尘埃图书馆

一颗颗尘埃就像一片片雪花那样独特，但从未有人仔细关注过尘埃究竟是由什么组成的。直到最近，终于有了――

飘飞的尘埃

对常人而言，尘埃是细微的颗粒，是脱落的死皮，是你我都将“土归土、尘归尘”的状态。然而，对科学家来说，尘埃充满吸引力。地质学家、环境学家和健康学家甚至天文学家，都对风中飘飞的尘埃兴味十足。

尘埃的多样性堪称浩瀚。最大的尘埃微粒的直径超过2毫米，最小的还不到0.1微米（1000微米=1毫米）。令人兴奋的是，一些尘埃竟然起源于宇宙：每年有大约20万吨地外物质进入地球大气层。不过，与来自地球本身的尘埃数量――40亿吨相比，这个数字简直就微不足道了。地球尘埃中，超过90%来自于土壤、沙漠、火山、花粉及海盐等自然来源，人类的贡献很少，但却贡献了最肮脏的微粒，它们来自于汽车尾气、工业污染物排放和化肥等。

人类对于尘埃的了解也很丰富：看上去一尘不染的堂皇宫殿地面上覆盖着细微的尘埃，主要成分有皮肤、毛发和织物纤维等；室内尘埃对健康的威胁比室外尘埃大；城市空气中充满来自于狗粪的细菌……

那么，尘埃究竟是什么呢？研究发现，尘埃是由空气中的各种微粒组成的，包括被风卷起的土壤尘埃、火山喷出物和人类排放的污染物等。在人居环境中，比如家里和办公室里，尘埃的组成成分包含植物花粉、人类和动物毛发、织物纤维、纸纤维、矿物质、人类皮肤细胞，以及其他能在当地环境中找到的许多材料，甚至可能包括流星燃烧的残骸。

尘埃来自哪里呢？大气层中的尘埃来自于干燥地区，劲风吹拂、带走那里的大多为煤粉大小的物质，让其打击或落到风经过之处的表面。在放牧、耕田、汽车行驶及其他因人类活动而失去稳定性的地方，最容易产生尘埃。不过，人为影响并不是产生尘埃的唯一原因。全球1/3的陆地被易生尘埃的表面覆盖，这些地方干燥而广袤，例如撒哈拉沙漠占地9亿公顷（1公顷=1万平方米），而旱谷地（谷底干沙地）占地52亿公顷。

有趣的是，在太空中也广泛存在宇宙尘埃。太空中的气体和尘埃云是行星系统的主要前身。黑暗夜空中的黄道光，是由在轨道中环绕太阳的尘埃微粒反射阳光产生的。彗星的尾巴――彗尾，是由彗星体本身辐射的尘埃和电离气体制造的。尘埃也覆盖着固态行星体，火星上发生的极大规模的沙尘暴几乎覆盖了整个火星。在不同恒星之间发现了星际尘埃，极大量的星际尘埃形成了弥漫星云和反射星云。

多艘探测器已前往外太空采集尘埃及其他材料样本，美国宇航局发射的“星尘号”是其中之一，它2004年飞过了“怀尔德2号”彗星，用取样舱提取彗星样本，并于2006年1月把取样舱送回了地球。2010年，日本“隼鸟号”飞船把来自一颗小行星表面的尘埃样本送回了地球。

“尘埃图书馆”

早在100多年前，美国地质学家尤顿就创建了首批专门研究尘埃颗粒大小的实验室。但长期以来，人们研究的几乎都是尘埃群体，从来没有人调查过单粒尘埃的组分和形态。那么，单粒尘埃究竟是由什么组成的？单粒尘埃的模样究竟像什么？

2003年，美国俄亥俄州立大学的詹姆斯・寇领导一个团队，运用红外光辨识不同物质的化学组成。其原理是，不同分子的红外吸收光谱不同。但不幸的是，极小的尘埃颗粒会散射光，从而影响检测结果。为了解决这个问题，寇建造了一台装有一个镍筛的感应器，这个镍筛能捕捉直径在5微米以上的微粒，由此避免发生散射。其原理是，镍吸收红外光，产生等离子体振子，即拥有光子特性的电子波，它们有助于会聚光线通过被俘获的微粒。

