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新研究揭示有機胺對鉀長石冰核活性的影響
作者：朱漢斌 來源：中國科學報
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中國科學院廣州地化所有機地球化學國家重點實驗室博士研究生陳蘭夏迪在研究員唐明金的指導下，聯(lián)合加拿大英屬哥倫比亞大學教授Allan Bertram，研究揭示了有機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，但是其微觀機制仍不清楚；與此同時，有機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，探究了有機胺和無機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，探究了無機銨和有機胺離子對鉀長石冰核活性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無機銨離子可顯著增強鉀長石的冰核活性；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。
研究人員進而提出無機銨和有機胺影響鉀長石冰核活性的微觀機制：無機銨離子可與鉀長石表面的鉀離子進行離子交換，在鉀長石表面形成更多氫鍵，從而促進冰晶的形成；伯胺離子（只含有一個有機取代基）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基團將抑制氫鍵和冰晶的形成。由于包含多個疏水基團而產(chǎn)生的空間位阻效應(yīng)，仲胺和叔胺離子（含有兩個或三個有機取代基）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)果有望提高對實際大氣中礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的科學認識水平，而且有助于更好地認識影響礦質(zhì)氣溶膠冰核活性的關(guān)鍵參數(shù)和微觀機制。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2023JD039971
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