知乎日報：遮陽球的故事

　　之前一直打算寫一點與專業相關的科普短文，然而自己太懶，一直沒能動筆。月初偶然收到一本科普雜誌的邀請，説是給小朋友寫一點科普短文，介紹一些身邊遇到的與材料相關的趣聞，雖然當時忙於寫論文給拒絕了，但是現在想想，何不借此機會開始呢，也算是給未來科研混不下去的時候留一條後路嘛。當時編輯給出的是關於美國水庫投放遮陽球保護水資源的題目，索性就以這個為開始，今天就試着寫一下吧。

　　説起來關於這個項目的報道確實是吸引了不少眼球，畢竟，太好玩了，我一瞬間就想起了20年前家門口遊樂園裏面的海洋球和蹦牀。不過從稍微嚴肅一點的角度考慮，很自然的，我還真是蠻想知道這個項目的實際目的和效果。

　　根據新聞報道，洛杉磯市政府向水庫投放九千六百萬個遮陽球來保護水資源。九千六百萬個遮陽球，耗資近5000萬美元，覆蓋整個水庫70萬平米水面的90%以上。究竟這些看上去像玩具一樣的東西是如何保護水資源的呢?目前媒體主要報道了遮陽球的兩大功能:減少蒸發，以及防止有害化學反應的發生。那麼下面我們就來看看這兩種功能是如何實現的。

　　減少蒸發當然是非常好理解的，畢竟一層遮陽球覆蓋在水面上相當於給水庫蓋上了一層被子。事實上該項目的其他解決方案就包括了在水庫上面加蓋一層這樣擋板的設計，然而其造價大概是遮陽球計劃的六倍，毫無懸念的被否決。然而，花費5000萬美元來減少蒸發，划算嗎?

　　根據計算，遮陽球每年可以減少約113萬立方米的水量蒸發，大概可供8100人引用一年。算一算，每個人每天喝水就要花接近17美元，這是什麼概念呢，改喝玻璃瓶裝依雲，這些錢差不多夠喝九年，換成自來水，恐怕要喝幾十年。即使遮陽球計劃無需追加任何成本，這種投入和產出也很難令人滿意。顯然，遮陽球計劃絕對不僅僅是表面上看到的減少蒸發這麼簡單。

　　那所謂的防止有害化學反應的發生，究竟是什麼化學反應，又是什麼如何被抑制的呢?根據Plastictoday的報道，遮陽球的另外一個作用是防止“在陽光照射下溴化物和氯反應生成溴酸鹽”(sunlight turning bromide and chlorine into bromate)，化學反應就是：

　　Br-+Cl2+H2O—BrO3-+HCl

　　溴酸鹽是一種致癌物質，飲用溴酸鹽超標的水會引起腹痛腹瀉，噁心嘔吐，長期飲用可能誘發癌變。通常，水中不含有溴酸鹽，而是含有一定量的溴化物，在純淨水臭氧化的過程中，會產生難以去除的溴酸鹽殘留。而在自然界中，在紫外線的照射之下，溴化物同樣可能被空氣中或水中溶解的氯氧化為溴酸鹽。目前，世界衞生組織對水中溴酸鹽的含量限制為0.01mg/L，中國和美國均採用了這一標準。

　　據生物學家分析，洛杉磯水庫中的溴化物大部分來自於鳥類的糞便，而遮陽球首先可以減少鳥類糞便落入水中的可能性，同時可以遮擋紫外線對水的直接照射，大幅降低反應速率，從而實現保護水體防止有害反應發生的效果。

　　故事大概就是這樣，再來看兩個小問題。

　　這些遮陽球到底是什麼?

　　高密度聚乙烯(high-density polyethylene)，熔點約為130ºC,密度大約0.95g/cm3

　　,無毒無害，化學穩定性極好，耐熱又耐寒，能夠承受陽光的長時間照射，而且成本及其低廉。

　　為什麼是黑色?

　　黑色可以最大限度的吸收紫外線，從而防止有害反應發生。

　　這裏還有一個有趣的問題:紫外線照射是生成溴酸鹽的條件，然而去除溴酸鹽的有效手段同樣是紫外線照射。當然，催化溴化物氧化的紫外線波長(約250nm)比導致溴酸鹽分解的波長(200-230nm)要長。此外，溴酸鹽一旦在自然界中生成，通常很難完全分解，而會在水中殘留。

　　最後再看看故事背後的人物，洛杉磯市長Eric Garcetti，遮陽球計劃的設計者Dr. Brian White，以及成立於2012年，並在遮陽球計劃中獲得鉅額合同的XavierC LLC公司。感謝你們，感謝你們給我們帶來了這麼一個有趣又有效的項目。

　　第一次寫專欄，雖然我很清楚寫的不好，但是為了避免麻煩，還是要説一句，如需轉載，請聯繫我。謝謝!