Том 30, номер 08, статья № 12

Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Воронецкая Н.Г., Головко А.К., Давыдов Д.К., Козлов А.С., Певнева Г.С., Симоненков Д.В., Фофонов А.В. Органический аэрозоль в атмосфере Сибири и Арктики. Ч. 1. Географические особенности и временная динамика. // Оптика атмосферы и океана. 2017. Т. 30. № 08. С. 716–722.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

По данным измерений в приземном слое воздуха в различных районах Сибири и в свободной атмосфере над акваторией Карского моря исследовано изменение концентрации нормальных углеводородов. Определено их суммарное содержание в составе аэрозольных частиц, отобранных за период эксперимента (от 244,56 нг/м3 в приземном слое воздуха до 0,08 нг/м3 в свободной атмосфере над Карским морем). Обнаружено, что основное количество органических соединений находится в диапазоне С15Н32–С22Н46 независимо от времени года. В переходные сезоны (весной и осенью) в составе частиц присутствуют более легкие соединения, начиная с С9Н20. Максимум концентрации осенью приходится на С18Н38, летом и весной на С19Н40, а зимой на С20Н42.

Ключевые слова:

атмосферный аэрозоль, состав, углеводороды

Список литературы:

1. Gelencser A. Carbonaceous Aerosol. Dordrecht: Springer, 2004. 350 p.
2. Vehkamäki H. Classical Nucleation Theory in Multicomponent Systems. Berlin; Heidelberg: Springer, 2006. 176 р.
3. Cappa C. Unexpected player in particle formation // Nature (Gr. Brit). 2016. V. 533, N 7604. P. 478–429.
4. Kirkby J., Duplissy J., Sengupta K., Frege C., Gordon H., Williamson Ch., Heinritzi M., Simon M., Chao Yan, Almeida J., Tröstl J., Nieminen T., Ortega I.K., Wagner R., Adamov A., Amorim A.A., Bernhammer A.K., Bianchi F., Breitenlechner M., Brilke S., Chen X., Craven J., Dias A., Ehrhart S., Flagan R.C., Franchin A., Fuchs C., Guida R., Hakala J., Hoyle C.R., Jokinen T., Junninen H., Kangasluoma J., Kim J., Krapf M., Kürten A., Laaksonen A., Lehtipalo K., Makhmutov V., Mathot S., Molteni U., Onnela A., Peräkylä O., Piel F., Petäjä T., Praplan A.P., Pringle K., Rap A., Richards N.A.D., Riipinen I., Rissanen M.P., Rondo L., Sarnela N., Schobesberger S., Scott C.E., Seinfeld J.H., Sipilä M., Steiner G., Stozhkov Yu., Stratmann F., Tomé A., Virtanen A., Vogel A.L., Wagner A.C., Wagner P.E., Weingartner E., Wimmer D., Winkler P.M., Ye P., Zhang X., Hansel A., Dommen J., Donahue N.M., Worsnop D.R., Baltensperger U., Kulmala M., Carslaw K.S., Curtius J. Ion-induced nucleation of pure biogenic particles // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 533, N 7604. P. 521–526.
5. Tröstl J., Wayne W.K., Gordon H., Heinritzi M., Chao Yan, Molteni U., Ahlm L., Frege C., Bianchi F., Wagner R., Simon M., Lehtipalo K., Williamson Ch., Craven J.S., Duplissy J., Adamov A., Almeida J., Bernhammer A.-K., Breitenlechner M., Brilke S., Dias A., Herhart S., Flagan R.C., Franchin A., Fuchs C., Guida R., Gysel M., Hansel A., Hoyle Ch.R., Jokinen T., Junninen H., Kangasluoma J., Keskinen H., Kim J., Krapf M., Kürten A., Laaksonen A., Lawler M., Leiminger M., Mathot S., Möhler O., Nieminen T., Onnela A., Petäjä T., Piel F.M., Miettinen P., Rissanen M.P., Rondo L., Sarnela N., Schobesberger S., Sengupta K., Sipilä M., Smith J.N., Steiner G., Tomè A., Virtanen A., Wagner A.C., Weingartner E., Wimmer D., Winkler P.M., Ye P., Carslaw K.S., Curtius J., Dommen J., Kirkby J., Kulmala M., Riipinen I., Worsnop D.R., Donahue N.M., Baltensperger U. The role of low-volatility organic compounds in initial particle growth in the atmosphere // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 533, N 7604. P. 527–531.
