Том 37, номер 12, статья № 4

Аннотация:

Атмосферный аэрозоль оказывает значительное влияние на качество воздуха, климат, а также здоровье людей. Проведенное в работе сравнение данных мониторинга газовых примесей и ионного состава аэрозоля в приземной атмосфере над Антверпеном и Пекином показало, что уровень гигроскопичности частиц плотной дымки над Пекином в зимнее время определяет глубина гетерогенных реакций образования сульфатов и нитратов. Обсуждаются динамика и механизмы этих нефотохимических процессов, а также особенности сопряжения нефотохимических процессов в загрязненной дымкой атмосфере. Их быстрое протекание в частицах в сочетании с поглощением из воздуха водяного пара служит причиной аномально высоких массовых концентраций аэрозоля и их изменчивости в период дымки над Пекином. Полученные в работе данные необходимы в прогнозах возникновения плотных дымок, а также при построении моделей переноса газовых и аэрозольных микропримесей в атмосфере.

Ключевые слова:

аэрозольная дымка, гигроскопичность, сульфаты, нитраты, вырождено-разветвленный режим, ионы Mn/Fe

Список литературы:

1. Andreae M.O., Jones C.D., Cox P.M. Strong present-day cooling implies a hot future // Nature. 2005. V. 435, N 7046. P. 1187–1190. DOI: 10.1038/nature03671.
2. Wang Y., Zhang Q., Jiang J., Zhou W., Wang B., He K., Duan F., Zhang Q., Philip S., Xie Y. Enhanced sulfate formation during China's severe winter haze episode in January 2013 missing from current models // J. Geophys. Res.: Atmos. 2014. V. 119, N 17. P. 10425–10440. DOI: 10.1002/2013JD021426.
3. Liu M., Song Y., Zhou T., Xu Zh., Yan C., Zheng M., Wu Zh., Hu M., Wu Y., Zhu T. Fine particle pH during severe haze episodes in northern China // Geophys. Res. Lett. 2017. V. 44, N 10. P. 5213–5221. DOI: 10.1002/2017GL073210.
4. Liu T., Clegg S.L., Abbatt J.P.D. Fast oxidation of sulfur dioxide by hydrogen peroxide in deliquesced aerosol particles // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2020. V. 117, N 3. P. 1354–1359. DOI: 10.1073/pnas.1916401117.
5. Liu P., Ye C., Xue Ch,, Zhang Ch., Mu Yu., Sun X. Formation mechanisms of atmospheric nitrate and sulfate during the winter haze pollution periods in Beijing: Gas-phase, heterogeneous and aqueous-phase chemistry // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 7. P. 4153–4165. DOI: 10.5194/acp-20-4153-2020.
6. Wang Y., Zhang F., Li Z., Tan H., Xu H., Ren J., Zhao J., Du W., Sun Y. Enhanced hydrophobicity and volatility of submicron aerosols under severe emission control conditions in Beijing // Atmos. Chem. Phys. 2017. V. 17, N 8. P. 5239–5251. DOI: 10.5194/acp-17-5239-2017.
7. Виноградова А.А., Губанова Д.П., Иорданский М.А., Скороход А.И. Влияние метеорологических условий и дальнего переноса воздушных масс на состав приземного аэрозоля в Москве в зимние сезоны // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 6. С. 436–446. DOI: 10.15372/AOO20220602; Vinogradova A.A., Gubanova D.P., Iordanskii M.A., Skorokhod A.I. The influence of meteorological conditions and long-range air mass transport on the winter near-surface aerosol composition in Moscow // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35, N 6. P. 758–768.
8. Яушева Е.П., Гладких В.А., Камардин А.П., Шмаргунов В.П. Экстремальные аэрозольные загрязнения атмосферы в зимний период в Академгородке г. Томска // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 9. С. 711–717. DOI: 10.15372/AOO20230902; Yausheva E.P., Gladkikh V.A., Kamardin A.P., Shmargunov V.P. Extreme events of aerosol pollution of the atmosphere in winter in Tomsk Akademgorodok // Atmos. Ocean. Opt. 2023. V. 36, N S1. P. S65–S73.
9. Zheng G.J., Duan F.K., Su H., Ma Y.L., Cheng Y., Zheng B., Huang T., Kimoto T., Chang D., Pöshl U., Cheng Y.F., He K.B. Exploring the severe winter haze in Beijing: The impact of synoptic weather, regional transport and heterogeneous reactions // Atmos. Chem. Phys. 2015. V. 15, N 6. P. 2969–2983. DOI: 10.5194/acp-15-2969-2015.
10. Herrmann H., Ervens B., Jacobi H.-W., Wolke R., Nowacki P., Zellner R.J. CAPRAM2.3: A chemical aqueous phase radical mechanism for tropospheric chemistry // J. Atmos. Chem. 2000. V. 36, N 3. P. 231–284. DOI: 10.1023/A:1006318622743.
11. Wang G.H., Zhang R.Y., Gomes M.E., Song Y., Zhou L., Cao J., Hu J., Tang G., Chen Zh., Li Z., Hu Z., Peng C., Lian C., Chen Y., Pan Y., Zhang Y., Sun Y., Li W., Zhu T., Tian H., Ge M. Persistent sulfate formation from London fog to Chinese haze // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2016. V. 113, N 48. P. 13630–13635. DOI: 10.1002/2013JD021426.
