大气气溶胶的化学组成及作用

大气气溶胶由矿物质、有机组分、二次无机组分（主要有硫酸盐、硝酸盐、铵盐等）和黑碳^[1]等组成。在沿海或海洋上空的海洋气溶胶中，海盐也是主要组分。矿物质，即矿物气溶胶，表面一般呈碱性，易于吸收酸性氧化物如二氧化硫（SO 2）、氮氧化物（NO x），并与之反应。沙尘携带大量的矿物气溶胶细颗粒物，提供了积聚污染物（经由吸附、表面络合、自由基光化学反应、复相反应）的极好载体。沙尘吸收SO 2，然后通过与OH自由基、O2、H 2 O等成分在大气中发生反应而形成硫酸盐。矿物气溶胶表面形成的硫酸盐，又可提高沙尘颗粒物作为凝结核的能力，并有助于雾霾和云的形成。二次无机组分是细颗粒PM 2.5中的重要组分，占PM 2.5总质量的30%～42%。SO 2、NO x在大气中的氧化及其后与氨气（NH 3）的反应和气-固转化，是二次无机组分（主要有硫酸盐、硝酸盐、铵盐等）形成的主要途径。矿物质的含量一般在粗颗粒中较高，而有机组分和二次无机组分在细颗粒中较高。在有机组分即有机气溶胶中，有直接来自污染的一次有机气溶胶，也有经化学转化形成的二次有机气溶胶。挥发性有机物（volatile organic compound，VOC）和NO x氧化过程中的气-固转化，是二次有机气溶胶形成的主要途径。M.O.Andreae和P.L.Crutzen［1］估计，全世界二次形成的有机气溶胶，年产量为30～270 Tg^[2]，与全世界的硫酸盐总年产量（90～140 Tg）可以相比较。

就溶解度而言，大气气溶胶的化学组分可分为水可溶性与难溶性两大类。水溶性的离子组分主要有SO 2-4、NO-3、Cl-、F-、NO-2、PO 3-4等无机阴离子和Na+、NH+4、K+、Mg2+、Ca2+等无机阳离子，以及甲酸、乙酸、草酸、丙二酸、丁二酸等有机阴离子，占大气中颗粒物总质量的30%左右，是大气气溶胶的重要组成部分。气溶胶水溶性离子与当今全球环境面临的三大问题——大气环境酸化、臭氧层破坏以及温室效应，都有密切的关系。大气气溶胶的生成过程，可以加快NO-3、SO 2-4、HCOO-、CH 3 COO-、C2 O 2-4等酸根离子的生成速率，从而加重大气的酸化程度；中纬度地区平流层臭氧的耗损，不能仅用气相反应机理来解释，还应包括硫酸盐气溶胶表面上的非均相化学反应过程；水溶性组分的亲水性，使气溶胶更易作为云凝结核（cloud condensation nucleus，CCN），从而影响大气辐射平衡，其中硫酸盐气溶胶对CCN的贡献很大，会引发云、雾和霾的形成，改变云的反射率，导致降温效应。气溶胶中的水溶性离子，对人体健康和全球生物地球化学循环也有重要的影响。由人为污染形成的有毒物质，大多是水溶性的，更易被人体吸收，同时这些水溶性离子大多分布在积聚模式中，更易进入呼吸道，对健康影响更大。气溶胶中的水溶性营养组分PO 3-4、NO-3、K+等，会促进生物生长。气溶胶远距离传输并沉降到海洋表层，会直接影响海洋的初级生产力。甲酸、乙酸、草酸作为电子给予体，可改变三价铁［Fe（Ⅲ）］还原为二价铁［Fe（Ⅱ）］的速率，影响大气中Fe和硫酸盐的浓度，从而影响S和Fe的生物地球化学循环，进而影响全球气候和环境变化。大气气溶胶中的各种化学成分进入云水或降水体系，会直接影响云水和降水体系的酸碱性和酸化缓冲能力，可能促进或抑制降水的酸化。(www.xing528.com)