化石の貢献が大きい

Apr 29, 2023

Nature Communications volume 13、記事番号: 5115 (2022) この記事を引用

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11 オルトメトリック

メトリクスの詳細

二次有機エアロゾル (SOA) の発生源に関する理解が不完全であると、大気質管理と気候変動評価の両方において大きな不確実性が生じます。大気中の水相で起こる化学反応は SOA 質量の重要な供給源ですが、水性 SOA (aqSOA) に対する人為的排出の影響は十分に抑制されていません。今回我々は、シュウ酸などの主要なaqSOA分子の化合物固有の二重炭素同位体フィンガープリント（δ13CおよびΔ14C）を使用して、aqSOAの前駆体源と形成メカニズムを追跡します。 aqSOA 分子の実質的に安定な炭素同位体分画は、広範な水相処理の確実な証拠を提供します。これらの aqSOA 化合物は大部分が生物起源であるというパラダイムに反して、放射性炭素に基づく供給源の配分は、化石前駆体が aqSOA 分子の半分以上を生成したことを示しています。化石由来の aqSOA の大部分は水溶性有機エアロゾルの総負荷に大きく寄与しており、したがって大気質と人為的放射力の両方の予測に影響を与えます。私たちの調査結果は、aqSOA にとって化石排出が気候と大気質に影響を与える重要性を明らかにしています。

有機エアロゾル (OA) は、大気中の微粒子塊の主な成分です1。 OA の大部分は二次 (SOA) であり、前駆体ガスの酸化によって大気中で形成されます2。ほとんどの SOA は酸素化された吸湿性化合物で構成されているため、呼吸器の健康に有害な影響を及ぼし、大気放射力に大きく不確実な影響を与えます3。しかし、現在の地球規模モデルは通常、SOA の大きさ、分布、ダイナミクスを過小予測しており、SOA の発生源と形成プロセスについての理解が限られていることを示唆しています4。モデリングや実験研究の数はますます増えており、SOA 形成に欠けている重要な経路として、雲の液滴や湿ったエアロゾルで起こる水性化学反応を指摘しています 2,3,4,5,6,7,8。水性 SOA (aqSOA) の形成には、人為起源と生物起源の排出の混合効果が関与することがよくあります 2、3。 aqSOA がどの程度制御可能か、または「自然」であるかは、大気質と気候問題の両方について進行中の研究の重要なテーマです 2、3。水の化学プロセスと人為起源と生物起源の相互作用の複雑さが理解されているため、確固たる結論を出すのは困難です2。

モデルシミュレーションでは、aqSOA は主にイソプレンの酸化生成物などの天然の生物前駆体に由来すると考えられています3、4、8。化石前駆体は生物前駆体よりも極性が低く、親水性が低いことが知られているため、分化の可能性は減少します。水相、およびその後の aqSOA の形成 9。しかし、東アジアにおけるいくつかの最近の研究は、化石前駆体が aqSOA の形成に実質的に寄与している可能性を示唆しています。例えば、化石燃料の燃焼から放出される多環芳香族炭化水素の速い水相酸化が北京の冬もやで観察され、観察されたSOA10を説明できる可能性がある。放射性炭素に基づく推定では、東アジア流出における水溶性 OA の約 50% が化石資源によるものである 11,12 のに対し、ヨーロッパ、米国、南アジアでは 30% 未満である 13、14、15、16、17、18。それにもかかわらず、aqSOA の形成に関しては、化石の寄与を定量的に推定することは依然として困難であり、これは主に、周囲エアロゾル中の aqSOA の発生源と形成メカニズムを追跡するための具体的で信頼できる技術ツールが不足しているためです。

ここでは、aqSOA 分子の化合物固有の二重炭素同位体フィンガープリント (δ13C-Δ14C) の最近の出現を利用して、aqSOA 源と大気の化学プロセスを定量化し、特徴付けます。 aqSOA トレーサーの分子レベルの Δ14C 含有量は、その起源に直接的な制約を与える 19 のに対し、分子トレーサーの δ13C フィンガープリントは、さまざまな大気プロセス/反応を区別することができます 20。この技術は、精製シュウ酸および他の同様に豊富な有機酸 (グリオキシル酸など) に適用されました。シュウ酸は、おそらく OA の最も高い酸化状態を表しており、実験室研究と野外研究の両方で水処理の代用として頻繁に使用されています 21,22,23。高い O/C 比 (約 1 ～ 2) を持つ有機酸は、最も豊富な SOA 成分の 1 つであり、さまざまな揮発性有機化合物 (VOC) やグリオキサール (Gly) などの中間体の水相光化学酸化における重要な最終生成物です。したがって、これらの有機酸は、aqSOA 形成経路を追跡するための特徴的な化合物として機能する可能性があります 21、22、23、26。

中国南部の地域受容体サイト（鶴山大気環境監視スーパーステーション、補足図1）からの通年エアロゾルサンプルのセットを使用しました。私たちは、東アジアのモンスーン系の 2 つの対照的な段階、すなわち、南シナ海 (SCS) 気団に対する大陸流出の期間中に、aqSOA 化合物とその δ13C-Δ14C 同位体フィンガープリントを測定しました (図 1)。二重炭素同位体組成および他の化学指標を気象パラメータと組み合わせることで、化石およびバイオマスの aqSOA 前駆体の相対的な寄与とその後の進化プロセスを解明し、人為起源の化石放出による大規模な aqSOA 形成に関する周囲同位体観測証拠を提供します。最後に、aqSOA 分子の二重δ13C-Δ14C 特性評価は、中国のより広い空間範囲に拡張され、化石前駆体の有機エアロゾルへの水相変態の遍在的な寄与がさらに確認されました。

2017 年 6 月から 2018 年 5 月までの東アジア地域における 550 nm での平均エアロゾル光学深さ (AOD) が示されています。 HYSPLIT クラスター分析に基づく平均気団逆軌道 (BT) は、大陸流出 (クラスター全体の 62%) と海洋気団 (クラスター全体の 38%) という 2 つの主要な気団輸送経路 (破線と矢印) を示しています。 6 時間間隔の 72 時間 BT については補足図 2 を、相対的なクラスターの寄与については補足図 3 を参照してください。棒グラフは、総炭素質エアロゾル [TCA = 有機物 (OM) + 元素状炭素 (EC)]、人為起源の WSIC [WSICanth = 非海塩 (nss) K+ + nss-SO42- + NH4+ + NO3] の質量濃度を示しています。 − + nss-Cl−]、およびエアロゾル液体水 (ALW)。 AOD データは、中解像度イメージング分光放射計 (MODIS) の観測 (https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/) から取得されます。地図内の海岸線の境界は、Natural Earth の無料ベクトル地図データ (https://www.naturalearthdata.com/) から取得されています。地図内の行政境界は、中国国家地理学センター (https://www.webmap.cn/) の地図製品から取得したものです。

鶴山受容体サイトは東アジアのモンスーン気候を特徴としています。冬は大陸モンスーン、夏は海洋モンスーンによって大気はそれぞれ支配されています（図1）。逆方向の軌道から、2017年6月から8月にかけては清浄なSCS気団が飛行場を支配しており、一方、2017年9月から2018年3月にかけては珠江デルタ（PRD）の都市群からの人為的放出の強化によってもたらされた大陸流出が支配的であったことが明らかになった（図1）。したがって、2017 年から 2018 年のサンプルを、明らかに異なる大気輸送形態 (補足表 1)、つまり「沿岸背景 (n = 11)」と「大陸流出 (n = 21)」に基づいて 2 つのグループに分類しました。気団クラスターについては補足図2、相対クラスター寄与については補足図3）。

キャンペーン中のエアロゾルの化学組成は、大気輸送体制によって大きく異なりました。大陸流出時の気相汚染物質（SO2、NO2、O3、CO）およびPM2.5の主要成分の濃度は、沿岸背景時よりも2〜5倍高かった（補足表2および補足図4）。大陸流出サンプルでは、観測された有機物（OM）および人為起源の水溶性無機成分（WSICanth）（補足方法 1）が、吸湿性エアロゾル成分に関連するエアロゾル液体水（ALW）含有量（補足方法 2）とともに増加しました。 OM、WSICanth、および ALW の濃度は、大陸流出サンプルで明らかに増加しており、それぞれ沿岸バックグラウンドの 3、5、および 3 倍高い値を示しています (図 1)。

