果汁ccc 发表于 2016-2-15 15:17:47

你了解少有人迹的极地大气污染的情况吗?


来源:科研出版社
前段时间的速冻期,你有没有“被冻成狗”?在南北极的极地环境中,冰雪长期堆积,是相对人迹罕至的地方。在极地的冰雪天地里,大气污染的清理是怎样的?大气中的污染物是如何成为冰雪的一部分的?

冰芯及其夹带的空气记录下了过去大气痕量气体 (注)组成的变化。在沉积(颗粒物、气体)的时间段里,雪花组成和大气污染之间的联系,有助于重建过去的大气状况。冰芯的化学信号取决于降水的化学成分,以及大雪表面和冰芯内的沉积期后作用。

在冰雪中难免会夹带一些非反应性颗粒物,例如海盐、土壤灰尘、硫和碳物质种类。气态物质比这些非反应性颗粒物更复杂,其中的甲烷和二氧化碳,不与冰发生化学反应,通过分析夹带到冰芯中的气泡,可以重构它们过去的浓度。然而,大多数气体,如盐酸、硝酸、过氧化氢和甲醛,与冰雪相互作用,让情况变得更复杂。

由此看来,大气污染和雪花的化学成分有很大的相关性,意大利国家研究理事会大气科学与气候研究所的Gianni Santachiara等学者探究了冰芯的化学信号和极地区域大气的化学组成之间的关系。研究中主要从极地区域降水的形成和沉积期后作用,分析了影响极地大气成分的云层、降水情况,发现了沉积期后作用如何通过大气,影响冰雪的化学成分构成。文章发表在科研出版社英文期刊《Atmospheric and Climate Sciences》(大气和气候科学)上,具体分析查看原文。简单介绍如下:

极地区域降水的形成

云层和降水在清除大气中的颗粒和气体上发挥了基本作用。对污染物(颗粒物和气体)的湿清除包含了云层内和云层下的清除。云层内的颗粒物清理包括核化清除和嵌塞清除(惯性碰撞、布朗扩散、热迁移、扩散电泳和静电效应),云层下的清理只包括嵌塞清除。极地区域的降水常常是固态的,形成的方式多样。

要清理气体的话,目前南极大气(二氧化硫、盐酸、硝酸、氨)中的主要气体都是高度溶解于水中。因此,液态或混合态的云层中,这些气体可分为若干个过冷水滴。这些水溶性微量气体的传输依赖于冻结的情况:1)无霜冻结(均匀或不均匀核化)和2)有霜冻结(过冷水滴与冰的水汽凝结体聚合)。

清除硝酸盐

学者对气体的清除,主要集中于硝酸根离子(NO3-)的清除,因为硝酸盐是氮氧化物氧化的最终产物,也是支配极地积雪化学成分的阴离子之一。

沉积期后作用

许多沉积期后作用影响了冰川的构成。图2中显示了一些沉积期后作用的过程。由于风力抽吸、雪的升华、化学物质挥发、雪粒变质作用和光化学作用、干燥沉积,产生了对流这一过程,在起雾、气体吸积 / 解吸、通过积雪层扩散时,水蒸汽和气体一起冷凝,在冰的表面形成了白霜,在雪的表面形成了雾凇。简言之,诸如白霜是在少强风的情况下,随着冰雪表面冷却沉积下来的水汽。白霜、雾凇这样的大气水汽沉积下来,就成了冰雪的一部分。

雪中、白霜表面晶体和积雪中的硝酸盐

在冰芯中可以测量到硝酸盐,它被视为许多不同参数(闪电频率、过去的太阳活动、平流层温度)的代替物。根据学者的研究,为了减轻极地大气污染,清除夹带到冰雪中的硝酸盐是一个重点。

注:大气痕量气体是指:大气中含量很少的气体组成部分(文/千人智库)



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