没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
氧同位素示踪夏季北冰洋(62.3°~74.7° N)大气硝酸盐形成途径的研究.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 114 浏览量
2023-02-23
20:20:06
上传
评论
收藏 499KB DOCX 举报
温馨提示
试读
18页
氧同位素示踪夏季北冰洋(62.3°~74.7° N)大气硝酸盐形成途径的研究.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
0 引言
北极作为全球气温升高最快的地区之一
[ 1-2]
,冰雪消融所带来的潜在物质
循环变化受到国内外广泛关注
[ 3-4]
。大气硝酸盐(包括颗粒态硝酸盐和气态硝
酸)是一种重要的含氮物质,由于溶解度高易附着到液滴或颗粒物表面,从而
沉降到积雪、海冰等冰冻圈要素中,并随着冰雪消融进入到海水中,对北极海
洋生态系统初级生产力起到调节作用
[ 4-5]
。因此,大气硝酸盐在北极氮的生物
地 球 化 学 循 环 中 起 着 不 可 忽 视 的 作 用 。 大 气 中 硝 酸 盐 主 要 来 自 于 氮 氧 化 物
(NO
X
=NO+NO
2
)的转化过程
[ 6-7 ]
。该过程涉及到 NO
X
的循环、氧化以及气
粒转化等众多反应(图 1),不仅关系到氮的生物地球化学循环,区域空气质
量(如北极霾
[ 8]
),还会引起臭氧(O
3
)、OH 自由基等大气氧化剂分布的变
化。因此,研究北极地区 NO
X
到硝酸盐的大气转化过程具有重要意义。
图 1
图 1 全球尺度上大气硝酸盐形成途径简图(括号中数字为 NO 到 NO
2
以及 NO
2
到
HNO
3
过程中各反应途径的全球年均贡献百分比
[7]
。X 代表元素 Br、Cl 和 I,HC 和
DMS 代表碳氢化合物和二甲基硫,MTN 和 ISOP 分别代表单萜和异戊二烯。灰色阴影
区域代表只发生在夜间硝酸盐的形成途径,黄色阴影区域代表只发生在白天的硝酸盐
的形成途径)
Fig.1 The diagram of nitrate formation pathways in global scale (Numbers
in the brackets show the global annual-mean contribution to NO
2
and nitrate
formation from model
[7]
. X represents Cl, Br and I, HC and DMS
represents hydrocarbons and dimethyl sulfide, respectively. MTN and ISOP
represents monoterpenes and isoprene, respectively. The grey and yellow
areas represent nitrate formation pathways that only significant in nighttime
and in daytime, respectively)
在 NO
X
到硝酸盐的转化过程中,各反应物的氧同位素特征(δ
17
O 和 δ
18
O)
会转移到产物中,从而为识别不同反应途径的相对重要性提供有用信息
[ 9]
。
尤其是硝酸盐的过量
17
O(Δ
17
O=δ
17
O–0.52δ
18
O),其产生之后不会随质量分
馏过程而改变
[ 10]
,能为探索硝酸盐的形成机制提供高精度的约束条件
[ 11]
。
如表 1 所示,对于给定的 α 值(即 O
3
和 XO 氧化在 NO 到 NO
2
过程的相对重
要性),NO+RO
2
反应生成的 RONO
2
水解(R1)、NO+HO
2
(R2)所产生的
Δ
17
O ( NO–33–) 最 低 , 均 为 13α‰ ; 其 次 是 NO
2
+OH ( R3 ) 和 NO
2
水 解
(R4),Δ
17
O(NO–33–)均为 26α‰;再次是 N
2
O
5
水解(R5),Δ
17
O(NO–
33–)为(26α+6.5)‰;其他反应,如 N
2
O
5
+Cl
–
(aq)(R6),NO
3
+HC/DMS
(R7),NO
3
水解(R8),XNO
3
水解(R9)以及 NO
3
+MTN/ISOP 产生的 RONO
2