6. Bialek J., Dall’Osto M., Monahan C., Beddows D., O’Dowd C. On the contribution of organics to the North East Atlantic aerosol number concentration // Environ. Res. Lett. 2012. V. 7. Р. 044013 (7 p.).
7. Elsasser M., Crippa M., Orasche J., DeCarlo P.F., Oster M., Pitz M., Cyrys J., Gustafson T.L., Pettersson J.B.C., Schnelle-Kreis J., Prevot A.S.H., Zimmermann R. Organic molecular markers and signature from wood combustion particles in winter ambient aerosols: Aerosol mass spectrometer (AMS) and high time-resolved GC-MS measurements in Augsburg, Germany // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 14. P. 6113–6128.
8. Ge X., Wexler A.S., Clegg S.L. Atmospheric amines – Part 1. A review // Atmos. Environ. 2011. V. 45, N 3. P. 524–545.
9. Wang Z., Wang T., Guo J., Gao R., Xue L., Zhang J., Zhou Y., Zhou X., Zhang Q., Wang W. Formation of secondary organic carbon and cloud impact on carbonaceous aerosols at Mount Tai, North China // Atmos. Environ. 2012. V. 46, N 1. P. 516–527.
10. Shakya K.M., Place P.F., Jr., Griffin R.J., Talbot R.W. Carbonaceous content and water-soluble organic functionality of atmospheric aerosols at a semi-rural New England location // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. D03301. DOI: 10.1029/2011JD016113.
11. Kim K.H., Sekiguchi K., Kudo S., Kinoshita M., Sakamoto K. Carbonaceous and ionic components in ultra fine and fine particles at four sampling sites in the vicinity of roadway intersection // Atmos. Environ. 2013. V. 74. P. 83–92.
12. Virtanen A., Joutsensaari J., Koop T., Kannosto J., Yli-Pirilä P., Leskinen J., Makela J.M., Holopainen J.K., Poschl U., Kulmala M., Worsnop D.R., Laaksonen A. An amorphous solid state of biogenic secondary organic aerosol particles // Nature (Gr. Brit.). 2010. V. 467, N 7317. P. 824–827.
13. Кондратьев К.Я. Аэрозоль как климатообразующий компонент атмосферы. 2. Прямое и косвенное воздействие на климат // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 4. С. 301–320.
14. Fray N., Bardyn A., Cottin H., Altwegg K., Baklouti D., Briois Ch., Colangeli L., Engrand C., Fischer H., Glasmachers A., Grün E., Haerendel G., Henkel H., Höfner H., Hornung K., Jessberger E.K., Koch A., Krüger H., Langevin Y., Lehto H., Lehto K., Le Roy L., Merouane S., Modica P., Orthous-Daunay F.R., Paquette J., Raulin F., Rynö J., Schulz R., Silén J., Siljeström S., Steiger W., Stenzel O., Stephan T., Thirkell L., Thomas R., Torkar K., Varmuza K., Wanczek K.-P., Zaprudin B., Kissel J., Hilchenbach M. High-molecular-weight organic matter in the particles of comet 67P Churyumov–Gerasimenko // Nature (Gr. Brit.). 2016. V. 538, N 7623. P. 72–75.
15. Hand E. Mars rover finds long-chain organic compounds // Science. 2015. V. 347, N 6229. P. 1402–1403.
16. Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Кабанов Д.М., Полькин В.В., Турчинович Ю.С., Ходжер Т.В., Хуриганова О.И. Пространственно-временная изменчивость характеристик аэрозоля на маршруте Индо-Атлантической экспедиции НИС «Академик Николай Страхов» // Оптика атмосф. и океана. 2017. Т. 30, № 1. С. 42–52.