二酸および関連する水性処理トレーサーの分子組成を補足表 3 にまとめます。マロン酸とコハク酸の比率 (C3/C4) は、大陸流出サンプル (0.9 ± 0.3) よりも沿岸バックグラウンドサンプル (1.5 ± 0.4) の方が大幅に高くなります。 (補足表 4)。マロン酸は大気中のコハク酸の光化学酸化によって生成されるため、これは沿岸のバックグラウンドエアロゾルがより広範な光化学老化を受けていることを示しています 27, 28。水溶性有機炭素 (WSOC) と有機炭素の比率 (WSOC/OC)は、大気の光化学老化のもう 1 つの指標です 29。たとえば、WSOC/OC 比は、長距離の大気輸送中の OC の光化学老化により、南アジアの発生源地域の約 40% からインド洋の受容体サイトでは約 70% に増加しました 17, 29。大陸流出サンプルの WSOC/OC 比 (44 ± 12%) は、沿岸バックグラウンド (39 ± 10%) と統計的に区別できません (補足表 4)。これは、大気老化以外の追加のメカニズムが存在する可能性を示唆しています。

水溶性のガス状有機前駆体の湿ったエアロゾル粒子および霧/雲への取り込みと、その後の水相の低揮発性化合物への変化は、WSOC エアロゾル形成の重要な経路である可能性があります 23、26、30、31。 ALW の質量は主に次の要因によって引き起こされました。無機塩、特に硝酸塩と硫酸塩31。補足図5に示すように、ALWの質量は、キャンペーン中のPM2.5中のWSICanthの濃度およびWSICanthの割合とよく相関していました。大陸流出サンプル中の硝酸塩は、沿岸バックグラウンドサンプルよりも20倍高い濃度を示し、人為起源のWSICのほぼ半分を占めます（補足図4）。硝酸塩は硫酸塩 30 よりも吸湿性が高いため、エアロゾル組成のこのような変化は ALW 含有量を左右する主要な要因となると考えられます。大陸流出サンプル中の高い相対湿度 (RH%) (74 ± 9%; 補足表 2) と豊富な吸湿性粒子 (特に粒子状硝酸塩) を考慮すると、ガス粒子分配の変化は、増加した空気によって引き起こされると予想されます。 ALW は、シュウ酸などの aqSOA 種の形成を促進した可能性があります 23、26、32。これは、沿岸バックグラウンドよりも大陸流出サンプルで観察された OC 中の aqSOA 前駆体 (Gly + MeGly) の質量分率が 6 倍高いことによって裏付けられます (補足)表4)。大陸流出におけるより高い aqSOA 前駆体濃度とより高い WSOC/OC 比の観察は、aqSOA 形成プロセスと一致しています。 aqSOA 形成についての洞察を得るには、さらに正確で堅牢な証拠/情報が必要です。

δ13C の特徴は、発生源と大気の処理の両方を反映しています。さまざまな発生源からの放出は、多くの場合、端成分のδ13C 値が異なります。 δ13C シグネチャーは、一度形成されると、大気中の反応/処理中に動的同位体効果 (KIE) の影響を受けます 15。 KIE による前駆体ガスの酸化から生じる二次エアロゾルは、通常、ガス状反応物と比較して粒子状生成物の δ13C 値が低くなりますが、エアロゾルの老化 (つまり、エアロゾル相内の有機物の酸化) により、同位体の放出が引き起こされる可能性があります。 CO2 や CO などの軽い炭素が含まれ、13C12、15、17、29 が豊富な残留 (老化した) エアロゾルが残ります。図 2 は、年間観測中のシュウ酸の質量濃度と二重炭素同位体特徴の時間的変化を示しています。。シュウ酸の δ13C 値は、大陸流出サンプルでは平均で -24.6 ± 2.7 パーセントであり、沿岸バックグラウンドサンプルでは 13C が大幅に濃縮されています (-19.9 ± 2.3 パーセント)。この明確なコントラストは、さまざまな放出源および/または大気処理に起因すると考えられます。

影のない期間は沿岸背景気団の状態を表し、影付きの期間は大陸流出気団の状態を表します。赤と青のバーは、それぞれ沿岸背景気団状態と大陸流出気団状態におけるシュウ酸の濃度を表します。オレンジと緑の記号は、シュウ酸の非化石のδ13C 組成と 14C ベースの割合を示します。

この研究では、原料の混合はシュウ酸のδ13C 組成に大きな影響を与えるとは予想されません。まず、生物起源の不飽和脂肪酸 33 の酸化生成物であるアゼライン酸 (C9 二酸) の δ13C 組成は、沿岸バックグラウンドサンプル (-34.1 ± 2.8 パーセント) と大陸流出サンプル (-34.7 ± 2.6 パーセント) で非常に近似しています (図 2)。 3a)。これらのδ13C 値は、C3 植物起源の不飽和脂肪酸 (-38.5 パーセントから -32.5 パーセント) 34 を示していますが、代わりにどちらもδ13C がより豊富である海洋植物プランクトンと C4 植物源は除外されています 35, 36。すべてのサンプルにおける nss-SO42- 対 SO42- (99 ± 1%) および nss-K+ 対 K+ (94 ± 4%) の質量比によって示される生体寄与 29。海洋およびC4植物源からの寄与が鶴山サイトではほとんど除外されていることを考えると、シュウ酸の潜在的な前駆物質は、人為起源のVOC（AVOC;例えば芳香族炭化水素）およびC3植物由来の生物起源VOC（BVOC;例えばイソプレン）となるでしょう。 δ13C 値は類似しています (補足表 5)。したがって、スーパーサイトにおけるシュウ酸のさまざまな供給源の同位体範囲は最小限であり、速度論的同位体分別がシュウ酸のδ13C組成を制御する最も可能性の高いプロセスとなる。

a 飽和脂肪族ジカルボン酸（C2〜C9）、芳香族ジカルボン酸［フタル酸（Ph）およびテレフタル酸（tPh）］、オキソカルボン酸［グリオキシル酸（ωC2）およびピルビン酸（Pyr）］の平均δ13C値。 2つの空団体制。エラーバーは、各気団領域におけるδ13C 値の 95% 信頼区間を示します。ピンク色の影は、δ13C 値が 2 つの気団起源間で統計的に有意に異なる (p < 0.05) 化合物を表します。 b シュウ酸質量濃度とエアロゾル液体水 (ALW) の関係。 c aqSOA存在量の代理としてのδ13C-シュウ酸と水溶性有機炭素(WSOC)の質量濃度との関係。

シュウ酸は SOA の最終生成物であり、2 つの経路によって形成されます。最初の経路は、長鎖脂肪族二酸の段階的な光化学分解であり 27、28、これにより、残りの短鎖二酸のδ13C 値が比較的豊富になります 37。最近、乾燥条件下でのイソプレンのオゾン酸化によって、かなりの量のシュウ酸、続いてコハク酸が生成されることも判明した 38。 2 番目の経路は、BVOC および AVOC の半揮発性有機化合物 (SVOC、例: Gly および MeGly) への酸化であり、続いて SVOC が湿ったエアロゾルまたは雲/霧の液滴に分配され、その後水相がピルビン酸に変換されます ( Pyr) とグリオキシル酸 (ωC2) が生成し、最終的にシュウ酸に酸化されます 24,25,26。この場合、シュウ酸-C は残留 C プールとは対照的に、酸化生成物であるため、減少した δ13C シグナルを伝えます。私たちのデータセットは、シュウ酸とALWとの有意な相関関係を示しており（r2 = 0.78、P <0.001、図3b）、シュウ酸が主に前駆体の気体から液体への移動とその後の水相反応によって形成されたことを示唆しています。これは、aqSOA の形成が前駆体の利用可能性ではなく ALW によって制限されることを明らかにした以前のモデル研究と一致しています 39。図 3b に示すように、過剰な ALW を持つ 5 つのポイントは傾向から外れており、ALW が特定のサンプルにおける制限パラメータではなくなったことを示しています。シュウ酸とその水相中間生成物であるグリオキシル酸も、水相経路を表す有意な相関関係 (r2 = 0.65、P < 0.001) を示します。

