大气中甲磺酸盐的云凝结核活性

唐明金 研究员

由海洋浮游植物排放的二甲基硫是大气中最重要的含硫化合物之一,其排放量为海洋天然硫排放总量的95%和全球硫排放总量的1/8左右。进入大气之后,二甲基硫将被OH和NO3等大气氧化剂氧化,最终形成硫酸盐气溶胶。除了硫酸盐之外,甲磺酸盐也是二甲基硫大气氧化的重要产物之一;在海洋大气颗粒物中,甲磺酸盐的质量浓度可达非海盐硫酸盐质量浓度的10%。硫酸盐和甲磺酸盐气溶胶通过作为云凝结核,影响地球系统的辐射和能量平衡。但是,目前还没有关于甲磺酸盐云凝结核活性的研究。

中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室唐明金研究员课题组首次测定了甲磺酸钠、甲磺酸钙和甲磺酸钾的云凝结核活性,研究成果近日发表在Atmospheric Environment上。该研究发现,这三种甲磺酸盐具有较强的云凝结核活性,其kappa值分别为0.46、0.37和0.47。此外,该研究还测定了甲磺酸钠/氯化钠和甲磺酸钠/海盐混合颗粒物的云凝结核活性,发现当甲磺酸钠与氯化钠或海盐的质量比为1:10时,甲磺酸钠对氯化钠和海盐颗粒物云凝结核活性的影响很小。该研究认为,由于甲磺酸盐的云凝结核活性较强且其实际大气含量较小,一般情况下甲磺酸盐对实际大气中海盐气溶胶颗粒物云凝结核活性的影响可以忽略不计。这项研究对于进一步认识海洋气溶胶的物理化学性质以及二甲基硫的气候效应具有较为重要的意义。

本研究受到国家重点研发计划(2018YFC0213901)、自然科学基金委(91644106和 91744204)以及中国科学院“率先行动”百人计划的资助,主要合作者包括中国科学院地球环境研究所黄如锦研究员、北京大学吴志军研究员和胡敏教授、香港理工大学王哲教授和中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员等人。

(a)硫酸盐和甲磺酸钠颗粒物的云凝结核活化曲线;(b)海盐颗粒物和甲磺酸钠/海盐混合颗粒物(质量比为1:1)的云凝结核活化曲线。四种颗粒物的直径均为50纳米。

文章信息:Tang, M. J., Guo, L. Y., Bai, Y., Huang, R. J., Wu, Z. J., Wang, Z., Zhang, G. H., Ding, X., Hu, M., and Wang, X. M.: Impacts of methanesulfonate on the cloud condensation nucleation activity of sea salt aerosol, Atmos. Environ., 201, 13-17, 2019.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231018308914?via%3Dihub

延伸阅读:[1] Tang, M. J., Whitehead, J., Davidson, N. M., Pope, F. D., Alfarra, M. R., McFiggans, G., and Kalberer, M.: Cloud Condensation Nucleation Activities of Calcium Carbonate and its Atmospheric Ageing Products, Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 32194-32203, 2015.

[2] Tang, M. J., Li, M. Q., and Zhu, T.: Heterogeneous reactions of gaseous methanesulfonic acid with calcium carbonate and kaolinite particles, Sci. China-Chem., 53, 2657-2662, 2010.

[3] Tang, M. J., and Zhu, T.: Heterogeneous reactions of gaseous methanesulfonic acid with NaCl and sea salt particles, Sci. China Ser. B-Chem., 52, 93-100, 2009.