大气化学将污染物保持在空气中
大气中的硝酸盐会降低空气质量，并在气候变化中发挥重要作用。 由北海道大学研究人员领导的一个国际团队揭示了大气中的化学过程如何导致尽管过去几十年的排放量有所减少，但硝酸盐含量仍然居高不下。 这些发现发表在《自然通讯》上，将通过提高我们评估和预测大气硝酸盐水平的能力来帮助改进气候建模。 常压硝酸盐水平在 1970 年至 2000 年之间达到峰值。 自 1990 年代以来，随着硝酸盐前体排放量的减少，硝酸盐水平有所下降，但硝酸盐水平的下降小于前体排放量的下降——某种东西将硝酸盐留在大气中。 硝酸盐可以以气态或颗粒形式存在于大气中。 气态硝酸盐更容易从大气中沉积出来，而颗粒形式——尤其是更细的颗粒——可以长距离运输。 因此，了解气态硝酸盐和颗粒硝酸盐之间的平衡对于了解大气动力学和硝酸盐的持久性非常重要。 大气硝酸盐在源区的持久性可以用缓冲效应来解释，其中气态硝酸盐转化为颗粒硝酸盐，从而促进了它们的持久性。 这种缓冲在长期时间和长距离上的影响尚不清楚，但硝酸盐沉积在北极的冰芯显示出与大气中硝酸盐相同的模式。 这些地点远离源头，因此持续的高沉积速率并不能反映源头附近的局部过程，而一定是由于大气传输和大气中的其他过程。 为了了解这些动态，由北海道大学低温科学研究所 Yoshinori Iizuka 教授领导的研究小组在 1800 年至 2020 年期间研究了 1800 年至 2020 年的硝酸盐沉积历史取自格陵兰岛东南部的冰芯。 正如预期的那样，核心内的硝酸盐含量从 1850 年代开始增加，在 1970 年代和 2000 年代之间达到顶峰，然后略有下降但仍然很高。 总体而言，直到 1970 年代硝酸盐的增加比前体的增加更缓慢，并且 1990 年代之后的减少也比前体排放的减少更慢且更小。 硝酸盐的延迟效应和持久性表明排放以外的因素的前体正在影响硝酸盐水平。 研究人员使用全球化学传输模型研究了这些因素，发现硝酸盐和前体物水平之间的差异与大气酸度相关，而与气温等其他气象因素无关。 换句话说，硝酸盐的持久性是由大气中发生的化学过程驱动的，而不是气象条件或大气动力学。 大气变化酸度改变了气态或颗粒状硝酸盐的比例。 这会影响硝酸盐在大气中的寿命。 大气中的酸度增加了颗粒形式的硝酸盐的含量，使这种污染物能够持续更长时间并传播得更远。 “我们的研究是第一项为冰芯中颗粒硝酸盐记录提供准确信息的研究，这一直是一个非常具有挑战性的问题，”饭冢说。 “由于更难减少人为因素导致硝酸盐增加的物质排放，对冰芯中硝酸盐颗粒物的准确测量为提高预测未来北极变暖放大的准确性提供了数据。 “很难从冰芯中呈现准确的硝酸盐，但我们的团队这次能够做到这一点。” 饭冢说。 “未来，硝酸盐将取代硫酸盐成为北极的主要气溶胶，这表明这一结果将导致未来更高的准确性对北极变暖放大的预测。