大气气溶胶和雾霾：19.5倍Fe-S耦合反馈机制探究

XPS在沙尘暴颗粒物表面检测到占总铁量近一半的Fe（Ⅱ）。HPLC在对2002年特大沙尘暴气溶胶的整体分析中，再次检测到绝对量分别高达2.5和0.7μg·m-3的Fe（Ⅱ），占总铁量的5.3%和1.3%。在2000年北京巨大沙尘暴的气溶胶中，Fe（Ⅱ）高达1.8～4.3μg·m-3，占1.4%～2.6%［13］。气溶胶从亚洲中部途经北京最后到达北太平洋的传输中，Fe（Ⅱ）占总铁的比例从在黄土样品中的不到1%，到海洋气溶胶样品中的大于50%［17，24］。如上所述，Fe（Ⅱ）很可能是沙尘中的Fe（Ⅲ）被大气中包括低价硫在内的各种还原剂所还原的产物，而低价硫则被氧化为硫酸盐。亚洲沙尘暴提供中国沿海以至北太平洋浮游生物所必需的Fe（Ⅱ）。海洋表层的浮游生物随Fe（Ⅱ）的增加而增加，导致浮游生物的排放物二甲基硫（DMS）增加。DMS的增加又导致海洋大气中S（Ⅳ）及硫酸盐气溶胶的增加，从而又导致海洋生物所必需的Fe（Ⅱ）增加。如此反复循环不已。硫酸盐气溶胶的大量增加，因其对太阳辐射的负强迫，将致使全球产生降温效应。特大沙尘暴气溶胶中Fe（Ⅱ）的发现及其与硫酸盐（SO 24-）浓度的正相关，再次提供了大气海洋物质交换中Fe-S耦合反馈机制的现场证据。大气和海洋中的这一Fe-S循环耦合反馈机制，可能直接影响了全球环境与气候的变化。

综上所述，本研究采用XPS技术对2002年北京特大沙尘暴颗粒物进行了表面元素的化学形态表征。颗粒物表面的Fe，主要以氧化物、硫酸盐、硅酸盐、FeOOH的形式存在，还有部分附着、黏附在SiO2、Al2 O3颗粒上。颗粒物表面的S主要以硫酸盐存在。Al、Si主要以Al2 O3、SiO2的形式存在。沙尘暴期间，颗粒物表面以Fe（Ⅱ）形式存在的FeS和FeSO 4高达44.3%和45.6%，沙尘暴颗粒物整体样品中的Fe（Ⅱ）占总铁的1.3%～5.3%。沙尘暴期间，颗粒物表面Fe（Ⅲ）由原来的Fe2（SO4）3变成Fe2（SO4）3（NH 4）2 SO4·24H 2 O，占48.0%。在沙尘暴传输过程中，颗粒物表面生成了（NH 4）2 SO4。污染物气溶胶与沙尘的混合，有利于沙尘暴颗粒物表面的气-固转化反应。上述数据提供了气溶胶传输中Fe-S耦合机制的重要证据，也进一步证实了沙尘暴对全球环境和气候变化之重要影响。

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