17. Поддубный В.А., Полькин В.В., Сакерин С.М., Голобокова Л.П., Лужецкая А.П., Маркелов Ю.И., Дубинкина Е.С., Хуриганова О.И. Комплексный аэрозольный эксперимент на Среднем Урале. Часть 2. Характеристики аэрозоля в приземном слое атмосферы // Оптика атмосф, и океана. 2016. Т. 29, № 12. С. 1011–1022.
18. Полькин В.В., Кабанов Д.М., Сакерин С.М., Голобокова Л.П. Результаты сравнительных исследований оптических, микрофизических характеристик и химического состава аэрозоля над акваторией Каспийского моря в 29-м и 41-м рейсах НИС «Рифт» // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 8. С. 628–635.
19. Михайлов Е.Ф., Миронова С.Ю., Макарова М.В., Власенко С.С., Рышкевич Т.И., Панов А.В., Андреае М.О. Исследование сезонной изменчивости углеродсодержащей фракции атмосферного аэрозоля Центральной Сибири // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2015. Т. 51, № 4. С. 484–492.
20. Шевченко В.П., Стародымова Д.П., Виноградова А.А., Лисицын А.П., Макаров В.И., Попова С.А., Сивонен В.В., Сивонен В.П. Элементарный и органический углерод в атмосферном аэрозоле над северо-западным побережьем Кандалашского залива Белого моря // Докл. АН. 2015. Т. 461, № 1. С. 70–74.
21. Анохин Г.Г., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Барсук В.Е., Белан Б.Д., Белан С.Б., Давыдов Д.К., Ивлев Г.А., Козлов А.В., Козлов В.С., Морозов М.В., Панченко М.В., Пеннер И.Э., Пестунов Д.А., Сиков Г.П., Симоненков Д.В., Синицын Д.С., Толмачев Г.Н., Филиппов Д.В., Фофонов А.В., Чернов Д.Г., Шаманаев В.С., Шмаргунов В.П. Самолет-лаборатория Ту-134 «Оптик» // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 9. С. 805–816.
22. Воронецкая Н.Г., Певнева Г.С., Головко А.К., Козлов А.С., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н. Углеводородный состав тропосферного аэрозоля юга Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2014. Т. 27, № 6. С. 496–505.
23. Hayes P.L., Ortega A.M., Cubison M.J., Froyd K.D., Zhao Y., Cliff S.S., Hu W.W., Toohey D.W., Flynn J.H., Lefer B.L., Grossberg N., Alvarez S., Rappenglück B., Taylor J.W., Allan J.D., Holloway J.S., Gilman J.B., Kuster W.C., de Gouw J.A., Massoli P., Zhang X., Liu J., Weber R.J., Corrigan A.L., Russell L.M., Isaacman G., Worton D.R., Kreisberg N.M., Goldstein A.H., Thalman R., Waxman E.M., Volkamer R., Lin Y.H., Surratt J.D., Kleindienst T.E., Offenberg J.H., Dusanter S., Griffith S., Stevens P.S., Brioude J., Angevine W.M., Jimenez J.L. Organic aerosol composition and sources in Pasadena, California, during the 2010 CalNex campaign // J. Geophys. Res. 2013. V. 118, N 16. P. 9233–9257. DOI: 10.1002/jgrd.50530.
24. Yee L.D., Craven J.S., Loza C.L., Schilling K.A., Ng N.L., Canagaratna M.R., Ziemann P.J., Flagan R.C., Seinfeld J.H. Effect of chemical structure on secondary organic aerosol formation from C12 alkanes // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 21. P. 11121–11140.
25. Marais E.A., Jacob D.J., Jimenez J.L., Campuzano-Jost P., Day D.A., Hu W., Krechmer J., Zhu L., Kim P.S., Miller C.C., Fisher J.A., Travis K., Yu K., Hanisco T.F., Wolfe G.M., Arkinson H.L., Pye H.O.T., Froyd K.D., Liao J., McNeill V.F. Aqueous-phase mechanism for secondary organic aerosol formation from isoprene: Application to the southeast United States and co-benefit of SO2 emission controls // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 3. P. 1603–1618.