寇和他的团队一直都在使用这种筛子。几年前，由于工作疏忽，在对一个微型乳胶球进行红外分析时出现了一个出乎预料的光谱：尘埃。看见尘埃，人们通常会选择避开它们，而寇的实验室人员不仅没有这样做，反而开始设法吸引更多的尘埃。很快，在微型真空泵的帮助下，他们用筛子俘获到63个尘埃微粒。他们运用红外光谱仪对这些尘埃微粒进行了分析。于是，全球第一个“尘埃图书馆”应运而生。

那么，这个“尘埃图书馆”能告诉我们什么呢？它能告诉我们尘埃的组成成分。63个尘埃微粒中最常见的组分有四种。一是有机材料，在40个微粒中都存在。至于这些有机材料究竟是什么，目前尚不清楚，从花粉到研究人员蜕下的死皮等任何材料都有可能。二是石英，在34个微粒中存在。三是碳酸盐，在17个微粒中存在。四是石膏，在14个微粒中存在。这些矿物质是从全球各地吹拂过来的。其他成分包括空气污染物和化肥。

“尘埃图书馆”还能告诉我们尘埃的形态。大多数尘埃都是聚合物，这意味着它们的形态应该像雪花一样千变万化、无穷无尽。如何才能知道单个聚合物的模样呢？这需要确定每种聚合物所对应的光谱，这做起来相当困难。于是，寇发起了一项竞赛：第一个对已经做过红外分析的微粒拍摄电子显微镜照片的人，将用他的名字命名这个微粒；如果这还不够，这个人还将得到一顿免费晚餐。

重赏之下必有勇夫。很快，寇的研究生马修・麦科马克就拔得头筹――他拍摄到一个外形很不规则、看上去就像一堆岩屑的尘埃微粒。他采用的方法是，在尘埃微粒旁边的筛子上做一个小记号，然后记录红外光谱，再把筛子转移至电子显微镜，只需找到记号，就可以用显微镜聚焦微粒并进行拍照。麦科马克拍摄的微粒被命名为“安比”――这是他的宠物狗的名字。

恼人的尘埃

尘埃虽然很细小，但却会给我们带来很多烦心的问题。一个与我们的生活和健康关系十分密切的尘埃问题是：尘螨。

尘螨是一种微型的蛛形纲动物，其主要食物是人的死皮。尘螨是全球人居环境中的常客，可以说在有人居住的室内，尘螨无处不在。尘螨和它产生的粪便是家庭尘埃的主要成分之一，只是因为太重，不能长时间悬浮于空气中，一般都待在地面或其他物体表面。然而，一旦被人走动等因素干扰，尘螨污染物就会飘到空中，要过20分钟到两小时才重新回到地面或其他物体表面。尘螨属于筑窝的动物，偏爱黑暗、温暖和潮湿的环境，因此家里的垫子、寝具、装有软垫的家具、地毯，都是尘螨爱待的地方。有研究认为，在人类开始使用地毯等织物之前，尘螨对人类并不构成健康威胁。尘螨粪便在与潮湿表面接触（例如人将尘螨吸入鼻腔）时会释放多种酶，这些酶会杀死人体细胞。在哮喘患者中，尘螨过敏相当普遍。由于尘螨并非生活在人的身上，我们有可能永远都无法全盘消灭它们。

给人类带来危害的尘埃远不止尘螨。矿工容易得尘肺病，煤尘是其中的元凶。如果足够的煤粉分散在一个地区的空气中，在某些情况下还有产生爆炸的风险。汽车在路上扬起的尘埃，可能占到空气污染物的33%。路尘中包括汽车废气和工业废气沉积物、车胎车闸的磨损产物、来自铺路或路面坑洼的尘埃，以及来自建筑工地的扬尘等。路尘在大气层尘埃中占了相当一部分。在城区和其他交通流量高的地区、矿山以及垃圾场等，控制路尘成为一个很大的挑战。路尘可以通过机械方法如清扫车再加上植物油或洒水车来抑制。许多国家强令企业或单位在其运作过程中把扬尘控制在最低，控制措施包括在拆迁和建筑现场喷水等。

气流中的尘埃对儿童、老人和呼吸道疾病患者构成严重的健康威胁。尘埃可能恶化花粉病（也称枯草热）。打开门窗或至少让门窗微微打开，让室外空气穿过房间，能减少导致花粉病的尘埃，从而降低患病风险。在寒冷地区，人们常常紧闭门窗，室外新鲜空气无法进入室内，这反而会加剧尘埃导致的疾病病情。家中尘埃很容易通过空气传播，因此在除尘时千万注意不要让灰尘变得容易在空气中传播。除尘器能俘获部分尘埃。除尘方法之一是使用电荷。经过认证的高效空气过滤器能俘获直径为0.3微米的尘埃中的99.97%。不过，无论是高效空气过滤器还是旋风式离尘器，都不能有效阻止灰尘。

