【中国科学报】揭示黑碳参与大气光化学反应促硫酸盐形成机制

  

   中科院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室、深地科学卓越创新中心大气环境与空气污染学科组张国华、傅玉珍和毕新慧等人合作研究,提出了黑碳参与大气光化学反应促进硫酸盐形成的观测证据。相关研究近日发表于《地球物理研究杂志:大气》。

  作为典型的短寿命气候强迫因子,黑碳通过直接吸收阳光和降低冰雪表面的反射率加剧地球变暖,产生辐射效应,是仅次于二氧化碳的致暖因子。近年来,有研究证据表明,黑碳可能具有光化学活性或作为催化剂影响其大气老化过程。然而,目前仍没有直接证据表明这些内在属性是否(或多大程度上)影响黑碳在实际大气中的老化过程,包括其中二次气溶胶成分的形成和演化。

  研究人员使用单颗粒气溶胶质谱仪在单颗粒尺度上有效区分了城市大气中含黑碳和不含黑碳颗粒物,并根据其质谱特征对比研究了其中硫酸盐/硝酸盐比值(SNR)的季节/昼夜变化特征。在排除了共同来源、硝酸盐形成、过渡金属等混杂因子干扰的基础上,研究发现含黑碳颗粒的SNR显著高于不含黑碳颗粒,含黑碳颗粒的SNR随单个颗粒中黑碳相对含量增加而增大;SNR季节峰值出现在夏季和秋季,昼夜峰值出现在午后,与辐射相关参数(即太阳辐射和温度)的变化趋势一致。

  研究人员据此推测黑碳参与的光化学作用产生硫酸盐,是含黑碳颗粒中硫酸盐相对富集的主要原因。

  “该研究可为更准确解释黑碳在环境大气中的演变和气候影响提供参考依据。”张国华表示,一方面,鉴于黑碳是城市大气颗粒物的重要组成部分,这种作用可能对硫酸盐的形成和演化具有重要贡献,值得进一步定量评估;另一方面,硫酸盐作为中国重污染地区黑碳光吸收增强的主要驱动因素之一,通过这一机制造成其在黑碳颗粒上的相对富集对黑碳光吸收增强的潜在贡献仍有待评估。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1029/2021JD035226 

  《中国科学报》 (2021-10-11 第4版 综合)