12. Ibusuki T., Takeuchi K. Sulfur-dioxide oxidation by oxygen catalyzed by mixtures of manganese(II) and iron(III) in aqueous-solutions at environmental reaction condition // Atmos. Environ. 1987. V. 21, N 7. P. 1555–1560. DOI: 10.1016/0004-6981(87)90317-9.
13. Ермаков А.Н., Алоян А.Е., Арутюнян В.О., Прончев Г.Б. О новом источнике сульфатов в атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2023. Т. 36, № 12. С. 975–981. DOI: 10.15372/AOO20231203; Yermakov A.N., Aloyan A.E., Arutyunyan V.O., Pronchev G.B. A new source of sulfates in the atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2024. V. 37, N 2. P. 166–173. DOI: 10.1134/S1024856024700362.
14. Pronchev G.B., Yermakov A.N. On the mechanism of nitrate formation in atmospheric haze particles // Russ.J. Phys. Chem. B. 2024. V. 18, N 5. P. 1422–1429. DOI: 10.1134/S1990793124701148.
15. Grieken R.V. Optimization and environmental application of TW-EPMA for single particle analysis. Antwerpen: Antwerpen University, 2005. 44 р.
16. Fountoukis C., Nenes A. ISORROPIA II: A computationally efficient thermodynamic equilibrium model for K⁺–Ca²⁺–Mg²⁺–NH₄⁺–Na⁺–SO₄^2-–NO₃–Cl^-–H₂O aerosols // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 17. P. 4639–4659. DOI: 10.5194/acp-7-4639-2007.
17. Yermakov A.N., Aloyan A.E., Arutyunyan V.O. Acidity of aerosol particles in the rural atmosphere // Russ. Meteorol. Hydrol. 2021. V. 46, N 11. P. 762–767. DOI: 10.3103/S1068373921110054.
18. Swietlicki E., Hansson H.C., Hameri K.H.-C., Sveningsson B., Massling A., McFiggans G., McMurry P.H., Petaj T., Tunved P., Gysel M., Topping D., Weingartner E., Baltensperger U., Rissler J., Wiedensohler A., Kulmala M. Hydroscopic properties of submicrometer atmospheric aerosol particles measured with H-TDMA instruments in various environments – a review // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2008. V. 60, N 3. P. 432–469. DOI: 10.1111/j.1600-0889.2008.00350.x.
19. Petters M.D., Kreidenweis S.M. A single parameter representation of hygroscopic growth and cloud condensation nucleus activity // Atmos. Chem. Phys. 2007. V. 7, N 8. P. 1961–1971. DOI: 10.5194/acp-7-1961-2007.
20. He P., Alexander B., Geng L., Chi X., Shidong C., Fan H., Zhan H., Kang H., Zheng G., Cheng Y., Su H., Liu C., Xie Zh. Isotopic constraints on heterogeneous sulfate production in Beijing haze // Atmos. Chem. Phys. 2018. V. 18, N 8. P. 5515–5528. DOI: 10.5194/acp-18-5515-2018.
21. Martin L.R., Hill M.W. The effect of ionic strength on the manganese catalyzed oxidation of sulfur(IV) // Atmos. Environ. 1987. V. 21, N 10. P. 2267–2270. DOI: 10.1016/0004-6981(87)90361-1.
22. Баранова Р.Б., Бугаенко Л.Т., Иванина И.Н., Костенко Н.Н., Стародубцев Г.А. Механизм и основные закономерности радиационно-каталитического окисления двуокиси серы в сернокислом растворе // Хим. выс. энерг. 1982. Т. 16, № 3. С. 234–239.
23. Alexander B., Park R.J., Jacob D.J., Gong S. Transition metal-catalyzed oxidation of atmospheric sulfur: Global implications for the sulfur budget // J. Geophys. Res.: Atmos. 2009. V. 114, N D2. DOI: 10.1029/2008JD010486.
24. Mc-Cabe J.R., Savarino J., Alexander B., Gong S., Thiemens M.H. Isotopic constraints on non-photochemical sulfate production in the Arctic winter // Geophys. Res. Lett. 2006. V. 33, N 5. P. L05810. DOI: 10.1029/2005GL025164.
25. Brandt Ch., van Eldik R. Transition metal-catalyzed oxidation of sulfur(IV) oxides. Atmospheric-relevant processes and mechanisms // Chem. Rev. 1995. V. 95, N 1. P. 119–190. DOI: 10.1021/cr00033a006.
26. Wang H., Lu K., Chen X., Zhu Q., Chen Q., Guo S., Jiang M., Li X., Shang D., Tan Zh., Wu Y., Wu Z., Zou Q., Zheng Y., Zeng L., Zhu T., Hu M., Zhang Y. High N₂O₅ concentrations observed in urban Beijing: Implications of a large nitrate formation // Environ. Sci. Technol. Lett. 2017. V. 4(10). P. 416–420. DOI: 10.1021/acs.estlett.7b00341.
27. Wang H. The chemistry of nitrate radical (NO₃) and denitrogen pentoxide (N₂O₅) in Beijing. Singapore: Springer, 2021. 116 p.
28. Sun Y., Jiang Q., Wang Z., Fu P., Li J., Yang T., Yin Y. Investigation of the sources and evolution processes of severe haze pollution in Beijing in January 2013 // J. Geophys. Res. 2014. V. 119, N 7. P. 4380–4398. DOI: 10.1002/2014JD021641.
29. Sander S.P., Finlayson-Pitts B.J., Friedl R.R., Golden D.M., Huie R., Keller-Rudel H., Kolb S.E., Kurylo M.J., Molina M.J., Moortgat G.K., Orkin V.L., Ravishankara A.R., Wine P.H. Chemical Kinetics and Photochemical Data for Use in Atmospheric Studies. Evaluation Number 15. JPL Publication 06-2. Jet Propulsion Laboratory. Pasadena. CA. 2006.