近日，一项由韩国极地研究所（KOPRI）、韩国科学技术大学（UST）、韩国基础科学研究院（KBSI）、 韩国翰林大学、意大利国家研究理事会极地科学研究所（CNR-ISP）等机构合作完成的研究揭示了北极地区空气中生物分子的季节性动态如何显著影响该地区气溶胶的尺寸分布。这项研究以“Seasonal dynamics of airborne biomolecules influence the size distribution of Arctic aerosols”为题发表于ESE，为理解北极气候与环境变化提供了新的视角。
研究背景
气溶胶中的有机物在气候相互作用中扮演着至关重要的角色，然而，这些有机物的物理化学特性及其来源尚不完全清楚。特别是在北极这样的偏远海洋环境中，气溶胶的组成和特性受到多种因素的影响，包括季节性大气传输模式和海洋生物活动。
研究方法
研究团队在2017年4月至8月期间，利用高体积空气采样器在北极斯瓦尔巴德地区的Gruvebadet观测站收集了52个PM2.5样本。这些样本随后通过一系列复杂的化学提取和质谱分析技术，包括傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS），以揭示其有机组成。同时，研究还结合了气溶胶粒子尺寸分布测量和气象数据，以全面分析生物分子与气溶胶尺寸分布之间的关系。
主要发现
研究结果显示，北极气溶胶中的有机物主要由海洋源（MOM）和陆地源（TOM）两大类组成。在夏季，随着海冰减少和海洋生物活动增强，海洋源有机物显著增加，并主要贡献于小于100 nm的艾肯模式（Aitken mode）粒子。这些微小粒子在云凝结核激活和辐射强迫中起着关键作用。
相比之下，在春季，陆地源有机物则占据主导地位，主要贡献于较大尺寸的积聚模式（Accumulation mode）粒子。研究还发现，陆地源有机物与生物质燃烧示踪物nss-K+之间存在显著相关性，表明春季的陆地源有机物可能部分来源于长距离传输的生物质燃烧排放。
科学意义
这项研究不仅揭示了北极气溶胶中有机物的季节性变化特征，还阐明了不同来源的有机物对气溶胶尺寸分布的具体影响。这些发现对于理解北极地区的气候变化、空气质量以及云的形成和消散过程具有重要意义。
未来展望
随着全球气候变暖的加剧，北极地区的环境变化将更加复杂和不可预测。未来的研究将进一步关注北极气溶胶的组成、来源及其对环境的影响，为制定有效的环境保护和气候变化应对策略提供科学依据。
北极气溶胶尺寸分布受空中生物分子季节性动态的影响，这一发现为我们理解北极地区的气候与环境变化提供了新的视角。随着研究的深入，研究人员有望更加全面地揭示这一复杂系统的内在机制，为保护北极这一脆弱的生态系统贡献智慧和力量。
图1 a, 2017年6月MODIS-Aqua传感器显示的斯瓦尔巴德群岛（白星符号；78.5° N，11.8° E）位置和周围叶绿素-a浓度的地图。b-c, 观测期间通过15 T FT-ICR MS分析得出的北极气溶胶元素（b）和生物分子（c）组成的时 间变化。CHO：含碳、氢和氧的化合物；CHON：含碳、氢、氧和氮的化合物；CHOS：含碳、氢、氧和硫的化合物；CHONS：含碳、氢、氧、氮和硫的化合物。
图2 a-b，春夏季北极气溶胶的总数量（a）和总强度（b）。c，春夏季北极气溶胶指定元素类别（即CHO、CHON、CHOS、CHONS和剩余）和分子组成（即木质素、单宁、碳水化合物、蛋白质、脂类、缩合芳烃和不饱和碳氢化合物）的相对强度。误差条代表平均值的一个标准偏差。CHO：含碳、氢和氧的化合物；CHON：含碳、氢、氧和氮的化合物；CHOS：含碳、氢、氧和硫的化合物；CHONS：含碳、氢、氧、氮和硫的化合物。
图3 a, 2017年春夏季气团频率（AMF）与五天气团回游轨迹（红色箭头线）三大集群叠加图。b, 2017年春夏季叶绿素-a浓度示意图；阴影区域代表AMF>5%的区域。
作者简介
Ki-Tae Park，韩国翰林大学副教授。主要从事大气与海洋科学、气候变化等领域的研究。Polar Science副主编，Frontiers in Marine Science审稿人，海洋研究科学共同体（SCOR）工作组成员。
David Cappelletti，意大利佩鲁贾大学（University of Perugia）化学系教授，意大利国家科学研究中心（ISP-CNR）副研究员，意大利冰川学委员会成员。David Cappelletti教授的科研活动主要集中于大气气溶胶、系留气球边界层垂直剖面测量以及大气-冰冻圈交换，尤其侧重于黑碳和矿物尘埃。自2011年以来，David Cappelletti教授参加了10次北极考察活动。
引用信息
Jang, E., Park, K. T., Yoon, Y. J., Jang, K. S., Kim, M. S., Kim, K., ... & Lee, B. Y. (2024). Seasonal dynamics of airborne biomolecules influence the size distribution of Arctic aerosols. Environmental Science and Ecotechnology 22: 100458.
doi: 10.1016/j.ese.2024.100458
*本文的部分内容由文心一言提供智能支持。
推荐阅读
· 城镇化的水生态效应：水动力和营养变化如何重塑大型无脊椎底栖动物食物网
高被引论文
以下数据基于Web of Science。
超过200次引用的文章有2篇
https://doi.org/10.1016/j.ese.2021.100107
https://doi.org/10.1016/j.ese.2021.100130
超过100次引用的文章有7篇
https://doi.org/10.1016/j.ese.2021.100134
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100205
https://doi.org/10.1016/j.ese.2020.100077
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100167
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100145
超过50次引用的文章有13篇
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100180
https://doi.org/10.1016/j.ese.2023.100237
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100168
https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100165
期刊简介
在生态环境部黄润秋部长亲自提出和指导下，Environmental Science and Ecotechnology（ESE）于2020年1月正式创刊。ESE由中国科协主管，由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学和中国环境科学研究院共同主办。ESE为双月刊，面向全球开放获取（全部论文皆可免费阅读、下载）。
ESE首届编委会由120位全球生态环境研究领域的顶级专家学者构成。哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，中国环境科学学会理事长、生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，俞汉青院士、Danny Reible院士等13位世界顶尖学者担任执行主编和执行副主编。
ESE已入选3个 “一区”，即中科院一区（大、小类）、JCR报告Q1区和中国科协高质量科技期刊T1区。2023年ESE获得首个完整影响因子12.6，最新影响因子为14.0，最新CiteScore为20.4。
期刊官网：https://www.sciencedirect.com/journal/environmental-science-and-ecotechnology
