冰核顆粒物是指在大氣中可以引起水蒸汽發生凝華或過冷液滴發生凍結而形成冰晶的氣溶膠顆粒物。通常情况下，純水通過均質核化過程形成冰晶只能在-38攝氏度以下發生，而冰核顆粒物的存在可以使冰晶在相對更高的溫度下形成。囙此，冰核顆粒物將影響雲的形成、性質和壽命，繼而影響地球系統的輻射和能量平衡以及降水的形成。礦質顆粒物是對流層中最重要的冰核顆粒物之一。已有研究表明，礦質顆粒物與二氧化氮的非均相反應在氮氧化物的去除、臭氧和硝酸鹽的形成中起著重要作用。然而，二氧化氮的非均相反應對礦質顆粒物冰核活性的影響仍有待闡明。
中科院廣州地化所有機地球化學國家重點實驗室、深地科學卓越中心博士生陳蘭夏迪（導師：唐明金研究員）自主開發了一種測定大氣顆粒物冰核活性的方法（Guangzhou Institute of Geochemistry Ice Nucleation Apparatus，GIGINA），並通過一系列表徵實驗驗證了該方法的可行性。基於該方法，研究了相對濕度為40%時二氧化氮的非均相反應對長石與亞利桑那沙塵冰核活性的影響。研究結果近日由我國主辦的高水准英文學術期刊Journal of Environmental Science正式發表。
圖1：二氧化氮的非均相反應對礦質顆粒物冰核活性的影響
該研究發現二氧化氮的非均相反應可顯著降低長石和亞利桑那沙塵的冰核活性。在反應0-6 h期間，長石顆粒物表面生成的硝酸鹽含量隨反應時間的新增而逐漸升高；同時，長石的冰核活性逐漸降低。然而，當反應時間進一步延長至24 h時，長石的硝酸鹽含量與冰核活性並沒有發生顯著改變。另外，在反應0-24 h期間，亞利桑那沙塵的硝酸鹽含量隨反應時間的新增而逐漸升高；同時，亞利桑那沙塵的冰核活性逐漸降低。此外，該研究還發現二氧化氮的非均相反應對長石和亞利桑那沙塵的影響存在顯著差异。該研究有助於我們更好地瞭解二氧化氮的非均相反應對礦質顆粒物冰核活性的影響，也將從基礎水准上揭示顆粒物冰核活性位點的性質。
圖2：與二氧化氮非均相反應前後長石顆粒物冰核活性的變化。（a）凍結率（fice）；（b）組織面積活性比特點數（ns）
該研究由基金委優秀青年科學基金項目（42022050）、廣東省基礎與應用基礎研究基金（2020B1515130003）等項目的資助。主要合作者包括北京大學吳志軍研究員等人。
文章資訊：Chen，L.，Peng，C.，Chen，J.，Chen，J.，Gu，W.，Jia，X.，Wu，Z.，Wang，Q.，and Tang，M.：Effects of heterogeneous reaction with NO2 on ice nucleation activities of feldspar and Arizona Test Dust，J. Environ.Sci.，127，210-221，2023.
文章連結