ブログ

Jul 16, 2023

フィールドデータが明らかにするイソプレンSOAマーカーの新たな形成と運命

npj 気候と大気科学第 6 巻、記事番号: 69 (2023) この記事を引用 868 アクセス 1 Altmetric Metrics の詳細 粒子状の 2-メチルテトロール (2-MT)​​ および 2-メチルグリセリン酸 (2-MG)

npj 気候と大気科学 第 6 巻、論文番号: 69 (2023) この記事を引用

868 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

粒子状の 2-メチルテトロール (2-MT)​​ および 2-メチルグリセリン酸 (2-MG) は通常、イソプレン由来の二次有機エアロゾル (SOA) の存在量を示すために使用されます。 しかし、その形成と運命は完全には理解されていません。 この研究では、広範囲の大気および排出条件下で複数のモニタリングサイトで収集された粒子状の 2-MT および 2-MG が、6 桁にわたる濃度で、 Community Multiscale Air Quality (CMAQ) モデル。 このスキームでは、三相 (気体-水-有機相) の分配、酸による多相反応からの形成、気相と水相の OH ラジカルによる分解が考慮されています。 モデルの結果は、観察された 2-MT 濃度を説明するには、一般に想定されている酸駆動多相反応プロセスを補うために、非水生成経路または直接的な生物起源の放出が必要であることを明らかにしています。 この欠落した経路は、エアロゾル pH < 2 の地域では 2-MT の 20 ～ 40% に寄与し、米国西部や中国などの酸性度の低い条件 (pH ～ 2 ～ 5) では 70% 以上に寄与します。 2-MT と 2-MG の典型的な夏季の気相光化学寿命は、それぞれ 4 ～ 6 時間と 20 ～ 30 時間と推定され、水中での寿命は約 20 ～ 40 時間です。 私たちのシミュレーションでは、予測された 2-MT は主に OH への水相損失によって影響を受けますが、2-MG はそれぞれ水相と気相で 2 つのトレーサーが優先的に分配されるため、気相 OH 損失に対してより敏感であることが示されています。

イソプレンは、大気中に放出される非メタン生物起源の揮発性有機化合物 (VOC) の中で最も豊富であり、世界の年間排出量は 500 ～ 750 Tg1 と推定されています。 反応性が高く、ヒドロキシルラジカル (OH)2,3、オゾン (O3)4、硝酸ラジカル (NO3)5 によって酸化されて、半揮発性および低揮発性の有機エアロゾル生成物 6,7,8,9,10 を生成する可能性があります。 米国東部 (US) など、イソプレンの排出量が多い地域では、夏季の二次有機エアロゾル (SOA) の 45% 以上にイソプレンが寄与しています11。

イソプレン SOA の化学組成は、チャンバー実験やモデリング研究で広範囲に研究されています9、10、12、13。 同定されたイソプレン SOA 種の中で、2-メチルテトロール (2-MT、2-メチルトレイトールおよび 2-メチルエリスリトールを含む) 14 および 2-メチルグリセリン酸 (2-MG) は、ユニークなトレーサー化合物 15,16 と考えられており、推定に広く使用されています。実地研究におけるイソプレン由来の SOA の全体像 17,18。 2-MT および 2-MG の直接の前駆体は、水溶性生成物、すなわち、低 NOx 条件下でのイソプレン OH 酸化からのイソプレン エポキシジオール (IEPOX)、メタクリル酸エポキシド (MAE) およびヒドロキシメチル-メチル-であることが判明しました。高 NOx 条件下で生成される α-ラクトン (HMML) はそれぞれ 10、20。 2-MT と 2-MG の形成は、それぞれ IEPOX と MAE/HMML の不可逆的な表面取り込みを通じて主に高酸性エアロゾル水中で起こると考えられています 9,10,21,22。 これらの研究に基づいて、Pye et al.23 および Budisluistiorini et al.24 は、エアロゾル水中の 2-MT および 2-MG の生成を明示的に予測するために、局所化学輸送モデルに多相反応スキームを実装しました。

ただし、2-MT および 2-MG は、乾燥条件下のエアロゾル相および実験室で生成された非酸性シードエアロゾルでも検出されています 15、16、25、26、27。 2-MT は、生物学的プロセスや環境ストレス要因により主に気相で放出されると提案されており 28、その対流上昇気流とガス粒子の分配が、アマゾン熱帯雨林上空での IEPOX-SOA の対流圏上部の航空機測定を説明することが示されています 29。 これらの研究は、イソプレンからの 2-MT の非水系経路が存在する可能性を示唆しています。 Budisluistiorini らは、 は、2 つのトレーサーが酸駆動多相反応のみから合理的に推定できることを示し、2 つのトレーサーを不揮発性および非反応性種として処理すると、潜在的に欠落している非水経路を補うことができる可能性があります 23,30。 実際、野外実験ではトレーサーが気体相と粒子相で大量に検出されており、両方の種が半揮発性である可能性が高いことが示唆されています 31,32,33。 さらに、気相および水相中の OH ラジカルによる 2-MT および 2-MG の酸化反応は、モデリング研究では考慮されていない効果的な除去経路となる可能性があります 28、34、35、36。