Блог

Jul 16, 2023

Новое образование и судьба изопреновых маркеров SOA, выявленных на основе полевых данных

npj Наука о климате и атмосфере, том 6, номер статьи: 69 (2023) Цитировать эту статью 868 Доступ 1 Подробности о альтметрических метриках Частичные 2-метилтетролы (2-MT) ​​и 2-метилглицериновая кислота (2-MG)

npj Наука о климате и атмосфере, том 6, Номер статьи: 69 (2023) Цитировать эту статью

868 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Твердые 2-метилтетролы (2-МТ) и 2-метилглицериновая кислота (2-МГ) обычно используются для указания на наличие вторичных органических аэрозолей (SOA), полученных из изопрена. Однако их формирование и судьба до конца не изучены. В этом исследовании мы показали, что частицы 2-MT и 2-MG, собранные на нескольких объектах мониторинга в широком диапазоне атмосферных условий и условий выбросов, с концентрациями, охватывающими шесть порядков величины, хорошо воспроизводятся с помощью расширенной схемы изопрена-SOA, внедренной в модель многомасштабного качества воздуха в сообществе (CMAQ). Схема учитывает их трехфазное (газ-водо-органическая фаза) разделение, образование в результате кислотных многофазных реакций и деградацию радикалами ОН в газовой и водной фазах. Результаты модели показывают, что для объяснения наблюдаемых концентраций 2-MT необходим неводный путь образования или прямая биогенная эмиссия в дополнение к обычно предполагаемому процессу многофазной реакции, управляемому кислотой. Этот недостающий путь обеспечивает 20–40% 2-MT в районах с pH аэрозоля <2 и более 70% в менее кислых условиях (pH ~ 2–5), например, в западных США и Китае. Типичное летнее фотохимическое время жизни 2-МТ и 2-МГ в газовой фазе оценивается в 4–6 и 20–30 часов соответственно, а их время жизни в водной среде составляет примерно 20–40 часов. Наше моделирование показывает, что на прогнозируемый 2-MT в основном влияет потеря водной фазы из-за OH, но 2-MG более чувствителен к потере OH в газовой фазе из-за преимущественного распределения двух трассеров в водной и газовой фазах соответственно.

Изопрен является наиболее распространенным неметановым биогенным летучим органическим соединением (ЛОС), выбрасываемым в атмосферу, с предполагаемыми ежегодными глобальными выбросами в 500–750 Тг1. Он обладает высокой реакционной способностью и может окисляться гидроксильным радикалом (OH)2,3, озоном (O3)4 и нитратным радикалом (NO3)5 с образованием полулетучих и малолетучих органических аэрозольных продуктов6,7,8,9,10. В регионах с более высокими выбросами изопрена, таких как восточная часть США (США), изопрен составляет более 45% летних вторичных органических аэрозолей (SOA)11.

Химический состав изопрена SOA широко исследовался в камерных экспериментах и ​​модельных исследованиях9,10,12,13. Среди идентифицированных разновидностей изопрена SOA 2-метилтетролы (2-MT, включая 2-метилтреитол и 2-метилэритрит)14 и 2-метилглицериновая кислота (2-MG) считаются уникальными индикаторными соединениями15,16 и широко используются для оценки общий SOA, полученный из изопрена, в полевых исследованиях17,18. Было обнаружено, что непосредственными предшественниками 2-MT и 2-MG являются водорастворимые продукты, а именно эпоксидиолы изопрена (IEPOX) в результате окисления изопрена OH в условиях низкого NOx9,19, а также эпоксид метакриловой кислоты (MAE) и гидроксиметил-метил- α-лактон (HMML), образующийся в условиях высокого содержания NOx10,20 соответственно. Считается, что образование 2-MT и 2-MG происходит главным образом в сильнокислой аэрозольной воде за счет необратимого поверхностного поглощения IEPOX и MAE/HMML, соответственно9,10,21,22. На основе этих исследований Пай и др.23 и Будислуистиорини и др.24 реализовали схему многофазных реакций в региональной модели химического переноса, чтобы явно предсказать образование 2-МТ и 2-МГ в аэрозольной воде.

Однако 2-MT и 2-MG также были обнаружены в аэрозольной фазе в сухих условиях и в некислых аэрозолях семян, полученных в лаборатории15,16,25,26,27. Было высказано предположение, что 2-MT в основном выделяется в газовой фазе из-за биологических процессов и стрессовых факторов окружающей среды28, а его конвективный восходящий поток и разделение частиц газа, как было показано, объясняют измерения IEPOX-SOA самолетами в верхней тропосфере над тропическими лесами Амазонки29. Эти исследования предполагают потенциальное существование неводных путей получения 2-МТ из изопрена. Хотя Budisluistiorini et al. показали, что два индикатора можно разумно оценить исключительно на основе многофазных реакций, вызванных кислотой, их обработка двух индикаторов как нелетучих и нереактивных частиц может компенсировать потенциально отсутствующие неводные пути23,30. На самом деле, в полевых экспериментах трассеры были обнаружены в значительных количествах в газовой фазе и фазах частиц, что позволяет предположить, что оба вида, вероятно, являются полулетучими31,32,33. Кроме того, реакции окисления 2-MT и 2-MG радикалами OH в газовой и водной фазах могут быть эффективными путями удаления, которые не рассматривались в модельных исследованиях28,34,35,36.