シュウ酸および関連する SOA 種の化合物固有の δ13C 値は、形成経路の探索に役立ちます。まず、C2とは対照的に、C3からC9までの高級同族体脂肪族二酸は、2つの気団源レジーム間に有意な統計的差異（t検定、P>0.05、補足表6）を示しません（図3a）。代わりに、ωC2とPyrは、沿岸バックグラウンドよりも大陸流出中に有意に低いδ13C値（t検定、P < 0.05、補足表6）を示します（それぞれ4.4パーセントと3.2パーセント、図3a）。より軽い同位体を含む前駆体が優先的に酸化されて反応生成物を形成するため、VOC または SVOC から形成された aqSOA は通常、前駆体と比較して δ13C 値が低くなります。大陸流出状況は、高い RH% と大量の人為起源の吸湿性粒子によって特徴付けられ、aqSOA の形成を促進する可能性があります。したがって、2 つのエアマス源領域間のシュウ酸のδ13C 組成における大きな違いは、主にガスではなく、水相反応経路、つまり AVOCs/BVOCs → SVOCs/WSOC → Pyr → ωC2 → C240 に起因すると考えられます。 -相光化学酸化（または分解）プロセス。前述したように、ソース混合の寄与は最小限であることに注意してください。

同位体分別に対するこの水性反応の影響は、一次 OA (糖など) と SOA 種の混合物である水溶性 OA にも適用される可能性があります。図 3c は、WSOC 濃度の増加に対するシュウ酸の δ13C サインの明らかな減少を示しています (r2 = 0.70、P < 0.001)。大気中の水相処理は、反応生成物のδ13C 特徴の減少と WSOC 質量濃度の増加を同時に引き起こすであろう。これはまさにこのキャンペーン中に観察されたことです。全体として、結果は、aqSOA 形成プロセスが中国南部の大気および同様の環境において水溶性 OA を形成する重要な経路である可能性があることを示しています。

大気処理中に強力な同位体分別を受けるδ13C の特徴に加えて、放射性炭素同位体フィンガープリント (Δ14C) は、化石を生物起源/バイオマス源から区別する際に保守的かつ高精度です19。個々の水溶性二酸および関連化合物 (C2、C3、C4、ωC2、および MeGly) は、分取キャピラリーガスクロマトグラフィー技術 (方法) によって単離されました。エアロゾルサンプルから十分な質量の C2 シュウ酸を採取することは可能ですが、14C 測定に十分な炭素質量を得るには、他の単離された化合物をそれぞれ月ごとにプールする必要がありました。「現代炭素の割合」(Fm) として報告された決定された Δ14C 組成を補足表 7 および補足表 8 に示します。さらに、Fm の特徴を化石 (fossil) と非化石 (含む) からの寄与率に変換することも可能です。生物起源排出物: バイオおよびバイオマス燃焼: bb; 以下、fbio/bb と呼ばれる) 発生源 (補足方法 3)。

分子レベルの 14C 分析の優れた感度と精度により、さまざまなサンプルおよびレジームにおけるシュウ酸の 14C サインの明らかな多様性が明らかになります (図 2 および補足表 7)。沿岸の背景気団領域では、シュウ酸の 67 ± 9% が生物起源の排出とバイオマスの燃焼によるものです。 SCS に由来する夏のモンスーン (図 1) は効率的な降水量をもたらしますが、依然として人為的活動による化石の寄与がかなりあります (化石 = 19 ～ 48%、33 ± 9%)。大陸流出サンプルの場合、化石−C2 (化石 = 42 ～ 78%; 55 ± 10%) は生物起源/バイオマス源の寄与よりもさらに高くなります。バックトラジェクトリー分析により、後期には受容体部位が高度に汚染された大陸源地域の風下にあったことが明らかになり、したがって明らかにこの地域のエアロゾル中のシュウ酸源であることが明らかになった（図1）。大気粒子中の NO3- の高い比率（約 10%、補足図 4）は、大気粒子に対する交通排出量 41 の重要な寄与を示しています。さらに、テレフタル酸 (tPh) は、総二酸の 5% を占める最も豊富な人為起源の二酸の 1 つでした (補足表 3)。 tPh はプラスチックポリマーの燃焼トレーサーであるため 42、これはプラスチックの燃焼から二酸の形成までの前駆体の関与を強調しています。したがって、交通とプラスチック燃焼による排出物の両方が、化石資源由来のシュウ酸の原因となることが容易に考えられます。

アジピン酸とアゼライン酸の質量比 (C6/C9) は、二酸に対する生物起源と人為起源の寄与の相対的な重要性を区別するためによく使用されます。ここで、C6 アジピン酸は化石燃料の燃焼源から排出される環状ヘキセンの光化学酸化生成物 27, 43 であるのに対し、C9 アゼライン酸は生物由来の不飽和脂肪酸の光化学分解生成物 33 です。沿岸バックグラウンドサンプルでは、大陸流出（0.76 ± 0.21）よりも低い C6/C9 比（0.37 ± 0.13）が観察されました。さらに、C6 / C9比はffossil-C2のパラメータとよく相関しています（r2 = 0.63、 P < 0.001;補足図6）。したがって、C6/C9 比は、二酸 14C ベースのソース配分の結果に強力かつ一貫した裏付けを与えます。

大陸流出サンプル中のシュウ酸の化石含有量は、長鎖二酸の推定前駆体（C3およびC4二酸）およびその水性処理前駆体（ωC2およびMeGly）と比較されます（図4cおよび補足表8）。この結果は、化石源がシュウ酸 (55 ± 10%) とその水性処理前駆体、つまりグリオキシル酸 (ωC2; 69 ± 4%) およびメチルグリオキサール (MeGly; 67 ± 5%) の両方に圧倒的に寄与していることを示しています。したがって、大陸流出における化石燃料源からの aqSOA 形成への優位性は明らかです。

a 生物起源/バイオマス燃焼 (bio/bb) 源由来のシュウ酸とレボグルコサンの関係。 b バイオ/bb ソース由来のシュウ酸と生物由来の二次有機エアロゾル (SOA) トレーサーとの関係 (イソプレン SOA トレーサーおよび α/β-ピネン SOA トレーサーを含む; 補足方法 1)。 c シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリオキシル酸、およびメチルグリオキサールへの非化石寄与の月次変動。エラーバーは、伝播された不確実性の合計の ±1 標準偏差を表します (補足方法 3)。 d 沿岸背景および大陸流出におけるシュウ酸に対する生物起源の排出、バイオマスの燃焼、および化石燃料の排出の相対的な寄与。

マロン酸 C3 およびコハク酸 C4 酸は部分的に水処理により生成されると考えられていますが 22, 26、これらの C3 および C4 については、化石源からの寄与はやや低いものの、依然として大きな寄与があります (C3: 31 ± 4%、C4: 36 ± 2%)。）。これは、C3 および C4 二酸が主に、高度に汚染された大陸流出気団の中でも生物起源の不飽和脂肪酸の段階的な光化学分解に由来することを示しています。 C2 二酸とその高級同族体 (つまり、C3 および C4 二酸) 間の化石画分の大きなコントラストは、実質的な化石前駆体が水相処理を通じて C2 の形成に寄与し、その結果、化石含有量が C2 よりもはるかに高くなるということをさらに示しています。その上位相同体のもの。