大气层中的尘埃甚至可能影响地球气候。大气尘埃被认为是浮质，由沙石、泥土颗粒等的跃移和喷沙作用产生。大气尘埃可以穿越整个对流层，有可能产生强烈的地区性辐射效应。尤其是撒哈拉尘埃，能被运送并沉积到远至加勒比海地区和亚马孙地区。大气尘埃可能会影响气温，导致海洋降温并改变降雨量。

现在，寇的团队已经能为小小尘埃拍照了。可别小看这件事的意义，因为它对公众健康具有不可忽视的作用――很多疾病都与尘埃有关，比如呼吸道疾病和中风。仅在英国，尘埃每年就导致大约10000人死亡。最新研究显示，有机物质可能引起了一些非常糟糕的健康问题，而目前寇的团队正在检测尘埃微粒，以查明其中的有机成分的确切本质。在未来，这种办法可能被用来检查医院、学校、工厂及其他地方的尘埃中是否包含危险物质。寇的学生正在收集来自于吸烟区和停车场的尘埃样本，旨在建立不同环境中尘埃微粒的参考数据库，为提升公众健康水平出一把力。

尘螨：全球家庭面临的一个共同问题

尘螨是全球人居环境中的常客，它们以有机碎屑（例如人体蜕下的皮屑）为食，兴旺于稳定的居住环境中。尘螨是哮喘及世界范围内过敏症状的一个主要原因。尘螨的消化道中有强力消化酶（尤其是蛋白酶），它们留存在尘螨的粪便中，是哮喘等过敏反应的主要诱导物。尘螨的外骨骼也可能会加剧过敏反应。

尘螨的身体只在正常光线下的暗色背景中才可见。一只典型的尘螨身长0.4毫米，身宽0.25～0.32毫米。不管是雌性还是雄性成年尘螨，体色都是奶白蓝，身体都是三角形。尘螨身体还包含一个有条纹的角质层。就像所有壁虱一样，尘螨也有8条腿（但一龄虫只有3对）。

雄性尘螨的平均生存期是10～19天，而一只后的雌性尘螨或许能活70天，在自己生命中的最后5周里产卵60～100个。在10周的寿命里，一只尘螨会排泄大约2000个粪粒，以及更多的部分消化过的、覆盖酶的尘埃微粒。

尘螨在一切气候条件下都能存活，就算在高海拔也一样。尘螨最喜欢由人类家庭提供的室内环境，尤其是浴室和厨房。尘螨在垫子、地毯、家具和寝具中活得最好，这些地方的每克尘埃中大约有188只尘螨。就算在干燥气候条件下，尘螨也能从空气中获取水分，很容易存活和繁殖。

尘螨的食物是微小的有机物颗粒。与所有壁虱一样，尘螨的消化道也很简单。它们没有胃，只有一个相当于胃的囊。与许多食腐动物一样，尘螨所选择的食物都已被真菌部分分解。

过敏和哮喘患者常被告知：不要睡羽绒枕头，因为羽绒枕头上存在更多的尘螨过敏源“Der p I”。但实际情况刚好相反。一项研究证实，涤纶枕头包含的“Der p I”总重量是羽绒枕头的8倍以上。

尘螨繁殖速度快，因而它们对人类的健康影响很大。尘螨喜欢温暖、蓬松的家具和材料，最常见于床、沙发、地毯、挂毯、玩具及窗帘，这就决定了以下的清除尘螨的办法：

如果尘螨或任何其他害虫可能危及家庭成员，例如引起过敏，那么家里最好不要用地毯和挂毯。平整的表面也更容易清洁，比如用真空吸尘器清扫。

多使用抗尘螨的垫子。尘螨在这样的垫子上不能生存。

定期清洗尘螨滋生区域。一次简单的清洗不可能完全清除尘螨及其排泄物，但至少能清除90%。

暴露在超过60℃的温度下1小时，或者暴露在0℃以下，对尘螨来说通常是致命的。

在家用干衣机里的致命温度下呆10分钟，足以杀灭寝具上的全部尘螨。

相对湿度小于50%，或许有助于控制尘螨数量。

四水八硼酸二钠（DOT）粉末常被用来清除尘螨，但DOT的副作用是刺激人的眼睛。