廣州地化所揭示代表性礦質(zhì)氣溶膠的吸濕性
礦質(zhì)氣溶膠作為對流層中最重要的氣溶膠之一,顯著影響全球大氣污染、氣候變化以及生物地球化學(xué)循環(huán)。吸濕性在很大程度上決定了礦質(zhì)氣溶膠對大氣化學(xué)和氣候的影響。但是由于礦質(zhì)氣溶膠形貌不規(guī)則、吸濕性普遍較弱,現(xiàn)有技術(shù)很難準(zhǔn)確測定礦質(zhì)氣溶膠的吸濕性。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室2019級直博生陳蘭夏迪同學(xué)(導(dǎo)師:唐明金研究員)使用蒸汽吸附分析儀測量了21種礦質(zhì)氣溶膠的質(zhì)量隨相對濕度(0-90%)的變化,從而定量闡明礦質(zhì)氣溶膠的吸濕性。這21種礦質(zhì)氣溶膠包括14種常見礦物(如石英、長石、石灰石和伊利石等)以及7種來自全球不同地區(qū)的實際沙塵(如圖1所示)。

圖1 (a)非洲和(b)亞洲實際沙塵樣品采樣點的地理分布
該研究發(fā)現(xiàn),這21種礦質(zhì)氣溶膠的吸濕性普遍較弱,其中粘土礦物和實際沙塵樣品的吸濕性強于其它礦質(zhì)氣溶膠。如圖2所示,當(dāng)相對濕度為90% 時,吸附水與干燥狀態(tài)下顆粒物的質(zhì)量比(mw/m0)為0.0011(石灰石)至0.3080(蒙脫石),所對應(yīng)的水分子表面覆蓋層數(shù)(θ)為1.26(白云石)至8.63(吐魯番降塵)。該研究還發(fā)現(xiàn),較大BET比表面積的礦質(zhì)氣溶膠通常具有更強的吸濕性能力,且Frenkel-Halsey-Hill吸附等溫線可以較好地描述水分子在礦質(zhì)氣溶膠表面的吸附量隨相對濕度的變化。上述研究結(jié)果有望顯著提高礦質(zhì)氣溶膠吸濕性的科學(xué)認(rèn)識,從而有助于更好地闡明礦質(zhì)氣溶膠在大氣化學(xué)和氣候變化中的作用。

圖2 (a)mw(90%)/m0與礦物樣品BET比表面積的關(guān)系;(b)θ(90%)與礦物樣品粒徑的關(guān)系
該項研究成果11月13日發(fā)表在Atmospheric Chemistry and Physics,受到基金委優(yōu)青項目(42022050)的資助。主要合作者包括廈門大學(xué)簡星副教授、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所中科院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點實驗室朱建喜研究員和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機地球化學(xué)國家重點實驗室王新明研究員等人。
文章信息:Chen, L. X. D., Peng, C., Gu, W. J., Fu, H. J., Jian, X., Zhang, H. H., Zhang, G. H., Zhu, J. X., Wang, X. M., and Tang, M. J.: On mineral dust aerosol hygroscopicity, Atmos. Chem. Phys., 20, 13611-13626, 2020.
論文鏈接:https://acp.copernicus.org/articles/20/13611/2020/
(有機地球化學(xué)國家重點實驗室供稿)

新聞動態(tài)