新研究：海洋大气“自我净化”，氢氧自由基（OH）功不可没

氢氧自由基（OH）是大气中一种最重要的氧化剂，对流层大气中几乎所有的可被氧化的量气体主要是通过与OH反应而被转化和去除。OH作为大气中最重要的氧化剂，维持着对流层的氧化能力，对大气自净和气态污染物向颗粒态污染物的转化过程都发挥着至关重要的作用。近日，《科学进展》（Science Advances）上发表了约克大学（University of York）的一项新研究：科学家们对大气的“自清洁”能力有了新的认识。

（图源：Pixabay/CC0 Public Domain）

长期以来，颗粒物硝酸盐 (pNO−3) 一直被认为是氮氧化合物（一氧化碳和二氧化碳）的永久吸收槽，可去除对空气质量至关重要并影响全球大气自清洁能力的气态污染物。越来越多的证据表明，颗粒物硝酸盐的光解可以将笑气（nitrous oxide，HONO）和氮氧化合物循环回气相（gas phase），这对对流层臭氧和氢氧自由基（OH）预算，具有潜在的重要影响；然而，“再氧化”光解速率常数存在很大差异。在遥远的大西洋对流层使用飞机和地面笑气（HONO）观测，显示了混合海洋气溶胶发生再氧化的证据，其效率随着相对湿度的增加而增加，并随着颗粒物硝酸盐的浓度而降低，从而在很大程度上调和了非常大的差异在多个实验室和现场研究中发现的再氧化光解速率常数。从气溶胶中主动释放笑气HONO对污染和清洁环境中的大气氧化剂如OH和臭氧具有重要意义。

这种自清洁过程对于去除气态污染物和调节大气中的甲烷等温室气体至关重要。研究人员已经意识到大气层具有这种“自我清洁”的能力，但在约克大学的一项新研究中，专家们现展示了一种新的过程，可以提高海洋大气的自我清洁能力。

利用飞机和地面观测相结合的方法，科学家们能够确认在遥远的大西洋对流层中广泛存在笑气，这是由所谓的“再氧化作用”形成的，由此硝酸盐气溶胶的光解将氮氧化物（NOx）和笑气返回到海洋大气中。历史上，硝酸盐气溶胶被认为是氮氧化物的永久沉淀。这一新的过程可以提高大气在全球范围内自我净化的能力。

科学家们表示，发表在《科学进展》上的这一发现可能对大气化学有重大意义，并在很大程度上调和了人们对肾氧化作用重要性的普遍不确定性。在英国自然环境研究理事会（NERC）的支持下，沃尔夫森大气化学实验室（WACL）的科学家于2019年8月和2020年2月在佛得角及其周边地区进行了广泛的飞机和地面观测。

主要作者露西·卡彭特（Lucy Carpenter）教授说：“重要的是，观察结果表明，再氧化效率随着相对湿度的增加而增加，并随着硝酸盐浓度的增加而降低。这一观察结果调和了多个实验室和实地研究中发现的再氧化率的巨大差异。这也与气溶胶表面发生的再氧化反应一致，而不是在气溶胶内部发生，这是一个令人兴奋的新发现，对模型中如何控制和参数化这一基本过程具有影响。”

氮氧化物在硝酸盐气溶胶上的再循环可能对大气氧化剂（例如对流层臭氧，一种重要的温室气体）的趋势和分布具有重要的、不断增加的和尚未探索的影响。

参考资料

DOI: 10.1126/sciadv.add6266. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6266

https://phys.org/news/2023-01-self-cleaning-marine-atmosphere.html

整理：Daisy

审核：Sara

编辑：Pierre