科研進展

廣州地化所:西北地區氣溶膠Fe可溶性的季節變化

發布時間:2023-03-24 來源:廣州地球化學研究所
  Fe是生命必需的微量營養元素之一,缺Fe限制了很多海洋地區的初級生產力。氣溶膠沉降是開放大洋表層海水中可溶性Fe的主要來源,對海洋生物地球化學循環和初級生產力有重要影響。氣溶膠Fe 可溶性的不確定性限制了數值模擬準確評估可溶性 Fe 大氣沉降通量。目前尚不清楚實際氣溶膠Fe可溶性的影響因素及機制,也未能定量區分一次排放和二次反應對氣溶膠Fe可溶性的影響。
  中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士研究生張歡歡(導師:唐明金研究員)在我們西北內陸城市地區開展了外場觀測,研究了氣溶膠Fe含量及可溶性的粒徑差異和季節差異,探討了一次排放和二次反應對該研究地區粗粒子(>1 μm)和細粒子(<1 μm)中氣溶膠Fe可溶性的貢獻。研究結果近日在《大氣化學與物理》(Atmospheric Chemistry and Physics)發表。
  
  圖1. 各個季節粗細粒子中可溶性Fe與鉀離子的相關性。
  該研究發現,研究區粗、細粒子總Fe含量在夏季最低;除夏季外,粗粒子總Fe含量無明顯差異;細粒子則在春季最高,冬季次之,秋季最低。研究區秋季和冬季粗細粒子中可溶性Fe含量整體高于春季和夏季,且所有季節細粒子中可溶性Fe含量均顯著高于粗粒子。沙塵源是研究區總Fe的主要來源,然而沙塵源對可溶性Fe的貢獻并不顯著;酸化反應、生物質燃燒以及機動車排放、燃煤和金屬冶煉等對研究區可溶性Fe有顯著貢獻。
  該研究還發現,研究區粗粒子中Fe可溶性在冬季最高(中值:0.79%),春季最低(中值:0.38%);細粒子中Fe可溶性在秋季最高(中值:1.79%),春季最低(中值:0.42%)。除春季外,細粒子中Fe可溶性均顯著高于粗粒子(圖2a)。酸化反應能夠顯著增強研究區地區氣溶膠Fe可溶性,且該增強作用在粗粒子中更為顯著;然而,在相同的氣溶膠酸度或相對濕度范圍內,細粒子Fe可溶性顯著高于粗粒子(圖2b),這可能意味著細粒子Fe可溶性受燃燒源和人為源的影響更為顯著。此外,研究區粗粒子和細粒子中Fe可溶性均隨氣溶膠酸度和相對濕度的升高而增大,表明氣溶膠酸度和含水量在化學反應提高氣溶膠Fe可溶性的過程中起著重要作用。
  
  圖2. (a) 不同季節粗細粒子的Fe可溶性;(b) 不同氣溶膠pH范圍內粗細粒子的Fe可溶性。
  該研究獲國家自然科學基金委(42022050、42277088)和中國博士后科學基金會(2021M703222)等項目資助。
  文章信息:Zhang, H. H.(張歡歡), Li, R.(李銳), Huang, C. P.(黃承鵬), Li, X. F.(李小飛), Dong, S. W.(董書偉), Wang, F.(王甫), Li, T. T.(李婷婷), Chen, Y. Z.(陳奕竹), Zhang, G. H.(張國華), Ren, Y.(任燕), Chen, Q. C.(陳慶彩), Huang, R. J.(黃汝錦), Chen, S. Y.(陳思宇), Xue, T.(薛濤), Wang, X. M.(王新明), and Tang, M. J.(唐明金): Seasonal variation of aerosol iron solubility in coarse and fine particles at an inland city in northwestern China, Atmo. Chem. Phys., 23, 3543-3559, 2023.

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