同位素观测揭示了气溶胶和雨水中大气硝酸盐的不同来源及形成途径

《Environmental Science & Technology》：Isotopic Observations Reveal Divergent Origins and Formation Pathways of Atmospheric Nitrate in Aerosols and Rainwater

大气硝酸的同位素示踪研究表明，雨水中硝酸盐59%源自光化学反应及远程输送，而颗粒物中73%来自地面N?O?水解及硝酸盐氧化。通过全年监测和东亚季风高频率采样，发现雨水中硝酸盐主要来自土壤、车辆和生物质燃烧，颗粒物则与城市燃煤密切相关。全球数据表明雨水中Δ1?O和δ1?N值显著低于颗粒物，因形成路径、未充分认识的同位素分馏效应及来源贡献差异所致。经分馏校正后，燃煤对雨水中硝酸盐的贡献为44-47%，低于颗粒物的62%。研究证实雨水和颗粒物硝酸盐存在明确的来源和形成路径差异，忽视此特性可能导致氮循环评估偏差。

　　

大气中的硝酸盐（NO₃^–）是活性氮的主要汇，对生态系统和大气化学有着深远的影响。尽管人们普遍认为雨水中的NO₃^–主要来源于当地的冲刷过程，但其可能的区域来源仍存在争议。为了解决这一问题，我们全年对雨水和颗粒物中的δ¹⁵N-NO₃^–和Δ¹⁷O-NO₃^–进行了测量，并在东亚季风期间增加了高频采样。同位素源解析表明，约59%的雨水中的NO₃^–来源于光化学氧化过程，这反映了高空和区域性的贡献；而约73%的颗粒物中的NO₃^–则是通过N₂O₅水解和地表处的NO₃氧化形成的。雨水中的NO₃^–更多来自土壤、车辆和生物质燃烧等来源，并从广阔的区域传输而来，而颗粒物中的NO₃^–主要与城市煤炭燃烧有关。全球数据集显示，雨水中的Δ¹⁷O和δ¹⁵N值显著低于颗粒物中的NO₃^–，这是由于形成途径不同、同位素分馏作用被低估以及来源贡献不同所致。在考虑了同位素分馏效应后，煤炭燃烧对雨水中的NO₃^–的贡献为44–47%，低于颗粒物中的62%。这些发现直接证明了雨水和颗粒物中的NO₃^–在来源和形成途径上存在差异，忽视这些差异可能会影响氮预算的评估。