【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國(guó)科大沈延安課題組在研究霧霾的物質(zhì)來(lái)源和形成機(jī)制上取得重要進(jìn)展。研究人員系統(tǒng)采集了華北不同地質(zhì)時(shí)代代表性煤礦的煤樣品，開展了1000℃條件下煤的燃燒實(shí)驗(yàn)；通過(guò)對(duì)燃燒產(chǎn)生顆粒物中硫酸鹽的高精度硫同位素分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了典型的非質(zhì)量硫同位素分餾現(xiàn)象。與現(xiàn)代霧霾硫酸鹽的硫同位素比較分析表明，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物是華北霧霾的主要物源之一。同時(shí)，該研究還對(duì)歐洲文物、古建筑和雕像表層黑色硫酸鹽殼的形成提出了新的解釋，對(duì)歷史遺跡保護(hù)具有重要參考意義。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于12月10日出版的國(guó)際綜合學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院刊》(PNAS)上。
受人類活動(dòng)和自然條件的共同影響，當(dāng)今大氣污染情況嚴(yán)重，其中霧霾天氣嚴(yán)重影響了經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類健康，因此研究霧霾的物質(zhì)來(lái)源和形成機(jī)制具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。研究人員首先對(duì)不同地質(zhì)時(shí)代的煤進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而收集粒徑小于2.5微米的顆粒物樣品并對(duì)其中的硫酸鹽組分進(jìn)行高精度硫同位素測(cè)試。結(jié)果顯示，煤和其燃燒產(chǎn)物的硫同位素組成具有顯著差異(如圖1)；結(jié)合理論計(jì)算，研究人員發(fā)現(xiàn)煤燃燒產(chǎn)生了非質(zhì)量硫同位素分餾。前人的研究表明，非質(zhì)量硫同位素分餾主要出現(xiàn)在22億年之前的巖石樣品中，因此煤的燃燒代表了一種新的非質(zhì)量硫同位素分餾機(jī)制，具有重要的理論意義。
圖1 煤中的黃鐵礦和煤燃燒產(chǎn)生顆粒物中硫酸鹽的硫同位素組成
進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物與華北霧霾顆粒物中硫酸鹽的同位素組成非常相似(如圖2)。前人對(duì)華北霧霾硫酸鹽的硫同位素異常組成存在不同認(rèn)識(shí)，而煤燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物是華北霧霾的重要物源。研究人員還發(fā)現(xiàn)，相似硫同位素的異常組成也出現(xiàn)在歐洲文物和雕像以及古老建筑物等表面的黑色硫酸鹽殼體上。20世紀(jì)60年代以來(lái)，歐洲科學(xué)家的研究證明黑色硫酸鹽殼體的形成經(jīng)歷了復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，其中大氣污染和火山噴發(fā)均可能起到重要作用。通過(guò)硫同位素的系統(tǒng)分析，研究人員提出煤燃燒產(chǎn)物是歐洲雕像、建筑物等歷史遺跡上硫酸鹽殼的重要物源，這一結(jié)論與當(dāng)時(shí)歐洲在工農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中大量使用煤產(chǎn)生的大氣污染歷史高度一致。
圖2 現(xiàn)代硫酸鹽氣溶膠以及煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物中硫酸鹽的同位素組成
研究結(jié)果為霧霾的物質(zhì)來(lái)源和形成機(jī)制等提供了新的研究思路和證據(jù)，為大氣顆粒物污染防治政策的制定提供了新的科學(xué)依據(jù)，也充分體現(xiàn)了硫同位素在解析現(xiàn)代及歷史環(huán)境方面的重要作用。
沈延安為論文的第一和通訊作者。
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