非化石源 (bio/bb-C2) からのシュウ酸の 14C 由来濃度は 40 ～ 417 ng m-3 (207 ± 88 ng m-3) の範囲ですが、化石源 (化石-C2) からのシュウ酸の濃度は 21から 650 ng m-3 (230 ± 168 ng m-3) (補足図 7)。特に中国の農村部で収穫後の農作物残留物の野焼きが広く行われている秋から冬にかけて、bio/bb−C2とnss-K +およびレボグルコサンの時間的変動に密接な類似性が観察されました（補足図8）。キャンペーン全体のすべてのデータについて、bio/bb-C2 濃度はレボグルコサンと正の相関があります（r2 = 0.67、P < 0.001、図 4a）。 bio/bb-C2 と nss-K+ の比も有意な相関関係を示します（r2 = 0.58、P < 0.001;補足図9）。対照的に、沿岸のバックグラウンドサンプルでは、低濃度のレボグルコサンとnss-K +が記録されており（図4aおよび補足図9）、バイオマス燃焼による寄与がわずかであることを示しています。さらに、沿岸バックグラウンドサンプルの生物/bb-C2濃度と生物起源SOAトレーサー（つまり、イソプレントレーサーおよびα/β-ピネントレーサー）の間に強い線形相関（r2 = 0.81、P <0.001、図4b）が見つかりました。、低バイオマス燃焼シナリオにおける bio/bb-C2 は主に生物起源の前駆体から形成されたことを示唆しています。これらの独立した一連の証拠は、バックグラウンド C2 が生物起源であることを示唆しており、それと一致していますが、bb-C2 は追加の非化石 C2 濃度を示している可能性があります。したがって、バイオマス燃焼の寄与がほとんどない場合（レボグルコサン ≈ 0）、bio/bb-C2 の濃度（128 ng m-3、図 4a）はバックグラウンド C2 レベル、つまりバイオ−C2。この推定により、シュウ酸の総濃度を 3 つのソース、つまり化石-C2、bb-C2、および生物-C2 に定量的に分布させることができます。

人為起源のC2（化石-C2およびbb-C2を含む）は、大陸流出サンプルでは総C2の78％を占めましたが、その寄与は沿岸バックグラウンドでは39％でした（図4d）。自然のバイオマス燃焼（山火事など）は、中国におけるバイオマス燃焼由来の有機汚染物質全体の 4% 未満であるため、無視されていることに注意してください45。トレーサーに基づく推定では、気相での光化学反応とそれに続く凝縮相への熱力学的分配によって形成される人為起源のガス SOA が、秋から冬にかけて PRD 内の総ガス SOA の 79% を占めることが示唆されています 46。このガス SOA の人為起源の含有量は、14C に制約された aqSOA のソース配分 (ファントポジェニック -C2 = 78%) と一致しています。ひいては、aqSOA と GasSOA の人為的排出の寄与は、ALW 含有量が高い周囲条件下では一貫している可能性があります。私たちの観測に基づく同位体制約は、主にモデルシミュレーションに基づいたパラダイムに疑問を投げかけており、その代わりに、ガスSOAと同じくらい多くの質量をSOA予算に寄与する可能性があるaqSOAは主に生物起源の排出物から形成されていると考えられています4。以前の研究では、化石前駆体は生物起源の前駆体よりも疎水性が高い可能性があり、したがって気相処理を通じて優先的にSOAを形成する可能性が高いと考えられていました9。しかし、化石前駆体の酸化生成物は大部分が水溶性であるため、水相での化学反応は無視できない経路を構成し、気相化学によるSOA形成と競合する可能性があります。

図 5 は、シュウ酸の 13C と 14C の特徴を組み合わせることによる、aqSOA の前駆体ソースと大気処理の二重効果を示しています。海岸のバックグラウンドサンプルではシュウ酸濃度が低く、非化石の寄与が高く、13C がより豊富に含まれていることがわかりました。大陸流出サンプル中のシュウ酸濃度が高いほど、化石の寄与が高く、13℃でより減少するという特徴があります。大陸流出気団に含まれる吸湿性の粒子と前駆体は水相の化学プロセスを促進し、その結果δ13C 値が軽くなり、化石によるシュウ酸への寄与が高くなります。

記号の色はシュウ酸濃度を表します。生物起源の揮発性有機化合物（BVOC、つまりイソプレン）および人為起源の揮発性有機化合物（AVOC、つまり人為的に放出された非メタン炭化水素）からのシュウ酸前駆体ガスのδ13C源の特徴は、報告された文献値から得られます（補足表5）。。 2 つの楕円形には、それぞれ沿岸のバックグラウンドサンプルと大陸からの流出サンプルの大部分が含まれています。影付きのピンクの円は、強い大気老化にさらされた大陸サンプルの外れ値を示しています。

逆に、このような aqSOA 形成プロセスは、人為的活動がそれほど顕著ではないため、大気中の前駆体や吸湿性粒子が少ない沿岸背景期には重要性が低くなりました。この場合、シュウ酸の光化学的分解（老化）は、その水相の形成を上回り、これはシュウ酸のδ13C値の増加で明らかである（図5）。この解釈は、大陸流出サンプルのいくつかの外れ値 (図 5 のピンク色の影) にも適用される可能性があります。これらのサンプルの OC/EC 比は、徹底的な大気老化を意味し、他のものよりもはるかに低くなります。

多くの研究が生物起源/バイオマス前駆体 (例、イソプレン) からの aqSOA の形成を調査しています 3、7、8、22、47、48 が、化石/人為起源の前駆体 (例、芳香族炭化水素) にはあまり注目されていません。化石前駆体は主に疎水性成分で構成されていると考えられており、したがって化石由来の SOA は水に溶けにくいと予想されてきました9。スモッグチャンバーの実験では、水溶性有機エアロゾルが化石SOAよりも生物起源SOAとの類似性が高いことを示している49,50。実際、WSOCに対する化石の寄与率が低い（0〜29%）ことが、ヨーロッパ、北米、南アジアのさまざまな地域で報告されている。エアロゾル OC とそのサブフラクションの季節 13、14、15、16、17、18、および 14C 分析は、化石由来の OA の大部分が水不溶性であると解釈されてきました 51, 52。したがって、これらの初期の現地および実験室での研究は、彼らは、水溶性 OA が化石源に由来するのは非常に限られた範囲にすぎないことを示しています。対照的に、中国における広範な13C/14C分子データを用いた今回の研究結果は、人為的化石排出が水溶性OAの重要な供給源であることを強く指摘している。これは、中国の都市部 52,53,54,55 と、大きな地域フットプリントを遮断する黄海南東部の受容基地の両方で報告されている WSOC への化石資源の寄与 (30-60%) の多さによっても裏付けられています 11, 12。、これら 2 組の発見は、中国における化石燃料由来の水溶性 OA の増加に関与する重要な経路が欠落していることを示唆しています。

大気中の水相処理の強化（シュウ酸のδ13CがaqSOA形成の代理として使用される）は同時にWSOC質量濃度の増加を引き起こし、aqSOAが実質的な水溶性OA源を構成することを示唆しています（図3c）。最近の研究では、ALW の増加によって引き起こされる気相成分の酸化とその後の水溶性酸化生成物の取り込みが、中国の大都市における SOA 質量の増加を説明できることも示しています 32。これは、個々の aqSOA トレーサー (つまり、C2、ωC2、および MeGly) の放射性炭素の特徴によってさらに裏付けられ、aqSOA の主要な化石源が明らかになります (図 4c)。 aqSOA は、冬霞中の北京 (62-68%) や広州 (53-56%) などの他の中国都市部の水不溶性 OC に匹敵する化石含有量 (55-69%) さえ示しました 56。 aqSOA トレーサーの二重炭素同位体データは、さまざまな化石前駆体が酸化されて大気中で aqSOA を形成し、WSOC エアロゾルに大きく寄与している可能性があることを示しています。我々は、この大気メカニズムが中国における化石由来のWSOCの形成促進に関与していることを示唆しています。