26. Kürten A., Bergen A., Heinritzi M., Leiminger M., Lorenz V., Piel F., Simon M., Sitals R., Wagner A.C., Curtius J. Observation of new particle formation and measurement of sulfuric acid, ammonia, amines and highly oxidized organic molecules at a rural site in central Germany // Atmos. Chem. Phys. 2016. V. 16, N 19. P. 12793–12813.
27. Ehn M., Kleist E., Junninen H., Petaja T., Lonn G., Schobesberger S., Dal Maso M., Trimborn A., Kulmala M., Worsnop D.R., Wahner A., Wildt J., Mentel Th.F. Gas phase formation of extremely oxidized pinene reaction products in chamber and ambient air // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 11. P. 5113–5127.
28. Kourtchev I., Fuller S.J., Giorio C., Healy R.M., Wilson E., O’Connor I., Wenger J.C., McLeod M., Aalto J., Ruuskanen T.M., Maenhaut W., Jones R., Venables D.S., Sodeau J.R., Kulmala M., Kalberer M. Molecular composition of biogenic secondary organic aerosols using ultrahigh-resolution mass spectrometry: Comparing laboratory and field studies // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 4. P. 2155–2167.
29. Jokinen T., Kausiala O., Garmash O., Peräkylä O., Junninen H., Schobesberger S., Chao Yan, Sipilä M., Rissanen M.P. Production of highly oxidized organic compounds from ozonolysis of b-caryophyllene: Laboratory and field measurements // Boreal Environ. Res. 2016. V. 21, N 3–4. P. 262–273.
30. Crippa M., Canonaco F., Slowik J.G., Haddad I.El, DeCarlo P.F., Mohr C., Heringa M.F., Chirico R., Marchand N., Temime-Roussel B., Abidi E., Poulain L., Wiedensohler A., Baltensperger U., Prevot A.S.H. Primary and secondary organic aerosol origin by combined gas-particle phase source apportionment // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 16. P. 8411–8426.
31. Han Y., Iwamoto Y., Nakayama T., Kawamura K., Mochida M. Formation and evolution of biogenic secondary organic aerosol over a forest site in Japan // J. Geophys. Res. Atmos. 2014. V. 119. P. 259–273. DOI: 10.1002/2013JD020390.
32. Querol X., Alastuey A., Viana M., Moreno T., Reche C., Minguillon M.C., Ripoll A., Pandolfi M., Amato F., Karanasiou A., Perez N., Pey J., Cusack M., Vazquez R., Plana F., Dall’Osto M., de la Rosa J., de la Campa Sanchez A., Fernandez-Camacho R., Rodriguez S., Pio C., Alados-Arboledas L., Titos G., Artinano B., Salvador P., Dos Santos Garcia S., Patier R.F. Variability of carbonaceous aerosols in remote, rural, urban and industrial environments in Spain: Implications for air quality policy // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 13. P. 6185–6206.
33. Kawana K., Nakayama T., Mochida M. Hygroscopicity and CCN activity of atmospheric aerosol particles and their relation to organics: Characteristics of urban aerosols in Nagoya, Japan // J. Geophys. Res. Atmos. 2016. V. 121, N 8. P. 4100–4121. DOI: 10.1002/2015JD023213.
34. Yuan G.-L., Wu M.-Z., Sun Y., Li J., Li J.-C., Gen-Hou Wang G.-H. One century of air deposition of hydrocarbons recorded in travertine in North Tibetan Plateau, China: Sources and evolution // Sci. Total Environ. 2016. V. 560–561. P. 212–217.
35. Brito J., Rizzo L.V., Morgan W.T., Coe H., Johnson B., Haywood J., Longo K., Freitas S., Andreae M.O., Artaxo P. Ground-based aerosol characterization during the South American Biomass Burning Analysis (SAMBBA) field experiment // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 22. P. 12069–12083.
36. Bikkina S., Kawamura K., Miyazaki Y., Fu P. High abundances of oxalic, azelaic, and glyoxylic acids and methylglyoxal in the open ocean with high biological activity: Implication for secondary OA formation from isoprene // Geophys. Res. Lett. 2014. V. 41, N 10. P. 3649–3657. DOI: 10.1002/2014GL059913.
