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Jul 16, 2023

현장 데이터를 통해 밝혀진 이소프렌 SOA 마커의 새로운 형성과 운명

npj 기후 및 대기 과학 6권, 기사 번호: 69(2023) 이 기사 인용 868 액세스 1 Altmetric Metrics 세부 정보 미립자 2-메틸테트롤(2-MT) ​​및 2-메틸글리세르산(2-MG)

npj 기후 및 대기 과학 6권, 기사 번호: 69(2023) 이 기사 인용

868 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

미립자 2-메틸테트롤(2-MT)과 2-메틸글리세르산(2-MG)은 일반적으로 이소프렌 유래 2차 유기 에어로졸(SOA)의 풍부함을 나타내는 데 사용됩니다. 그러나 그들의 형성과 운명은 완전히 이해되지 않았습니다. 이 연구에서 우리는 광범위한 대기 및 배출 조건 하에서 여러 모니터링 사이트에서 수집된 6자리 크기의 농도로 수집된 미립자 2-MT 및 2-MG가 확장된 이소프렌-SOA 체계를 구현하여 잘 재현된다는 것을 보여주었습니다. CMAQ(Community Multiscale Air Quality) 모델. 이 계획은 3상(가스-수성-유기상) 분할, 산 구동 다상 반응으로부터의 형성, 가스 및 수성상에서 OH 라디칼에 의한 분해를 고려합니다. 모델 결과는 관찰된 2-MT 농도를 설명하기 위해 일반적으로 가정되는 산 기반 다상 반응 과정을 보완하기 위해 비수성 형성 경로 또는 직접적인 생물학적 방출이 필요하다는 것을 보여줍니다. 이 누락된 경로는 에어로졸 pH가 2 미만인 지역에서 2-MT의 20~40%에 기여하고 미국 서부와 중국에서 발생하는 것과 같은 덜 산성인 조건(pH~2~5)에서는 70% 이상에 기여합니다. 2-MT와 2-MG의 일반적인 여름철 기상 광화학 수명은 각각 4~6시간과 20~30시간으로 추정되며, 수성 수명은 약 20~40시간입니다. 우리의 시뮬레이션은 예측된 2-MT가 주로 OH에 대한 수성상 손실에 의해 영향을 받지만 2-MG는 각각 수성 및 기체상에서 두 추적자의 우선적 분배로 인해 기체상 OH 손실에 더 민감하다는 것을 보여줍니다.

이소프렌은 대기 중으로 배출되는 가장 풍부한 비메탄 생물 휘발성 유기 화합물(VOC)이며, 연간 전 세계 배출량은 500~750 Tg1로 추정됩니다. 반응성이 매우 높으며 하이드록실 라디칼(OH)2,3, 오존(O3)4 및 질산염 라디칼(NO3)5에 의해 산화되어 반휘발성 및 저휘발성 유기 에어로졸 생성물6,7,8,9,10을 생성할 수 있습니다. 미국 동부(미국)와 같이 이소프렌 배출량이 많은 지역에서는 이소프렌이 여름철 2차 유기 에어로졸(SOA)11의 45% 이상을 차지합니다.

이소프렌 SOA의 화학적 조성은 챔버 실험 및 모델링 연구9,10,12,13에서 광범위하게 조사되었습니다. 확인된 이소프렌 SOA 종 중에서 2-메틸테트롤(2-메틸트레이톨 및 2-메틸에리트리톨을 포함한 2-MT)14 및 2-메틸글리세르산(2-MG)은 독특한 추적 화합물로 간주되며 추정에 널리 사용되었습니다. 현장 연구17,18의 전반적인 이소프렌 유래 SOA. 2-MT 및 2-MG의 즉각적인 전구체는 수용성 생성물인 것으로 밝혀졌습니다. 즉, 저NOx 조건에서 이소프렌 OH 산화로 인한 이소프렌 에폭시디올(IEPOX), 메타크릴산 에폭시드(MAE) 및 하이드록시메틸-메틸- α-락톤(HMML)은 각각 높은 NOx 조건에서 형성되었습니다10,20. 2-MT와 2-MG의 형성은 각각 IEPOX와 MAE/HMML의 비가역적인 표면 흡수를 통해 산성도가 높은 에어로졸 물에서 주로 발생하는 것으로 생각됩니다9,10,21,22. 이러한 연구를 바탕으로 Pye 등23과 Budisluistiorini 등24은 에어로졸 물에서 2-MT 및 2-MG 생성을 명시적으로 예측하기 위해 지역 화학 수송 모델에서 다단계 반응 체계를 구현했습니다.

그러나 2-MT와 2-MG는 건조한 조건의 에어로졸 단계와 실험실에서 생성된 비산성 종자 에어로졸에서도 검출되었습니다15,16,25,26,27. 2-MT는 생물학적 과정과 환경적 스트레스 요인으로 인해 기체 상태로 주로 방출되는 것으로 제안되었으며, 대류 상승 기류와 기체 입자 분할은 아마존 열대 우림에 대한 IEPOX-SOA의 상부 대류권 항공기 측정을 설명하는 것으로 나타났습니다. 이러한 연구는 이소프렌으로부터 2-MT에 대한 비수성 경로의 잠재적 존재를 시사합니다. Budisluistiorini et al. 두 추적자는 산에 의한 다상 반응으로부터만 합리적으로 추정될 수 있으며, 두 추적자를 비휘발성 및 비반응성 종으로 처리하면 잠재적으로 누락된 비수성 경로를 보상할 수 있음을 보여주었습니다. 실제로 추적자는 현장 실험에서 기체 및 입자상에서 상당한 양으로 검출되었으며, 이는 두 종 모두 반휘발성일 가능성이 있음을 시사합니다31,32,33. 또한, 기체 및 수성상에서 OH 라디칼과의 2-MT 및 2-MG 산화 반응은 모델링 연구에서 고려되지 않은 효과적인 제거 경로가 될 수 있습니다28,34,35,36.