廣州地化所揭示代表性礦質氣溶膠的吸溼性

2020-11-17 嶺南科苑

礦質氣溶膠作為對流層中最重要的氣溶膠之一，顯著影響全球大氣汙染、氣候變化以及生物地球化學循環。吸溼性在很大程度上決定了礦質氣溶膠對大氣化學和氣候的影響。但是由於礦質氣溶膠形貌不規則、吸溼性普遍較弱，現有技術很難準確測定礦質氣溶膠的吸溼性。

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2019級直博生陳蘭夏迪同學（導師：唐明金研究員）使用蒸汽吸附分析儀測量了21種礦質氣溶膠的質量隨相對溼度（0-90%）的變化，從而定量闡明礦質氣溶膠的吸溼性。這21種礦質氣溶膠包括14種常見礦物（如石英、長石、石灰石和伊利石等）以及7種來自全球不同地區的實際沙塵（如圖1所示）。

圖1 （a）非洲和（b）亞洲實際沙塵樣品採樣點的地理分布

該研究發現，這21種礦質氣溶膠的吸溼性普遍較弱，其中粘土礦物和實際沙塵樣品的吸溼性強於其它礦質氣溶膠。如圖2所示，當相對溼度為90%時，吸附水與乾燥狀態下顆粒物的質量比（mw/m0）為0.0011（石灰石）至0.3080（蒙脫石），所對應的水分子表面覆蓋層數（θ）為1.26（白雲石）至8.63（吐魯番降塵）。該研究還發現，較大BET比表面積的礦質氣溶膠通常具有更強的吸溼性能力，且Frenkel-Halsey-Hill吸附等溫線可以較好地描述水分子在礦質氣溶膠表面的吸附量隨相對溼度的變化。上述研究結果有望顯著提高礦質氣溶膠吸溼性的科學認識，從而有助於更好地闡明礦質氣溶膠在大氣化學和氣候變化中的作用。

圖2 （a）mw(90%)/m0與礦物樣品BET比表面積的關係；（b）θ(90%)與礦物樣品粒徑的關係

該項研究成果11月13日發表在Atmospheric Chemistry and Physics，受到基金委優青項目（42022050）的資助。主要合作者包括廈門大學簡星副教授、中國科學院廣州地球化學研究所中科院礦物學與成礦學重點實驗室朱建喜研究員和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王新明研究員等人。

文章信息：Chen, L. X. D., Peng, C., Gu, W. J., Fu, H. J., Jian, X., Zhang, H. H., Zhang, G. H., Zhu, J. X., Wang, X. M., and Tang, M. J.: On mineral dust aerosol hygroscopicity, Atmos. Chem. Phys., 20, 13611-13626, 2020.

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