二次有機氣溶膠(SOA)，是大氣細顆粒物(PM2.5)的重要組分，對空氣質(zhì)量，全球氣候變化和人體健康有著重要的影響。近年來，越來越多的研究證明有機前體物在云霧滴和含水氣溶膠中的液相化學(xué)轉(zhuǎn)化是二次有機氣溶膠生成的重要途徑。由于植物排放前體物(如植物揮發(fā)、生物質(zhì)燃燒)比化石燃料源(如燃煤、機動車排放)前體物的極性更強、更親水，過去的研究多聚焦于植物排放前體物轉(zhuǎn)化生成液相二次有機氣溶膠(aqSOA)的過程，缺乏對液相二次有機氣溶膠中人為化石燃料源貢獻的精準(zhǔn)量化。

中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所和瑞典斯德哥爾摩大學(xué)、日本中部大學(xué)合作，通過測定液相二次有機氣溶膠單體分子的碳十四(14C)同位素，給出了化石源碳對中國大氣中液相二次有機氣溶膠生成巨大貢獻的關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。相關(guān)研究成果于近日以Large contribution of fossil-derived components to aqueous secondary organic aerosols in China為題在線發(fā)表在Nature communications上。

14C同位素的半衰期約為5730年，經(jīng)過漫長地質(zhì)演化，煤、石油、天然氣等化石燃料中的14C已完全衰變，而生物質(zhì)的14C豐度，卻和當(dāng)前大氣基本保持一致。因此，14C可以準(zhǔn)確量化液相二次有機氣溶膠分子中生物碳源和化石碳源的相對占比。研究團隊在位于珠三角西南部的鶴山大氣環(huán)境監(jiān)測超級站采集了一整年的大氣細顆粒物(圖1)，以大氣顆粒物中草酸為主的一系列小分子有機酸作為液相二次有機氣溶膠的示蹤物。14C分析顯示，當(dāng)鶴山站的氣團起源于內(nèi)陸時，液相二次有機氣溶膠標(biāo)志性化合物的化石來源碳占比達到了55%到70%(圖2)。相反，當(dāng)氣團起源于南海沿岸時，液相二次有機氣溶膠分子中的生物來源碳占比可達近70%，這與內(nèi)陸氣團形成了鮮明對比(圖2)。在我國幾個重點城市群，研究人員同樣觀測到化石來源碳在冬季對液相二次有機氣溶膠形成的巨大貢獻。

過去基于整體氣溶膠組分的14C分析結(jié)果，大多認(rèn)為有機氣溶膠主要由生物質(zhì)來源碳貢獻。該研究表明，在中國典型城市，液相二次有機氣溶膠分子可大量來源于化石燃料。這一認(rèn)識對更好地模擬二次有機氣溶膠生成、評價其氣候和環(huán)境效應(yīng)，以及更精準(zhǔn)地控制空氣污染，具有重要意義。

相關(guān)研究工作獲得國家自然科學(xué)基金重點項目、“一帶一路”科學(xué)組織聯(lián)合研究專項項目等的支持。

圖1 研究區(qū)位置及采樣活動中的后向氣流軌跡、氣溶膠光學(xué)厚度(AOD550)和氣溶膠基礎(chǔ)表征參數(shù)。

圖2 沿海背景和大陸氣團中草酸的二維雙碳同位素(δ13C、Δ14C/Fm)特征。