大氣有機(jī)氣溶膠(OAs)通過吸收陽光影響地球氣候。然而，它們不斷演變的組成和它們的吸收效果之間的聯(lián)系還不清楚。

2025年2月27日，南方科技大學(xué)傅宗玫、香港科技大學(xué)郁建珍共同通訊在Science在線發(fā)表題為“Nitrogen dominates global atmospheric organic aerosol absorption”的研究論文，該研究表明氮主導(dǎo)全球大氣有機(jī)氣溶膠吸收。

該研究證明Brown Nitrogen(BrN)是OAs的吸收性含氮成分，控制著它們的整體吸收。使用一個(gè)全球模型，量化了BrN的豐度，跟蹤了它隨化學(xué)老化的光學(xué)演化，并評(píng)估了它的輻射吸收。BrN貢獻(xiàn)了美國76%的OAs表面光吸收和61%的全球吸收光學(xué)深度。此外，觀察到的OAs吸收能力的可變性主要是由BrN的來源和老化驅(qū)動(dòng)的。BrN代表了全球碳質(zhì)氣溶膠吸收性直接輻射效應(yīng)的18%,其中生物質(zhì)燃燒是最大的貢獻(xiàn)者。該研究建立了一個(gè)以氮為中心的框架來確定美洲國家組織的氣候影響。

大氣氣溶膠通過散射和吸收太陽輻射直接影響地球氣候。黑碳(BC)是全球范圍內(nèi)最重要的光吸收氣溶膠成分，而有機(jī)氣溶膠(OAs)，通常通過其有機(jī)碳(OC)含量來測量，傳統(tǒng)上被認(rèn)為只是散射光。最近的研究表明，OAs還可以吸收近紫外到可見光范圍內(nèi)的太陽輻射，從而對(duì)地球氣候產(chǎn)生積極的輻射作用力。然而，隨著其復(fù)雜的成分在大氣中化學(xué)老化，OAs的吸收特性也發(fā)生了變化，使其氣候影響的評(píng)估和歸因變得復(fù)雜。

實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場研究已將顆粒有機(jī)氮(ON)物種確定為吸光OAs的關(guān)鍵有色成分，ON的化學(xué)演變是OAs吸收特性變化的主要驅(qū)動(dòng)因素。已知的吸收性微粒包括硝基芳烴(NACs)、含氮多環(huán)芳烴(N-PAHs)、氮雜環(huán)化合物、咪唑和其他亞胺類化合物。這些物種由自然和人為來源排放，或在大氣中二次形成。此外，根據(jù)ON分子的結(jié)構(gòu)變化，這些ON物質(zhì)在大氣中氧化和光解時(shí)的質(zhì)量吸收效率(MAEs)可以增加(光暗化)或減少(光漂白)。例如，在水相中被羥基自由基(OH)氧化的NACs可能經(jīng)歷MAEs的加倍或消失，這取決于反應(yīng)是否增加了給電子的OH官能團(tuán)或裂解了芳環(huán)。因此，要準(zhǔn)確量化OAs的吸收效應(yīng)，必須全面了解OAs中ON成分的豐度和大氣演變。

機(jī)理模式圖（圖源自Science）

該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了全球大氣有機(jī)氮模型，將有機(jī)氮分類為棕色氮和白色氮（不吸光的氮組分），并模擬了棕色氮向白色氮的光化學(xué)演化。通過與全球與區(qū)域的多個(gè)站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)對(duì)比，研究發(fā)現(xiàn)棕色氮能夠解釋觀測中絕大部分有機(jī)氣溶膠的吸收效應(yīng)，并較好地再現(xiàn)了其時(shí)空變化特征。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次提出以“棕色氮”解釋大氣有機(jī)氣溶膠吸光效應(yīng)的理論框架。該研究揭示了有機(jī)氣溶膠中吸光性含氮組分的全球分布及其氣候效應(yīng)，為理解大氣氣溶膠對(duì)氣候的影響提供了新的視角和科學(xué)依據(jù)。

參考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr4473