是什么主导有机气溶胶吸收阳光？新研究发现氮竟然是主角
大气气溶胶是悬浮在空气中的微小颗粒，它们能散射或吸收阳光，从而影响地球的能量平衡。传统观点认为，燃烧产生的黑碳因其强吸光性长期被视为主要吸光物质，然而，后来发现，有机气溶胶不仅仅可以散射阳光，也包含吸光成分，这些吸光有机气溶胶称之为“棕碳”（BrC），但问题是，“棕碳”并非单一物质，而是由多种化学组分构成的复杂混合物，其吸光能力会随大气老化过程动态变化，使得准确评估其对气候的影响变得极为困难。
最新SCI上一项研究首次揭示，有机气溶胶的吸光效应主要由其中的含氮组分棕色氮（BrN）主导，并量化了其对全球气候的直接影响。
由于“棕碳”成分复杂，基于简化模型研究差异巨大。实验室研究逐渐发现，有机气溶胶中的含氮化合物可能是吸光的关键组分，这些物质在氧化或光照条件下可能发生“光暗化”导致吸光能力增强，或“光漂白”导致吸光能力减弱。例如，硝基芳香族（NACs）被羟基自由基（OH）氧化时，其吸光效率可能翻倍或完全消失，具体取决于反应路径。
由香港科技大学 (HKUST)、南方科技大学 (SUSTech) 和深圳国家应用数学中心 (NCAMS) 领导的合作研究团队提出了一个以氮为中心的框架，解释了大气有机气溶胶的光吸收效应。
为了更精确地量化有机气溶胶的吸光效应，研究团队首次将目光聚焦于其中的含氮组分棕色氮，他们利用全球大气化学模型，将有机气溶胶中的氮化合物显式区分为吸光BrN和非吸光WtN。吸光BrN包括生物质燃烧排放的初级含氮颗粒、大气中形成的次级硝基芳香族等，非吸光WtN如某些有机硝酸盐等。
通过结合实验室测定的吸光效率和老化参数，模拟了BrN在全球范围内的分布及其演化过程。研究还利用美国地表观测数据和全球AERONET站点气溶胶遥感网络的垂直柱吸收数据对模型进行了严格验证。
研究发现，BrN贡献了有机气溶胶的大部分吸光。BrN占有机气溶胶地表吸光的76%，占有机气溶胶总吸收光学厚度的61%。在来源方面，生物质燃烧贡献48%的BrN吸光，人为排放贡献29%，次生NACs贡献15%。
BrN的吸光能力会随大气老化逐渐减弱，模型显示，全球平均仅23%的BrN吸光能在老化后保留，且次生BrN的贡献从38%降至20%。若不考虑老化，夏季BrN吸光模拟值会比实际观测高估128%。老化尤其显著削弱生物质燃烧BrN的吸光能力，因其多发生在光照强烈的夏季，氧化速率更快。
研究还计算了BrN对气候的直接影响，BrN的吸收性直接辐射效应为0.034W/m²，而黑碳为0.21 W/m²，约站黑碳的16%。但在生物质燃烧活跃地区，BrN的吸收性直接辐射效应与黑碳的比值超过50%以上，达到0.1W/m²以上。
这项开创性的研究发表在《科学》杂志上，揭示了含氮化合物在全球大气有机气溶胶对阳光的吸收中起主导作用，氮气在其中起到了更关键的作用，氮气与有机化合物结合后，会显著增强气溶胶的光吸收能力。这一发现标志着朝着改进气候模型和制定更有针对性的战略以减轻空气中颗粒物对气候的影响迈出了重要一步。
图：OA组件示意图🔽
总散射OA（蓝色）包括WtN和WtC（浅蓝色）。总吸收OA（粉色）包括BrC（黄色）和BrN（紫色）。图中还显示了BrN向二次WtN的化学演化过程，这一演化过程驱动了OA吸收特性的变化。
❓思考题：大气有机气溶胶中，哪种组分被发现主导了太阳光吸收？
A.黑碳
B.棕色氮
C.硫酸盐
D.矿物粉尘
参考答案：（点击查看）
B.
解析：研究发现，棕色氮（BrN）占有机气溶胶地表吸光的76%和全球吸收光学厚度的61%，是吸光效应的主要贡献者，而非传统认为的黑碳（BC）。
这项研究为我们提供了新的视角，但也提出了更多的问题，比如，氮气是如何与有机化合物结合的？它对不同地区的气候影响有何差异？这些问题还需要进一步的研究来解答。同时，这项发现也提醒我们，减少氮氧化物的排放可能是应对空气污染和气候变化的重要策略之一。
参考文献：Yumin Li, Tzung-May Fu, Jian Zhen Yu, Aoxing Zhang, Xu Yu, Jianhuai Ye, Lei Zhu, Huizhong Shen, Chen Wang, Xin Yang, Shu Tao, Qi Chen, Ying Li, Lei Li, Huizheng Che, Colette L. Heald. Nitrogen dominates global atmospheric organic aerosol absorption. Science, 2025; 387 (6737): 989 DOI: 10.1126/science.adr4473