水解(R10)所产生的 Δ
17
O(NO–33–)最高,为(26α+13)‰。因此,研究
人员可以通过对大气硝酸盐 Δ
17
O 的观测来评估相关大气化学过程的重要性
[ 7,
11-17]
。
表 1 不同反应途径产生的 Δ
17
O(NO–33–)假设
Table 1 The assumption of Δ
17
O(NO–33–) for different nitrate
production pathways
序
号
硝酸盐形成途径
Δ
17
O(NO–
33–)
a
/‰
说明
R1
RONO
2
+H
2
O
(aq)
13α
RONO
2
来自于
NO+RO
2
R2
NO+HO
2
13α
白天反应
R3
NO
2
+OH
26α
白天反应
R4
NO
2
+H
2
O
26α
R5
N
2
O
5
+H
2
O(aq)
26α+6.5
夜间反应
R6
N
2
O
5
+Cl
–
(aq)
26α+13
夜间反应
R7
NO
3
+HC/DMS
26α+13
夜间反应
R8
NO
3
+H
2
O(aq)
26α+13
夜间反应
R9
XNO
3
+H
2
O
(aq)
26α+13
R10
RONO
2
+H
2
O
(aq)
26α+13
RONO
2
来自于
NO
3
+MTN/ISOP
注:
a
假设 Δ
17
O(O
3
)=26‰
[20,23]
,并且 O
3
氧化过程中只有终端氧原子被转移,即 Δ
17
O
(O
3
*
)=1.5×Δ
17
O(O
3
)=39‰
[24-25]
。
新窗口打开| 下载 CSV
在海洋边界层内,Kamezaki 等
[ 18]
在 40° S 至 68° N 的太平洋对大气 Δ
17
O
(NO–33–)和光通量进行了观测,结果表明了 NO
2
+OH 反应的重要性;Shi
等
[ 12]
对我国南极科学考察航线上采集的气溶胶 Δ
17
O(NO–33–)进行了观测,
发现热带海区的大气硝酸盐主要由 NO
2
+OH 反应生成,但随着南向纬度的增
加,XNO
3
+H
2
O 和 NO
3
+DMS 反应的重要性升高;Savarino 等
[ 19]
在热带海洋
边界层基于 Δ
17
O(NO–33–)的观测和模拟表明 BrNO
3
水解过程不容忽视,对
该地区硝酸盐的贡献在 20%左右。在南极地区,研究人员对地面站点大气硝酸
盐 Δ
17
O 的观测范围在 23.0‰~43.1‰之间并且结果呈现冬季高夏季低的季节性
变化,研究发现这些变化与硝酸盐的形成途径变化有关,与 O
3
的 Δ
17
O 变化无
关
[ 20-22]
;对南极高雪积累率区域冰雪样品 Δ
17
O(NO–33–)的分析表明其沉积
后的分馏效应较小
[ 26]
,主要反映的是沉积时的大气信号
[ 27]
,这为探索历史
时 期 大 气 化 学 过 程 提 供 了 有 利 保 障 。 在 北 极 地 区 , 国 外 研 究 者 在 巴 罗
(Barrow: 71.3° N, 156.6° W) 、阿尔 伯特( Alert: 82.5° N, 62.3°
W)、新奥尔松(Ny-Ålesund: 78.7° N, 11.7° E)等地面站点对大气 Δ
17
O
(NO–33–)进行了分析并讨论了春季臭氧损耗事件中 BrO 对 NO
X
和硝酸盐的
影响
[ 28-31]
;Clark 等
[ 4]
对 82°~89° N 北冰洋的海冰,积雪和表层海水中的 Δ
17
O
(NO–33–)进行了分析,评估了大气沉降对海冰硝酸盐的贡献。Geng 等
[ 15]
和其他研究者
[ 32-34]
对 Summit(72.6° N, 38.5° W)地面站点冰雪样品进行
了 Δ
17
O(NO–33–)分析,评估了其沉积后分馏效应以及历史时期大气氧化过
程。对于北冰洋上大气硝酸盐的 Δ
17
O 特征,目前鲜有报道。这限制了我们对
该地区 NO
X
到硝酸盐相关大气化学过程的理解。
鉴于此,本研究利用在 2012 年中国第五次北极科学考察航线上收集到的
大气气溶胶样品,对夏季北冰洋航段上(62.3°~74.7° N)大气硝酸盐的氮氧同
位素(δ
15
N、δ
17
O 和 δ
18
O)进行了观测并以此为约束条件研究观测期间大气硝
酸盐的形成机制。
1 研究方法
剩余17页未读,继续阅读
资源评论
罗伯特之技术屋
- 粉丝: 3749
- 资源: 1万+
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功