于，每当一颗星星走向生命的尽头，便会喷发出更多的星辰到银河中，就像在天空中释放一道又一道的黑色烟火。这些寿终正寝的星星所产生的星辰，便是形成下一代星体的材料，比如下一个太阳或地球，循环往复，生生不息。
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