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新研究揭示有機(jī)胺對鉀長石冰核活性的影響
作者：朱漢斌 來源：中國科學(xué)報(bào)
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中國科學(xué)院廣州地化所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生陳蘭夏迪在研究員唐明金的指導(dǎo)下，聯(lián)合加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)教授Allan Bertram，研究揭示了有機(jī)胺對鉀長石冰核活性的影響。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《地球物理學(xué)研究雜志-大氣》。
冰晶的形成可顯著影響云的形成、壽命和性質(zhì)，進(jìn)而間接影響地球系統(tǒng)的輻射和能量平衡以及降水的形成。大氣中的純水液滴需要在溫度低于-38攝氏度時(shí)才能發(fā)生凍結(jié)并形成冰晶；冰核顆粒物可使液滴在更高的溫度下發(fā)生凍結(jié)，其中礦質(zhì)顆粒物是對流層大氣中最重要的冰核顆粒物。已有研究表明，溶質(zhì)可改變礦質(zhì)顆粒物的冰核活性，但是其微觀機(jī)制仍不清楚；與此同時(shí)，有機(jī)胺是大氣顆粒物和云滴中的一種重要物質(zhì)，但其液相反應(yīng)對礦質(zhì)顆粒物冰核活性的影響仍有待研究。
該研究從礦物表界面反應(yīng)的角度，探究了有機(jī)胺和無機(jī)銨對鉀長石冰核活性的影響。研究人員使用自主搭建的冰核活性測量裝置，探究了無機(jī)銨和有機(jī)胺離子對鉀長石冰核活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無機(jī)銨離子可顯著增強(qiáng)鉀長石的冰核活性；另一方面，伯胺離子卻可顯著抑制鉀長石的冰核活性，而仲胺和叔胺離子則沒有顯著影響。
研究人員進(jìn)而提出無機(jī)銨和有機(jī)胺影響鉀長石冰核活性的微觀機(jī)制：無機(jī)銨離子可與鉀長石表面的鉀離子進(jìn)行離子交換，在鉀長石表面形成更多氫鍵，從而促進(jìn)冰晶的形成；伯胺離子（只含有一個(gè)有機(jī)取代基）也可與鉀長石發(fā)生離子交換，但懸掛在鉀長石表面的疏水性有機(jī)基團(tuán)將抑制氫鍵和冰晶的形成。由于包含多個(gè)疏水基團(tuán)而產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，仲胺和叔胺離子（含有兩個(gè)或三個(gè)有機(jī)取代基）無法與鉀長石發(fā)生離子交換，因此對鉀長石冰核活性的影響較為有限。
該研究結(jié)果有望提高對實(shí)際大氣中礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的科學(xué)認(rèn)識水平，而且有助于更好地認(rèn)識影響礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的關(guān)鍵參數(shù)和微觀機(jī)制。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2023JD039971
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