棕碳?xì)馊苣z通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射從而影響氣候，生物質(zhì)燃燒是棕碳?xì)馊苣z的重要來(lái)源。硝酸鹽在氣溶膠顆粒中占比逐年增加，然而硝酸鹽對(duì)棕碳發(fā)色團(tuán)的大氣轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響知之甚少。

中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所黃汝錦研究員團(tuán)隊(duì)研究了了生物質(zhì)燃燒的三種典型的發(fā)色團(tuán)(4-硝基兒茶酚、3-硝基水楊酸、3,4-二硝基苯酚）在不同的硝酸鹽濃度，pH和溫度下的液相光化學(xué)老化過(guò)程。研究表明：硝酸鹽濃度越高、溫度越高、溶液酸性越強(qiáng)，發(fā)色團(tuán)的光漂白速率越快。增加硝酸鹽濃度可顯著提高表觀光解速率，1 mmol/L硝酸鹽條件下，三種硝基酚的表觀光解速率是直接光解的3-3.5倍；溫度從0℃升高到30℃，表觀光解速率增加1.3-2.5倍。三種發(fā)色團(tuán)的光降解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)具有顯著差異，可能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。采用過(guò)濾式進(jìn)樣系統(tǒng)-化學(xué)電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜對(duì)這些發(fā)色團(tuán)的光化學(xué)老化的產(chǎn)物進(jìn)行了檢測(cè)。光氧化過(guò)程首先在發(fā)色團(tuán)的苯環(huán)上加入硝基和/或羥基，形成吸光效率更高的中間產(chǎn)物，出現(xiàn)短暫的光增強(qiáng)現(xiàn)象。進(jìn)一步光氧化會(huì)使中間產(chǎn)物發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng)，生成甲酸、乙醛酸、丙二酸和硝基丙酸等氧化程度更高的小分子，出現(xiàn)持續(xù)的光漂白現(xiàn)象。研究強(qiáng)調(diào)了硝酸鹽在棕碳發(fā)色團(tuán)液相光氧化中的關(guān)鍵作用，改變了其老化途徑，縮短了大氣壽命。鑒于近年來(lái)中國(guó)氣溶膠中硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐年增加，這些結(jié)果對(duì)更好地理解棕碳發(fā)色團(tuán)老化及其輻射強(qiáng)迫具有重要的意義。

該成果近期發(fā)表于《Environmental Science & Technology》期刊上。工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41925015、42277092和42107126)，中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略重點(diǎn)研究計(jì)劃(XDB40000000)，中國(guó)科學(xué)院項(xiàng)目(ZDBS-LY-DQC001)和新基石科學(xué)基金會(huì)科學(xué)探索獎(jiǎng)的支持。

Yi Liu, Ru-Jin Huang, Chunshui Lin, Wei Yuan, Yong Jie Li, Haobin Zhong, Lu Yang, Ting Wang, Wei Huang, Wei Xu, Dan Dan Huang, Cheng Huang: Nitrate-Photolysis Shortens the Lifetimes of Brown Carbon Tracers from Biomass Burning,?Environmental Science & Technology

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c06123

圖 1. 4-NC、3-NSA和3,4-DNP在直接光解(左)和添加硝酸鹽(1 mM) (右)的液相光老化過(guò)程中吸收光譜演變。

圖 2. 硝酸鹽參與的4-NC、3-NSA和3,4-DNP液相光氧化過(guò)程在不同條件下的大氣半衰期τ1/2。