JGR-A: 中国干旱/半干旱地区盐尘暴大气颗粒物吸湿性

唐明金 研究员

由干旱和半干旱地区地表排放进入大气的矿质颗粒物是一种非常重要的大气颗粒物,其年排放量居于全球第二位,而大气含量则居于全球第一位。一般认为,这些矿质颗粒物主要由石英、长石、伊利石、高岭石、蒙脱石和碳酸盐矿物组成,其吸湿性很弱。最近几年的外场观测表明,矿质颗粒物,尤其是从干盐湖和盐碱地表面排放进入大气的矿质颗粒物,除了上述吸湿性很弱的矿物之外,往往还含有一定量的水溶性盐(如氯化钠和硫酸钠等)。与沙尘暴相对应,这类矿质颗粒物常被俗称为盐尘暴颗粒物。然而,目前关于盐尘暴大气颗粒物吸湿性的科学认识还基本上处于空白阶段。

图1:土壤样品采样点的地理分布

中国科学院广州地球化学研究所唐明金研究员课题组针对这一问题展开深入研究。他们购买和采集了十三个中国干旱和半干旱地区地表土壤样品(如图1所示,采样点东起黄河三角洲,西至新疆罗布泊),使用X射线衍射仪测定了这些样品的矿物组分,使用离子色谱仪分析了它们的水溶性离子成分,并使用蒸汽吸附分析仪研究了这些样品的吸湿性。研究发现,不同样品的吸湿性存在着很大的差异;具体来说,相对湿度为90%和<1%时颗粒物样品质量比(即吸湿增长因子)最小仅为1.02,最大则可达6.7。盐尘暴颗粒物的吸湿性主要决定于其矿物组分和水溶性离子成分;吸湿性较强的颗粒物往往含有一定量的石盐和芒硝,而这些颗粒物的吸湿性与水溶性阴阳离子的含量呈现出较好的相关性。该研究进一步基于水溶性阴阳离子的含量,使用气溶胶热力学模型(ISORROPIA-II)模拟了90%相对湿度下这些样品的吸湿增长因子,发现总体上计算结果与实测结果较为吻合。

图2:90%相对湿度下颗粒物样品的吸湿增长因子:计算结果与实测结果的对比。

该研究表明,某些矿质颗粒物可能具有一定乃至较强的吸湿性,这可能将改变我们关于矿质颗粒物吸湿性的科学认识,进而帮助我们更好地了解矿质颗粒物在大气化学和气候系统中的作用。

本项研究发表在Journal of Geophysical Research: Atmosphere上,受到国家自然科学基金委“中国大气复合污染的成因与应对机制的基础研究”重大研究计划(91744204和91644106)以及中国科学院“百人计划”等项目的资助。

论文信息:Tang, M. J., Zhang, H. H., Gu, W. J., Gao, J., Jian, X., Shi, G. L., Zhu, B. Q., Xie, L. H., Guo, L. Y., Gao, X. Y., Wang, Z., Zhang, G. H., and Wang, X. M.: Hygroscopic properties of saline mineral dust from different regions in China: geographical variations, compositional dependence and atmospheric implications, J. Geophys. Res.-Atmos, doi: 10.1029/2019jd031128, 2019.

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019JD031128