調査結果の空間的範囲をテストするために、中国の 5 つの排出ホットスポット大都市からエアロゾルサンプルを取得しました (図 6a)。シュウ酸とバルクWSOCの間のδ13Cと14C由来のfbio/bb値の差を、それぞれ冬と夏で比較しました（図6b）。シュウ酸は WSOC の大部分 (約 5.2%) を占め、おそらく最も豊富に存在する化合物ですが、2 つの季節を通じて、シュウ酸と WSOC の間のδ13C および Δ14C 組成に、正反対の有意な差異が観察されました。冬には、シュウ酸は各都市のWSOCプールよりも13℃と14℃でより減少しました（図6bの青の上の赤）（補足表9を参照）。これは、冬季の ALW の増加によって引き起こされる水相形成プロセスの支配的な役割と一致します 32。上で述べたように、aqSOA 化合物への圧倒的な化石の寄与が観察され、これは冬もやの期間中に中国の都市部で報告された水不溶性 OA の化石含有量と一致するか、それよりも高くさえありました 52, 56。実質的な化石由来の前駆体は WSOC に酸化される可能性があります。冬に二次水性処理を通じてエアロゾルを生成し、その結果、バルク WSOC プールよりも負の δ13C 値と化石寄与が多い生成物 (シュウ酸など) が得られます。

a 5 つの大都市 (北京、広州、武漢、成都、上海) の位置と 2018 年の平均化石燃料 CO2 (FF CO2) 排出量。FF CO2 排出量は、5 つの大都市における高レベルの人為的活動を示しています。 FFのCO2排出量データは、Open-source Data Inventory for Anthropogenic CO2 (https://db.cger.nies.go.jp/dataset/ODIAC/DL_odiac2020b.html)から取得しています。地図内の海岸線の境界は、Natural Earth の無料ベクトル地図データ (https://www.naturalearthdata.com/) から取得されています。地図内の行政境界は、中国国家地理学センター (https://www.webmap.cn/) の地図製品から取得したものです。 b 冬（2018年1月）と夏（2018年7月）それぞれにおけるシュウ酸とWSOCの間の非化石源のδ13Cおよび14Cベースの割合の差。 δ13C 組成のエラーバーは、反復分析の相対標準偏差を表します (n = 3)。非化石源の 14C ベースの割合のエラーバーは、伝播された不確実性の合計の ±1 標準偏差を表します (補足方法 3)。

逆に、夏には、広州、武漢、上海のWSOCプールよりも13℃と14℃でシュウ酸が豊富でした。図 6b に示すように、北京と成都では分析の不確実性の範囲内にある非常に近い値にもかかわらず、青が赤を上回るという一般的な傾向が示されています。おそらく解釈としては、WSOC プールからのバイオマス/生体成分が優先的に酸化老化を受けて小分子になり 12, 57、その結果、δ13C と Δ14C の両方が豊富なシュウ酸が生成されるということです。異なる放出源の異なる同位体特徴も、シュウ酸の炭素同位体の濃縮に寄与すると考えられる。ここで、夏は成長期であるため、シュウ酸への生物起源の寄与が増加すると予想されることに注意してください。

この研究で強調された aqSOA に対する化石由来炭素の大きな寄与は、エアロゾル気候強制と地域の大気質に重要な意味を持っています。気相経路と競合する化石前駆体の水相処理は、水溶性OAに対する人為的排出物の影響を増幅し、エアロゾルの化学的性質と吸湿性を変化させる可能性がある。派生した吸湿性 SOA は、直接放射強制力だけでなく、雲凝縮核 (CCN) 活動、およびその後の気候システムに対する人為起源エアロゾルの雲媒介効果にも影響を与えます 58。シュウ酸に関しては、水相中の無機塩との相互作用により、エアロゾル粒子の CCN 活性が変化する可能性があります 59、60、61。

ALW と無機粒子 (硫酸塩や硝酸塩など) の間で相互促進効果が起こる可能性があります 31, 62。鶴山受容体サイトでの年間の観察では、ALW、無機物、および aqSOA 化合物間の正のフィードバックループが目撃されています。このデータセットは、無機粒子が ALW の成長を誘導し（補足図 5）、気相酸化生成物の水相媒体への分配を促進し、aqSOA の形成を促進する（図 3b）6、30 ことを裏付けています。有機エアロゾル画分中の aqSOA は、エアロゾル粘度を低下させ、ALW63 を増加させ、その結果、水溶性有機前駆体の気体から液体への移動をさらに促進すると考えられます 23, 32。シュウ酸は、OA の吸湿特性の上限として特定されています。 k-Kohler は 0.487 です。 Zdanovskii-Stokes-Robinson (ZSR) 混合モデル 64 を使用すると、エアロゾル水に対する人為起源のシュウ酸の影響は、有機化合物が寄与する ALW の 3 ～ 38% (平均: 10%) を占めます (補足方法 2)。無機粒子は、ほとんどの大陸大気中で人為起源であると考えられます 3, 30, 39。我々は、無機種に加えて、実質的な aqSOA 化合物も人為起源の前駆体に由来するという 14C に基づく証拠を提供します。したがって、有機微粒子汚染を軽減するには、SO2、NOx、VOC 前駆物質などのさまざまな人為的排出物を広範に制御することが不可欠です。

硝酸塩は中国における主要な大気吸湿性粒子である 30, 31, 41。あるモデル研究では、2100 年までに中国東部で増加した ALW の 92% は人為起源の硝酸塩エアロゾルの増加に起因する可能性があると予測されました 30。ここで、大陸流出サンプルの平均硝酸塩濃度は、沿岸バックグラウンドよりもほぼ 20 倍高かった（補足表 2）。したがって、粒子相におけるこの硝酸塩の増加は、大陸流出体制における ALW の増加を促進する支配的な要因である可能性があります。さらに、中国では石炭燃焼から天然ガスへの移行が急速に進んでいます。しかし、天然ガスの燃焼では、石炭の燃焼よりも 3 倍以上の水蒸気が発生する可能性があります65。燃焼由来の水は大気水分の 6.2% を構成し、中国北西部の人為的 PM2.5 の 5.1% を加えていると解釈されています65。したがって、将来の気候と大気質のシナリオでエネルギー構造を変更する場合は、aqSOA 形成に対する粒子状硝酸塩と燃焼由来の水蒸気の増強効果に取り組む必要があります。

今回の発見は、中国上空での化石燃料排出の処理における水相化学の関連性を浮き彫りにしている。これらのシナリオは東アジアに限ったものではなく、湿気の多い気候を伴う他の化石燃料消費量の多い地域にも当てはまる可能性があります。米国のジョージア州北部での研究で、Weber ら 13 は WSOC と人為起源の前駆物質との間に強い相関関係を観察したが、対照的に放射性炭素分析では WSOC への生物起源の主要な寄与が明らかになった。私たちの結果は、aqSOA がバルク WSOC と同じソースパターンを必ずしも共有しているわけではないことを示唆しています。 WSOC はバイオマス燃焼による主な寄与が大きく 66、aqSOA 内の化石含有量を隠すことになる。したがって、水相化学経路が重要であることが証明されている北米、ヨーロッパ、南アジアなどの地域では、aqSOA への化石の寄与は予想よりもはるかに高いと考えられます 7, 39, 67。生物起源の排出が支配的な自然環境であっても、ALW は主に人為起源であるため、aqSOA 形成に対する人為起源の排出の重要性も重要であると考えられます 2, 39。

この研究では、シュウ酸のδ13C の違いは主に大気処理における動的同位体効果に起因すると考えられました。放出源の同位体特徴の違いもシュウ酸の同位体変動に寄与する可能性があることに留意すべきである。ただし、これらの要因は定量的に制約されません。大気の処理が同位体の特徴の違いをどの程度代表しているかについては、さらに詳細に調査する必要がある。また、水相プロセスとは別に、バイオマス燃焼と気相光化学老化の両方がシュウ酸の発生源となる可能性があることも強調します。野外測定でこれらの経路を区別することは依然として困難です。したがって、集中的なバイオマス燃焼、広範な大気老化、および C3/C4 植生変化の季節性がある場合には、シュウ酸同位体シグナルの慎重な解釈が必要です。他の aqSOA 構成成分 (グリオキサールなど) に関する今後の二重炭素同位体研究では、化石由来の aqSOA 形成の原因となる化学機構をより適切に制約することが強く保証されます。

全体として、野外観察から得られた化合物固有の二重炭素同位体の証拠は、化石の人為起源の前駆体が予想よりもはるかに高い程度で aqSOA の形成に寄与していることを示しています。温暖な世界では蒸発散量が増加するため、大気中の水相プロセスが増加すると予想されます64。化石前駆体によって引き起こされるこのような水性処理を考慮していないことは、有機エアロゾルに対する人為的寄与の過小評価につながる可能性があります。 aqSOA の形成における人為的排出の役割とそれに関与する化学メカニズムを理解することは、将来の気候と大気質の予測にとって、またエネルギーの需要と選択の文脈において非常に重要です。

