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气溶胶传输中的Fe生成现象

时间:2023-09-24 理论教育 版权反馈
【摘要】:这意味着,细颗粒物的代表物Pb,在从中国的城市地区长距离传输到北太平洋地区的过程中,减少了100多倍。这就进一步证明了,海洋气溶胶中的Fe(Ⅱ),绝大部分是由亚洲大陆的沙尘气溶胶在长距离传输过程中通过Fe(Ⅲ)还原转化而生成。在气溶胶中,Fe(Ⅱ)占总Fe的比例高低,也许可以说明这些气溶胶在长距离传输过程中穿越云层的频率和时间多寡。

气溶胶传输中的Fe生成现象

在北京的沙尘暴样品中,检测到相当数量的Fe(Ⅱ);而在沙漠和沙尘暴源头地区的土壤中,采集到的黄土和小沙子样品中的Fe(Ⅱ)含量很低。这说明了Fe(Ⅱ)是在从沙尘暴源头地区经过长距离传输到北京的途中产生的。不过,在一万多千米以外北太平洋上空的海洋气溶胶中的Fe(Ⅱ),究竟是来自源头地区的黄土和小沙砾,还是在气溶胶长距离传输过程中产生的?我们可以用Pb作为参比元素,来解答这一问题。北太平洋地区的Pb,主要来源于亚洲大陆的人为源,而且主要存在于亚微米级的气溶胶细颗粒物中。在典型的城市地区,例如北京,Pb的浓度值在每立方米几十到几百纳克[17],而在太平洋中部观测到的Pb平均浓度值,从瓦胡岛的2 ng·m-3[22],到20°N—50°N[1]地区的0.33~1.1 ng·m-3[23]。这意味着,细颗粒物的代表物Pb,在从中国的城市地区长距离传输到北太平洋地区的过程中,减少了100多倍。也就是说,即使在源头地区,所有的Fe(Ⅱ)都存在于细颗粒物中,也只有很小的一部分能够传输到北太平洋地区。而海洋气溶胶中的Fe(Ⅱ)浓度(在瓦胡岛为15~56 ng·m-3,在中途岛为16~135 ng·m-3),与西安城市气溶胶中的Fe(Ⅱ)浓度(120~210 ng·m-3)很接近。这就进一步证明了,海洋气溶胶中的Fe(Ⅱ),绝大部分是由亚洲大陆的沙尘气溶胶在长距离传输过程中通过Fe(Ⅲ)还原转化而生成。

B.C.Faust和J.Hoigne[16]认为,Fe(Ⅲ)的光还原反应是云层、雾水和雨水中OH·自由基的主要来源。他们测定了在波长为313 nm时光解为[Fe(Ⅱ)(H 2 O)62++OH·aq量子效率为0.14±0.04,此值是早先较为保守的估计值0.02[13]的7倍。此光解反应可能就是远洋气溶胶中产生Fe(Ⅱ)的关键反应。Fe(Ⅲ)与OH-在水中的络合物的存在形式,与p H直接有关。在p H约2.5~5,[Fe(Ⅲ)(OH)(H 2 O)52+是主要存在形式;而在p H≤2.5,[Fe(Ⅲ)(H 2 O)63+是主要存在形式。雨水中的p H值一般是3.5~5.5,而在非城市地区的云滴p H的典型值是大约3.5[24]或更低一点。但海洋气溶胶因周围相对湿度较高,其表层水溶液的p H可低至1.0[25]。大气中[Fe(Ⅲ)(H 2 O)63+离子因吸收光谱太阳光波段没有明显重叠,其光解反应不是OH·自由基的主要来源[13,15]。如果气溶胶在长距离传输中不经过云层,那么产生Fe(Ⅱ)的主要络合离子是[Fe(Ⅲ)(H 2 O)63+,因而产生的Fe(Ⅱ)将会很少。这意味着,在传输过程中经过云层和雨水冲刷的颗粒物所含的Fe(Ⅱ),要比不经过云层的高。这可能解释了,为什么在远洋气溶胶中,Fe(Ⅱ)占总Fe的比例有一个较宽的范围。在气溶胶中,Fe(Ⅱ)占总Fe的比例高低,也许可以说明这些气溶胶在长距离传输过程中穿越云层的频率和时间多寡。当然,Fe(Ⅱ)在传输过程产生,也很可能再被氧化成Fe(Ⅲ)[26,27],因此Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)的比率很可能处于准稳态。此比率取决于其所经历途径的p H,及在途中可用于氧化Fe(Ⅱ)的物质多少。(www.xing528.com)

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