新研究：海洋大氣“自我凈化”，氫氧自由基（OH）功不可沒

氫氧自由基（OH）是大氣中一種最重要的氧化劑，對(duì)流層大氣中幾乎所有的可被氧化的量氣體主要是通過(guò)與OH反應(yīng)而被轉(zhuǎn)化和去除。OH作為大氣中最重要的氧化劑，維持著對(duì)流層的氧化能力，對(duì)大氣自凈和氣態(tài)污染物向顆粒態(tài)污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。近日，《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）上發(fā)表了約克大學(xué)（University of York）的一項(xiàng)新研究：科學(xué)家們對(duì)大氣的“自清潔”能力有了新的認(rèn)識(shí)。

（圖源：Pixabay/CC0 Public Domain）

長(zhǎng)期以來(lái)，顆粒物硝酸鹽 (pNO?3) 一直被認(rèn)為是氮氧化合物（一氧化碳和二氧化碳）的永久吸收槽，可去除對(duì)空氣質(zhì)量至關(guān)重要并影響全球大氣自清潔能力的氣態(tài)污染物。越來(lái)越多的證據(jù)表明，顆粒物硝酸鹽的光解可以將笑氣（nitrous oxide，HONO）和氮氧化合物循環(huán)回氣相（gas phase），這對(duì)對(duì)流層臭氧和氫氧自由基（OH）預(yù)算，具有潛在的重要影響；然而，“再氧化”光解速率常數(shù)存在很大差異。在遙遠(yuǎn)的大西洋對(duì)流層使用飛機(jī)和地面笑氣（HONO）觀測(cè)，顯示了混合海洋氣溶膠發(fā)生再氧化的證據(jù)，其效率隨著相對(duì)濕度的增加而增加，并隨著顆粒物硝酸鹽的濃度而降低，從而在很大程度上調(diào)和了非常大的差異在多個(gè)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究中發(fā)現(xiàn)的再氧化光解速率常數(shù)。從氣溶膠中主動(dòng)釋放笑氣HONO對(duì)污染和清潔環(huán)境中的大氣氧化劑如OH和臭氧具有重要意義。

這種自清潔過(guò)程對(duì)于去除氣態(tài)污染物和調(diào)節(jié)大氣中的甲烷等溫室氣體至關(guān)重要。研究人員已經(jīng)意識(shí)到大氣層具有這種“自我清潔”的能力，但在約克大學(xué)的一項(xiàng)新研究中，專家們現(xiàn)展示了一種新的過(guò)程，可以提高海洋大氣的自我清潔能力。

利用飛機(jī)和地面觀測(cè)相結(jié)合的方法，科學(xué)家們能夠確認(rèn)在遙遠(yuǎn)的大西洋對(duì)流層中廣泛存在笑氣，這是由所謂的“再氧化作用”形成的，由此硝酸鹽氣溶膠的光解將氮氧化物（NOx）和笑氣返回到海洋大氣中。歷史上，硝酸鹽氣溶膠被認(rèn)為是氮氧化物的永久沉淀。這一新的過(guò)程可以提高大氣在全球范圍內(nèi)自我凈化的能力。

科學(xué)家們表示，發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上的這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)大氣化學(xué)有重大意義，并在很大程度上調(diào)和了人們對(duì)腎氧化作用重要性的普遍不確定性。在英國(guó)自然環(huán)境研究理事會(huì)（NERC）的支持下，沃爾夫森大氣化學(xué)實(shí)驗(yàn)室（WACL）的科學(xué)家于2019年8月和2020年2月在佛得角及其周邊地區(qū)進(jìn)行了廣泛的飛機(jī)和地面觀測(cè)。

主要作者露西·卡彭特（Lucy Carpenter）教授說(shuō)：“重要的是，觀察結(jié)果表明，再氧化效率隨著相對(duì)濕度的增加而增加，并隨著硝酸鹽濃度的增加而降低。這一觀察結(jié)果調(diào)和了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)地研究中發(fā)現(xiàn)的再氧化率的巨大差異。這也與氣溶膠表面發(fā)生的再氧化反應(yīng)一致，而不是在氣溶膠內(nèi)部發(fā)生，這是一個(gè)令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，對(duì)模型中如何控制和參數(shù)化這一基本過(guò)程具有影響?！?/p>

氮氧化物在硝酸鹽氣溶膠上的再循環(huán)可能對(duì)大氣氧化劑（例如對(duì)流層臭氧，一種重要的溫室氣體）的趨勢(shì)和分布具有重要的、不斷增加的和尚未探索的影響。

參考資料

DOI: 10.1126/sciadv.add6266. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6266

https://phys.org/news/2023-01-self-cleaning-marine-atmosphere.html

整理：Daisy

審核：Sara

編輯：Pierre