地域の受容サイトは、中部の巨大都市広州の南西 50 km に位置する田舎の拠点である鶴山大気環境監視スーパーステーション (北緯 22.711 度、東経 112.927 度、海抜 60 m) に位置しました。サンプリングサイトの周囲は農地と森林が大半を占めており、局地的な人為的排出からは遠く離れています68。冬の北東からモンスーンの季節には、この特定の場所は、人為的に支配された中国大陸からの大量の流出気団をうまく遮断します。人為的影響の強さは、西太平洋/インド洋由来のきれいな気団の到来に伴い、夏の南東/南西モンスーンには減少します。野外実験は 2017 年 6 月に開始され、2018 年 5 月に終了しました。PM2.5 エアロゾルサンプル (n = 32) は、空気流量 1 m3 /min で大容量サンプラーを使用して、燃焼済みの石英繊維フィルター上に収集されました。 48時間。

PM2.5 サンプルは、中国の 5 つの排出ホットスポット大都市 (北京、上海、広州、成都、武漢) でさらに調査され、冬期 (2018 年 1 月) と夏期 (2018 年 7 月) の 1 週間にわたって 24 時間ごとに継続的に収集されました。。 1 週間で収集された 7 つのフィルターの連続セットを組み合わせて、各都市の季節特性を表現しました。サンプルフィルターは、分析前に -20 °C の暗所で保管されました。フィールドブランクフィルターはキャンペーンごとに収集されました。

気象パラメータおよびガス状汚染物質の大気濃度のデータは、鶴山大気環境監視スーパーステーションによる毎時監視から取得されました。鶴山で遭遇したさまざまな地理的気団の発生源を特徴付けるために、HYSPLIT モデル (バージョン 4) と NOAA 大気資源研究所の気象データセットを使用して、標高 100 m で 12 時間ごとに 3 日間の等エントロピー後方気団軌道が計算されました。 (http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php)。バック軌道は、サンプリング活動中に発生源領域が大きく異なる 2 つの主要な輸送経路にグループ化されます。

典型的な aqSOA 種 (二酸、オキソ酸、α-ジカルボニル) の濃度は、以前のプロトコル 19、27 に従って測定されました。フィルターサンプルのアリコートを Milli-Q 水で抽出しました。抽出物を乾燥するまで濃縮し、1-ブタノール中の10% BF3 (Sigma-Aldrich、セントルイス、ミズーリ州)を用いて、100℃の熱湯浴中で約1時間誘導体化した。誘導体は n-ヘキサンで抽出され、最後に GC-MS (Agilent 7890 A ガスクロマトグラフィーおよび Agilent 5975C 質量分析) を使用して定量されました。ここで報告される濃度はフィールドブランクについては補正されていますが、回収効率については補正されていません。

エアロゾル炭素質成分（有機炭素：OC、元素炭素：EC、水溶性有機炭素：WSOC）、水溶性無機成分（WSIC、つまり Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、 Cl-、NO3-、SO42-)、生体 SOA トレーサー。および糖化合物は補足方法 1 で提供されます。

総エアロゾル液体水（ALW）は、粒子が内部で混合されていると仮定して、個々のエアロゾル化学成分に関連する水の合計として取得されます69。無機種からの ALW は、熱力学的平衡モデル ISORROPIA-II を使用して推定されました。無機イオンの粒子濃度と気象パラメータ (温度および RH%) を使用する http://nenes.eas.gatech.edu/ISORROPIA/ (補足方法 2)。 ALW の有機寄与は、補足方法 2 で説明した Zdanovskii-Stokes-Robinson (ZSR) 混合規則によって計算されました。

二酸誘導体のδ13C 値は、GC ISOLink2/IRMS (Thermo Fisher Scientific) を使用して決定されました。次に、遊離二酸および関連化合物のδ13C 値を、誘導体および誘導体化剤 (1-ブタノール、δ13C = −30.21 ``) の測定されたδ13C 値に基づいて、同位体質量平衡アプローチによって計算しました。誘導体化ステップ中の同位体分画は、我々の以前の出版物では 0.73 パーセント未満であると報告されています 19。各サンプルを 2 回測定し、平均 δ13C 値を報告しました。他の化合物（すなわち、Pyr、 ωC2)。

Δ14C 組成を決定するための個々の二酸を単離する分析方法は、当社の以前の出版物 19 に基づいています。簡単に言うと、フィルターを Milli-Q 水で抽出し、BF3/1-ブタノールで誘導体化しました。マイクログラム量の C2、C3、C4、ωC2、および MeGly が、分取キャピラリーガスクロマトグラフィー (pcGC) によって約 50 回の連続実行 (注入あたり 5 μl) によって分離および収集されました。これは、オフラインの自然存在量放射性炭素分析には十分でした。 pcGC 分離株は 920 °C で燃焼され、得られた CO2 は最終的に水素還元法によってグラファイトに変換されました。 14C の測定は、加速器質量分析装置 (1.5SDH-1、0.5MV、NEC、米国) 19 を使用して実行されました。すべての場合において、14C の結果は、一般的な δ13C 値 -25 パーセントに正規化された「現代炭素の割合」(Fm) として報告されます。 Fm 値は、1950 年代から 1960 年代の核爆弾実験によって生成された過剰な 14C を補うために、変換係数 1.06 で非化石源の割合 (fbio/bb) にさらに変換されました。ブランクフィルター内の二酸の濃度は実際のサンプルの 0.06% 未満であったため、この研究では同位体分析のためにフィルターブランクの減算は行われませんでした。サンプルの結果は、現代または化石の放射性炭素組成を含む一対の処理標準を使用して、手順ブランクについて補正されました。必要に応じて、同位体質量平衡アプローチを採用して、二酸の誘導体に追加されたブタノール基 (1-ブタノール、Fm = 0.0029 ± 0.001) の炭素寄与を補正しました。ブランク補正、Fm 結果、誤差伝播の計算は補足方法 3 に示されています。

超音波抽出プロトコルに基づく WSOC の δ13C および Δ14C 組成の測定の分析方法は、補足方法 4 で報告されました。水溶性有機材料の抽出中の超音波処理法の妥当性は、超音波処理を別の抽出プロトコルと比較することによって実証されました。、浸漬（補足表10および補足図10を参照）。 WSOC のδ13C 組成の測定は、Thermo Scientific Delta V 同位体比質量分析計に接続された Flash 2000 元素分析装置で実行されました。 Δ14C 組成の測定は、中国科学院広州地球化学研究所 (GIGCAS) の加速器質量分析施設 (1.5SDH-1、0.5MV、NEC、米国) を使用して実行されました。

この研究の結果を裏付けるデータは、Figshare デジタルリポジトリ (https://doi.org/10.6084/m9.figshare.20469540) で入手できます。エアロゾルの光学的深さデータは、中解像度イメージング分光放射計 (MODIS) 観測 (https://giovanni.gsfc.nasa.gov/giovanni/) を通じて入手できます。等エントロピー後方気団軌道は、NOAA 大気資源研究所 (http://ready.arl.noaa.gov/HYSPLIT.php) から入手できます。化石燃料の CO2 排出量データには、人為起源 CO2 のオープンソースデータインベントリ (https://db.cger.nies.go.jp/dataset/ODIAC/DL_odiac2020b.html) を通じてアクセスしました。ソースデータはこのペーパーに付属しています。

ヒメネス、JL 他大気中の有機エアロゾルの進化。サイエンス 326、1525–1529 (2009)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Carlton, AG、Christiansen, AE、Flesch, MM、Hennigan, CJ & Sareen, N. 液体水中の多相大気化学: 有機エアロゾルの影響と制御性。準拠化学。解像度 53、1715–1723 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

McNeill、VF 大気中の水性有機化学: 有機エアロゾルの発生源と化学的処理。環境。科学。テクノロジー。 49、1237–1244 (2015)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Ervens, B.、Turpin, BJ & Weber, RJ 雲液滴および水性粒子における二次有機エアロゾル形成 (aqSOA): 実験室、現場およびモデル研究のレビュー。アトモス。化学。物理学。 11、11069–11102 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Lim、YB、Tan、Y.、Perri、MJ、 Seitzinger、SP & Turpin、BJ 水の化学と二次有機エアロゾル (SOA) 形成におけるその役割。アトモス。化学。物理学。 10、10521–10539 (2010)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Hennigan CJ、Bergin MH、Dibb JE、Weber RJ 微粒子による水の取り込みによる二次有機エアロゾル形成の促進。地球物理学。解像度レット。 35、L18801 (2008)。

