新聞動(dòng)態(tài)陳蘭夏迪等-JES：非均相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響
冰核顆粒物是指在大氣中可以引起水蒸汽發(fā)生凝華或過冷液滴發(fā)生凍結(jié)而形成冰晶的氣溶膠顆粒物。通常情況下，純水通過均質(zhì)核化過程形成冰晶只能在-38攝氏度以下發(fā)生，而冰核顆粒物的存在可以使冰晶在相對(duì)更高的溫度下形成。因此，冰核顆粒物將影響云的形成、性質(zhì)和壽命，繼而影響地球系統(tǒng)的輻射和能量平衡以及降水的形成。礦質(zhì)顆粒物是對(duì)流層中最重要的冰核顆粒物之一。已有研究表明，礦質(zhì)顆粒物與二氧化氮的非均相反應(yīng)在氮氧化物的去除、臭氧和硝酸鹽的形成中起著重要作用。然而，二氧化氮的非均相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響仍有待闡明。
中科院廣州地化所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深地科學(xué)卓越中心博士生陳蘭夏迪（導(dǎo)師：唐明金研究員）自主開發(fā)了一種測(cè)定大氣顆粒物冰核活性的方法（Guangzhou Institute of Geochemistry Ice Nucleation Apparatus，GIGINA），并通過一系列表征實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的可行性。基于該方法，研究了相對(duì)濕度為40%時(shí)二氧化氮的非均相反應(yīng)對(duì)長石與亞利桑那沙塵冰核活性的影響。研究結(jié)果近日由我國主辦的高水平英文學(xué)術(shù)期刊Journal of Environmental Science正式發(fā)表。
圖1：二氧化氮的非均相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響
該研究發(fā)現(xiàn)二氧化氮的非均相反應(yīng)可顯著降低長石和亞利桑那沙塵的冰核活性。在反應(yīng)0-6 h期間，長石顆粒物表面生成的硝酸鹽含量隨反應(yīng)時(shí)間的增加而逐漸升高；同時(shí)，長石的冰核活性逐漸降低。然而，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)一步延長至24 h時(shí)，長石的硝酸鹽含量與冰核活性并沒有發(fā)生顯著改變。另外，在反應(yīng)0-24 h期間，亞利桑那沙塵的硝酸鹽含量隨反應(yīng)時(shí)間的增加而逐漸升高；同時(shí)，亞利桑那沙塵的冰核活性逐漸降低。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)二氧化氮的非均相反應(yīng)對(duì)長石和亞利桑那沙塵的影響存在顯著差異。該研究有助于我們更好地了解二氧化氮的非均相反應(yīng)對(duì)礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響，也將從基礎(chǔ)水平上揭示顆粒物冰核活性位點(diǎn)的性質(zhì)。
圖2：與二氧化氮非均相反應(yīng)前后長石顆粒物冰核活性的變化。（a）凍結(jié)率（fice）；（b）單位面積活性位點(diǎn)數(shù)（ns）
該研究由基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（42022050）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2020B1515130003）等項(xiàng)目的資助。主要合作者包括北京大學(xué)吳志軍研究員等人。
文章信息：Chen, L., Peng, C., Chen, J., Chen, J., Gu, W., Jia, X., Wu, Z., Wang, Q., and Tang, M.: Effects of heterogeneous reaction with NO2 on ice nucleation activities of feldspar and Arizona Test Dust, J. Environ. Sci., 127, 210-221, 2023.
