中國科大以硫同位素解析霧霾物源和形成機制

記者12月12日從中國科大獲悉，中國科學技術大學教授沈延安課題組在研究霧霾的物質來源和形成機制上取得重要進展，發現燃煤排放產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、古建築和雕像表層黑色硫酸鹽殼的形成提出了新的解釋，對歷史遺蹟保護具有重要參考意義。12月10日，相關研究成果在線發表於美國《國家科學院院刊》。

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濟發展和人類健康。因此，研究霧霾的物質來源和形成機制具有重要的理論和現實意義。

此次工作中，研究人員首先系統採集了華北不同地質時代代表性煤礦的煤樣品，然後在1000℃條件下對這些煤進行燃燒實驗，進而收集粒徑小於2.5微米的顆粒物樣品，最後對顆粒物樣品中的硫酸鹽組分進行高精度硫同位素測試。

結果顯示，煤與其燃燒產物的硫同位素組成具有顯著差異。結合理論計算，研究人員發現煤燃燒產生了非質量硫同位素分餾。前人的研究表明，非質量硫同位素分餾主要出現在22億年之前的岩石樣品中，因此煤的燃燒代表了一種新的非質量硫同位素分餾機制，具有重要的理論意義。

進一步分析發現，煤燃燒產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。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，而煤燃燒實驗結果證明，燃煤排放產生的顆粒物是華北霧霾的物源之一。

研究人員還發現，相似硫同位素的異常組成也出現在歐洲文物和雕像以及古老建築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歷了複雜的物理和化學過程，其中大氣污染和火山噴發均可能起到重要作用。通過硫同位素的系統分析，研究人員提出燃煤排放是歐洲雕像、建築物等歷史遺蹟上硫酸鹽殼的重要物源，這一結論與當時歐洲在工農業發展過程中大量使用煤產生的大氣污染歷史高度一致。

此次研究結果爲霧霾的物質來源和形成機制等提供了新的研究思路和證據，爲大氣顆粒物污染防治政策的制定提供了新的科學依據，也充分體現了硫同位素在解析現代及歷史環境方面的重要作用。（記者 汪喬）