37. Воронецкая Н.Г., Певнева Г.С., Головко А.К., Козлов А.С., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н. Пространственная изменчивость органической компоненты аэрозоля в приземном слое и свободной атмосфере // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 9. С. 825–829.
38. Chang R.Y.-W., Leck C., Graus M., Muller M., Paatero J., Burkhart J.F., Stohl A., Orr L.H., Hayden K., Li S.-M., Hansel A., Tjernstrom M., Leaitch W.R., Abbatt J.P.D. Aerosol composition and sources in the central Arctic Ocean during ASCOS // Atmos. Chem. Phys. 2011. V. 11, N 20. P. 10619–10636.
39. Schmale J., Schneider J., Nemitz E., Tang Y.S., Dragosits U., Blackall T.D., Trathan P.N., Phillips G.J., Sutton M., Braban C.F. Sub-Antarctic marine aerosol: Dominant contributions from biogenic sources // Atmos. Chem. Phys. 2013. V. 13, N 17. P. 8669–8694.
40. Fu P.Q., Kawamura K., Chen J., Charriere B., Sempere R. Organic molecular composition of marine aerosols over the Arctic Ocean in summer: Contributions of primary emission and secondary aerosol formation // Biogeosciences. 2013. V. 10, N 2. P. 653–667.
41. Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Воронецкая Н.Г., Головко А.К., Давыдов Д.К., Козлов А.С., Малышкин С.Б., Певнева Г.С., Симоненков Д.В., Толмачев Г.Н. Годовая динамика органической составляющей аэрозоля в свободной атмосфере над югом Западной Сибири // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 10. С. 879–882.
42. Zhang X., Liu Z., Hecobian A., Zheng M., Frank N.H., Edgerton E.S., Weber R.J. Spatial and seasonal variations of fine particle water-soluble organic carbon (WSOC) over the southeastern United States: Implications for secondary organic aerosol formation // Atmos. Chem. Phys. 2012. V. 12, N 14. P. 6593–6607.
43. Ziemba L.D., Griffi R.J., Whitlow S., Talbot R.W. Characterization of water-soluble organic aerosol in coastal New England: Implications of variations in size distribution // Atmos. Environ. 2011. V. 45, N 39. P. 7310–7329.
44. Pöhlker Ch., Wiedemann K.T., Sinha B., Shiraiwa M., Gunthe S.S., Smith M., Su H., Artaxo P., Chen Q., Cheng Y., Elbert W., Gilles M.K., Kilcoyne A.L.D., Moffet R.C., Weigand M., Martin S.T., Pöschl U., Andreae M.O. Biogenic potassium salt particles as seeds for secondary organic aerosol in the Amazon // Science. 2012. V. 337, N 6098. P. 1075–1078.
45. Park J., Lee S., Kang M., Cho H.-J., Lee K., Park K. Seasonal characteristics of submicrometer organic aerosols in urban Gwangju, Korea using an aerosol mass spectrometer // Atmos. Environ. 2013. V. 80. P. 445–454.
46. Vestenius M., Hellén H., Levula J., Kuronen P., Helminen K.J., Nieminen T., Kulmala M., Hakola H. Acidic reaction products of monoterpenes and sesquiterpenes in atmospheric fine particles in a boreal forest // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, N 15. P. 7883–7893.
47. Nieminen T., Asmi A., Dal Maso M., Aalto P.P., Keronen P., Petäjä T., Kulmala M., Kerminen V.-M. Trends in atmospheric new-particle formation: 16 years of observations in a boreal-forest environment // Boreal Environ. Res. 2014. V. 19, suppl. B. P. 191–214.
48. Jokinen T., Kausiala O., Garmash O., Peräkylä O., Junninen H., Schobesberger S., Chao Yan, Sipilä M., Rissanen M.P. Production of highly oxidized organic compounds from ozonolysis of b-caryophyllene: Laboratory and field measurements // Boreal Environ. Res. 2016. V. 21, N 3–4. P. 262–273.

Вернуться