ジラルドーニ、S. et al. バイオマス燃焼排出物からの水性二次有機エアロゾルの直接観察。手順国立アカデミー。科学。 USA 113、10013–10018 (2016)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ラムカダム、H. et al. イソプレン雲化学による二次有機エアロゾルへの大きな貢献。科学。上級 7、eabe2952 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Favez O.、Sciare J.、Cachier H.、Alfaro SC、Abdelwahab MM 半乾燥した都市環境における水不溶性の二次有機エアロゾルの顕著な形成。地球物理学。解像度レット。 35、L15801 (2008)。

Wang、J.ら。冬の北京の煙霧中の化石燃料排出からの二次有機エアロゾルの水性生成。手順国立アカデミー。科学。 USA 118、e2022179118 (2021)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ファング、W.ら。東アジアのヘイズの拡散中の炭素質エアロゾルの分岐進化。科学。議員 7、10422 (2017)。

論文 ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

キリロバ、EN、アンダーソン、A.、ハン、J.、リー、M.、グスタフソン、Ö。中国北部からの流出における水溶性有機炭素エアロゾルの発生源と光吸収。アトモス。化学。物理学。 14、1413–1422 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ウェーバー、RJ et al. 人為的影響を受けた米国南東部における二次有機エアロゾル形成の研究。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．解像度アトモス。 112、D13302 (2007)。

張、YLら。放射性炭素測定による、微粒子および粗粒子のさまざまな炭素質画分の化石および非化石源。放射性炭素 55、1510–1520 (2013)。

記事 CAS Google Scholar

Kirillova、EN et al. 南アジアのエアロゾル中の水溶性有機炭素 (WSOC) の発生源と大気処理に関する 13C および 14C ベースの研究。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 118、614–626 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Szidat、S.ら。スウェーデンのヨーテボリにある有機炭素 (OC) と元素状炭素 (EC) の化石および非化石源。アトモス。化学。物理学。 9、1521–1535 (2009)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ボッシュ、C.ら。インド洋で捕らえられた南アジアの流出物における水溶性有機炭素と元素状炭素の発生源診断用二重同位体組成と光学的特性。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 119、11,743–711,759 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

Wozniak, AS、Bauer, JE & Dickhut, RM 米国東部におけるエアロゾル粒子に関連する水溶性有機炭素の特徴。アトモス。環境。 46、181–188 (2012)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Xu、B.ら。分取ガスクロマトグラフィーを使用した周囲エアロゾル中の低分子量ジカルボン酸の化合物特異的放射性炭素分析: メソッドの開発。環境。科学。テクノロジー。レット。 8、135–141 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Cao、F.ら。中国における炭素質エアロゾルの発生源と形成に関する新たな洞察: 二重炭素同位体の潜在的な応用。国立科学。 Rev. 4、804–+ (2017)。

記事 CAS Google Scholar

ソロシアン、A.ら。 2006 年のメキシコ湾大気組成および気候調査 (GoMACCS) による粒子状有機酸と全体的な水溶性エアロゾル組成の測定値。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 112、D13201 (2007)。

チェン、Y.ら。米国南東部における低分子量カルボン酸: 生成、分配、有機エアロゾル老化への影響。環境。科学。テクノロジー。 55、6688–6699 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Wang、J.ら。中国北部平原での地域的なバイオマス燃焼による二次有機エアロゾルの水相形成の促進。環境。汚染。 256、113401 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

カールトン、AG et al. 大気中のシュウ酸とグリオキサールからの SOA 生成: 水性光酸化実験の結果。アトモス。環境。 41、7588–7602 (2007)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Lim, YB、Tan, Y. & Turpin, BJ 化学的洞察、明示的な化学、および水相におけるメチルグリオキサールおよびグリオキサールの OH ラジカル酸化による二次有機エアロゾルの収率。アトモス。化学。物理学。 13、8651–8667 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Bikkina, S.、Kawamura, K. & Sarin, M. 沿岸海洋上での二次的な有機エアロゾル形成: 大気中の水溶性低分子量有機化合物からの推論。環境。科学。テクノロジー。 51、4347–4357 (2017)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

川村和也、生島和也：都市大気中のジカルボン酸分布の季節変化。環境。科学。テクノロジー。 27、2227–2235 (1993)。

記事 ADS CAS Google Scholar

川村和也 & 坂口文雄：熱帯を含む太平洋上の海洋エアロゾル中の水溶性ジカルボン酸の分子分布。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 104、3501–3509 (1999)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ダサリ、S.ら。光化学分解は、南アジアの流出における水溶性褐色炭素の光吸収に影響を及ぼします。科学。上級 5、eaau8066 (2019)。

論文 ADS PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

Hodas、N. et al. 人為起源の硝酸塩によって引き起こされるエアロゾル液体水：水溶性有機ガスの寿命と二次的な有機エアロゾル形成の可能性への影響。環境。科学。テクノロジー。 48、11127–11136 (2014)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

ウー、Z.ら。人為起源の無機塩によって動かされるエアロゾル液体水：中国北部平原の霧の形成における重要な役割を示唆している。環境。科学。テクノロジー。レット。 5、160–166 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

Gkatzelis、GI et al. 水溶性の気相酸化生成物の摂取により、北京の有機粒子汚染が引き起こされます。地球物理学。解像度レット。 48、e2020GL091351 (2021)。

記事 ADS Google Scholar

Kawasaki, K. & Gagosian, RB 不飽和脂肪酸の光酸化に対する遠隔海洋大気中のω-オキソカルボン酸の影響。ネイチャー 325、330–332 (1987)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Ballentine, DC、Macko, SA & Turekian, VC C4 および C3 植物の燃焼による個々の脂肪酸の安定な炭素同位体組成の変動: バイオマス燃焼への影響。化学。ゲオル。 152、151–161 (1998)。

記事 ADS CAS Google Scholar

宮崎泰、川村和、Jung J.、古谷英、植松正、北太平洋西部の海洋エアロゾル中の有機窒素と有機炭素の緯度分布。アトモス。化学。物理学。 11、3037–3049 (2011)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Martinelli, LA、Camargo, PB、Lara, L.、Victoria, RL & Artaxo, P. ブラジル南東部の C4 プラント景観におけるバルクエアロゾル粒子の安定な炭素および窒素同位体組成。アトモス。環境。 36、2427–2432 (2002)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Aggarwal、SG、川村 K. 札幌のエアロゾル中のジカルボン酸および関連化合物の分子分布と安定な炭素同位体組成: 長距離の大気輸送中の光化学老化への影響。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 113、D14301 (2008)。

Bikkina, S.、Kawamura, K.、Sakamoto, Y. &hirokawa, J. イソプレンのオゾン分解生成物としての低分子量ジカルボン酸、オキソカルボン酸およびα-ジカルボニル: 二次有機エアロゾルの気相形成への示唆。科学。トータル環境。 769、144472 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Carlton, AG & Turpin, BJ 有機化合物の粒子分配能力は米国東部で最も高く、人為的水によって引き起こされます。アトモス。化学。物理学。 13、10203–10214 (2013)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y.-L.、川村 K.、Cao, F. & Lee, M. 低分子量ジカルボン酸、オキソカルボン酸、α-ジカルボニル、脂肪酸の安定な炭素同位体組成: 大気処理への影響有機エアロゾルのこと。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 121、3707–3717 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang、Q.ら。 2013 年から 2017 年にかけて中国における PM2.5 大気質改善の原動力。国立アカデミー。科学。 USA 116、24463–24469 (2019)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pavuluri CM、Kawamura K.、Swaminathan T. 熱帯インドのエアロゾル中の水溶性有機炭素、ジカルボン酸、ケト酸、およびα-ジカルボニル。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．解像度アトモス 115、D11302 (2010)。

畠山晋ほか空気中でのオゾン-シクロヘキセン反応: 粒子状生成物の定量分析と反応機構。環境。科学。テクノロジー。 19、935–942 (1985)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Yuan, B.、Liu, Y.、Shao, M.、Lu, S. & Streets, DG 中国の珠江デルタ (PRD) の受容体サイトにおけるバイオマス燃焼による環境 VOC 種への寄与。環境。科学。テクノロジー。 44、4577–4582 (2010)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Zhou、Y.ら。中国における高い空間的および時間的解像度を備えた包括的なバイオマス燃焼排出量インベントリ。アトモス。化学。物理学。 17、2839–2864 (2017)。

