【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科大沈延安課題組在研究霧霾的物質(zhì)來源和形成機制上取得重要進展。研究人員系統(tǒng)采集了華北不同地質(zhì)時代代表性煤礦的煤樣品，開展了1000℃條件下煤的燃燒實驗；通過對燃燒產(chǎn)生顆粒物中硫酸鹽的高精度硫同位素分析，研究人員發(fā)現(xiàn)了典型的非質(zhì)量硫同位素分餾現(xiàn)象。與現(xiàn)代霧霾硫酸鹽的硫同位素比較分析表明，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物是華北霧霾的主要物源之一。同時，該研究還對歐洲文物、古建筑和雕像表層黑色硫酸鹽殼的形成提出了新的解釋，對歷史遺跡保護具有重要參考意義。相關研究成果在線發(fā)表于12月10日出版的國際綜合學術期刊《美國科學院院刊》(PNAS)上。
 

　　受人類活動和自然條件的共同影響，當今大氣污染情況嚴重，其中霧霾天氣嚴重影響了經(jīng)濟發(fā)展和人類健康，因此研究霧霾的物質(zhì)來源和形成機制具有重要的理論和現(xiàn)實意義。研究人員首先對不同地質(zhì)時代的煤進行燃燒實驗，進而收集粒徑小于2.5微米的顆粒物樣品并對其中的硫酸鹽組分進行高精度硫同位素測試。結(jié)果顯示，煤和其燃燒產(chǎn)物的硫同位素組成具有顯著差異(如圖1)；結(jié)合理論計算，研究人員發(fā)現(xiàn)煤燃燒產(chǎn)生了非質(zhì)量硫同位素分餾。前人的研究表明，非質(zhì)量硫同位素分餾主要出現(xiàn)在22億年之前的巖石樣品中，因此煤的燃燒代表了一種新的非質(zhì)量硫同位素分餾機制，具有重要的理論意義。
 

圖1 煤中的黃鐵礦和煤燃燒產(chǎn)生顆粒物中硫酸鹽的硫同位素組成
 

　　進一步分析發(fā)現(xiàn)，煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物與華北霧霾顆粒物中硫酸鹽的同位素組成非常相似(如圖2)。前人對華北霧霾硫酸鹽的硫同位素異常組成存在不同認識，而煤燃燒實驗結(jié)果證明煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物是華北霧霾的重要物源。研究人員還發(fā)現(xiàn)，相似硫同位素的異常組成也出現(xiàn)在歐洲文物和雕像以及古老建筑物等表面的黑色硫酸鹽殼體上。20世紀60年代以來，歐洲科學家的研究證明黑色硫酸鹽殼體的形成經(jīng)歷了復雜的物理和化學過程，其中大氣污染和火山噴發(fā)均可能起到重要作用。通過硫同位素的系統(tǒng)分析，研究人員提出煤燃燒產(chǎn)物是歐洲雕像、建筑物等歷史遺跡上硫酸鹽殼的重要物源，這一結(jié)論與當時歐洲在工農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中大量使用煤產(chǎn)生的大氣污染歷史高度一致。
 

圖2 現(xiàn)代硫酸鹽氣溶膠以及煤燃燒產(chǎn)生的顆粒物中硫酸鹽的同位素組成
 

　　研究結(jié)果為霧霾的物質(zhì)來源和形成機制等提供了新的研究思路和證據(jù)，為大氣顆粒物污染防治政策的制定提供了新的科學依據(jù)，也充分體現(xiàn)了硫同位素在解析現(xiàn)代及歷史環(huán)境方面的重要作用。
 

　　沈延安為論文的第一和通訊作者。