記事 ADS CAS Google Scholar

ディン、Ｘら。中国南部の珠江デルタにおける二次有機炭素のトレーサーベースの推定。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 117、D05313 (2012)。

Lim, H.-J.、Carlton, AG & Turpin, BJ イソプレンはクラウド処理を通じて二次有機エアロゾルを形成します: モデルシミュレーション。環境。科学。テクノロジー。 39、4441–4446 (2005)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

カールトン、AG et al. 雲内の二次有機エアロゾルが含まれると CMAQ モデルのパフォーマンスが向上します: 有機炭素予測と測定値の比較。環境。科学。テクノロジー。 42、8798–8802 (2008)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

Baltensperger, U. et al. 人為起源および生物起源の前駆体からの二次有機エアロゾル。ファラデーについて議論します。 130、265–278 (2005)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

アップダイク、KM、グエン、TB、ニズコロドフ、SA アンモニアと生物起源および人為起源の前駆体からの二次有機エアロゾルとの反応による褐色炭素の形成。アトモス。環境。 63、22–31 (2012)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Wozniak AS、Bauer JE、Dickhut RM、Xu L.、McNichol AP 米国東部のエアロゾル有機炭素成分の同位体特性評価。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．解像度アトモス。 117、D13303 (2012)。

張、Y.-L. 他。中国の冬霧における水溶性有機エアロゾルへの化石燃料由来の二次有機炭素の多大な寄与。アトモス。化学。物理学。 18、4005–4017 (2018)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Mo、Y.ら。中国上空の PM2.5 における水溶性有機炭素の二重炭素同位体ベースの発生源配分と光吸収特性。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ． Res.: Atmos.、126、e2020JD033920 (2021)。

Liu、J.ら。放射性炭素および有機分子トレーサーに基づいた、中国におけるヘイズブルーム崩壊プロセス中の炭素質エアロゾルの発生源の配分と動的変化。アトモス。化学。物理学。 16、2985–2996 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Liu、J.ら。中国の北京で行われた2014年のアジア太平洋経済協力会議（APEC）サミットの前、開催中、開催後の放射性炭素由来の微細炭素質エアロゾルの発生源の配分。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 121、4177–4187 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y.-l et al. エアロゾルサンプル中の水溶性有機炭素のマイクロスケール（μg）放射性炭素分析。アトモス。環境。 97、1–5 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Kirillova、EN et al. ニューデリーの完全な冬における水溶性有機炭素エアロゾル: 同位体ベースの発生源の配分と光学的特性。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．回答: アトモス。 119、3476–3485 (2014)。

記事 ADS CAS Google Scholar

グラスマイヤー、F.ら。エアロゾル雲による気候冷却は船舶の航跡データによって過大評価されている。サイエンス 371、485–489 (2021)。

論文 ADS CAS PubMed Google Scholar

プレンニ、AJ 他低分子量ジカルボン酸が雲の形成に及ぼす影響。Ｊ．Ｐｈｙｓ．化学。 A 105、11240–11248 (2001)。

記事 CAS Google Scholar

Jing、B.ら。多成分有機エアロゾルと硫酸アンモニウムとの内部混合物の吸湿挙動。アトモス。化学。物理学。 16、4101–4118 (2016)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Boreddy, SKR & Kawasaki, K. 亜飽和および過飽和条件下でのシュウ酸および大気中に関連するシュウ酸塩の吸湿性に関する研究。環境。科学: プロセス。インパクト 20、1069–1080 (2018)。

CAS Google スカラー

Wang, Y. et al. エアロゾル粒子液体水と粒子状硝酸塩の相互促進が、深刻な硝酸塩主体の粒子状物質汚染と視界不良を引き起こします。アトモス。化学。物理学。 20、2161–2175 (2020)。

記事 ADS CAS Google Scholar

Shiraiiwa, M.、Ammann, M.、Koop, T. & Pöschl, U. 半固体有機エアロゾル粒子のガス取り込みと化学的老化。手順国立アカデミー。科学。 USA 108、11003–11008 (2011)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nguyen, TKV、Zhang, Q.、Jimenez, JL、Pike, M. & Carlton, AG 液体の水: エアロゾル質量の遍在的な寄与者。環境。科学。テクノロジー。レット。 3、257–263 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Xing、M.ら。人為的燃焼由来の水による冬の大気の質の悪化に関する蒸気同位体の証拠。手順国立アカデミー。科学。 USA 117、33005–33010 (2020)。

論文 ADS CAS PubMed Central Google Scholar

マイヨール・ブラセロ、OL 他アマゾン上空でエアロゾルを燃焼するバイオマス中の水溶性有機化合物 2. 化学組成の配分とポリ酸部分の重要性。Ｊ．Ｇｅｏｐｈｙｓ．解像度アトモス。 107、LBA 59-1–LBA 59-15 (2002)。

記事 CAS Google Scholar

チェン、Y.ら。インドのデリーでは、塩化アンモニウムに関連したエアロゾル液体の水が幻惑を高めます。環境。科学。テクノロジー。 56、7163–7173 (2022)。

論文 ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kong、L. et al. 中国の珠江デルタ（PRD）地域におけるさまざまな汚染レベルにおけるエアロゾルの光学特性。Ｊ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．科学。 87、49–59 (2020)。

記事 Google Scholar

Guo、H.ら。米国南東部の微粒子水と pH。アトモス。化学。物理学。 15、5211–5228 (2015)。

記事 ADS CAS Google Scholar

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この研究は、中国自然科学財団 (42030715)、国際科学機関同盟の研究および協力プロジェクト (ANSO-CR-KP-2021-05)、広東省科学技術研究プログラム財団 (2017BT01Z134) の資金提供を受けました。、および中国国家重点研究開発プログラム (2017YFC0212000)。気象データを提供していただいた Duohong Chen 博士、有益な議論をしていただいた Weiwei Hu 博士、および機器のサポートをしてくださった Lili Ming 博士に感謝いたします。

スリニバス・ビキナ

現在の住所: CSIR-国立海洋研究所、Dona Paula、403004、ゴア、インド

アンバリッシュポクレル

現在の住所: トリブバン大学科学技術研究所、カトマンズ、44600、ネパール

中国科学院広州地球化学研究所有機地球化学国家重点実験室、広州、510640、中国

Buqing Xu、Gan Zhang、Jun Li、Guangcai Zhong、Shizhen Zhao、Jing Li、Chen Huang、Zhineng Cheng、Sanyuan Zhu、Pingan Peng、Guoying Sheng

CAS Center for Excellence in Deep Earth Science、広州、510640、中国

Buqing Xu、Gan Zhang、Jun Li、Guangcai Zhong、Shizhen Zhao、Jing Li、Chen Huang、Zhineng Cheng、Sanyuan Zhu、Pingan Peng、Guoying Sheng

環境科学部およびボーリン気候研究センター、ストックホルム大学、ストックホルム、10691、スウェーデン

オルジャン・グスタフソン & オーガスト・アンダーソン

中部大学中部高等研究所

川村公隆、スリニバス・ビキナ、バガワティ・クンワール、アンバリッシュ・ポクレル

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BX と GZ が実験を設計しました。 JUN.L.、ZC、S.-ZZ がサンプルを提供してくれました。 BX、AA、BK、AP、JING.L.、CH、ZC、S.-YZ はデータを処理し、分析を実行しました。 BXは論文を書きました。 GZ、Ö.G.、KK、AA、SB、G.-CZ、PP、GS がこの原稿にコメントしました。

Gan Zhang または Örjan Gustafsson との通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature Communications は、この研究の査読に貢献してくれた Andrew Wozniak と他の匿名の査読者に感謝します。査読者レポートが利用可能です。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

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転載と許可

Xu、B.、Zhang、G.、Gustafsson、Ö。他。中国における水性二次有機エアロゾルへの化石由来成分の多大な寄与。 Nat Commun 13、5115 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41467-022-32863-3

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受信日: 2021 年 12 月 9 日

受理日: 2022 年 8 月 22 日

発行日: 2022 年 8 月 31 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-32863-3

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