Isotopisk sammensætning af atmosfærisk sulfat og nitrat

Oxygen har tre stabile isotoper ( ¹⁶ O, ¹⁷ O og ¹⁸ O). Berigelse af ¹⁷ O i forhold til den dominerende ¹⁶ O er normalt omkring halvdelen af ​​den af ¹⁸ O for forskellige fysisk -kemiske processer, undtagen ozon (O ₃ ) produktion, som unikt beriger ¹⁷ O. Denne afvigende berigelse af ¹⁷ O (Δ ¹⁷ O) arves af andre fotokemiske oxidanter og oxidationsprodukter, der stammer fra forstadiet til ozon gennem forskellige atmosfæriske oxidative veje. Dermed, oxygenisotopiske sammensætninger af sulfat (SO ₄ ^2- ) og nitrat (NO ₃ ^- ) svinger sæsonmæssigt, men i hvilket omfang disse sæsonmæssige ændringer er relateret til ændringer i isotopiske sammensætninger af ozon eller bidrag fra andre fotokemiske oxidanter er ukendt. Dette kan kun fastslås ved samtidig måling af oxygenisotoper i nitrat, sulfat, og ozon fra den nuværende antarktiske atmosfære. Imidlertid, der er en mangel på sådanne data, og den komplekse kemi forstås kun delvist.

På grund af sin rolle i sporgassernes livscyklus, rekonstruktion af atmosfærens oxidative kapacitet er meget vigtig for at forstå klimaændringer. Triple isotopiske oxygen -sammensætninger (Δ ¹⁷ O =δ ¹⁷ O - 0,52 × δ ¹⁸ O) af atmosfærisk sulfat og nitrat i antarktiske iskerner kan have potentiale som atmosfæriske proxies af atmosfæriske oxidanter, fordi de afspejler de oxidative kemiske processer ved deres dannelse. Denne nye tilgang kan meget vel tillade forskere at kigge tilbage i historien om kemiske reaktioner i den antarktiske atmosfære.

For at løse denne udfordring, Sakiko Ishino, Shohei hattori og kolleger fra ved Tokyo Institute of Technology og Université Grenoble Alpes, Frankrig foretog samtidig måling af Δ ¹⁷ O -værdier af atmosfærisk sulfat, nitrat og ozon opsamlet ved Dumont d'Urville, kyststedet i Antarktis. Det franske hold indsamlede aerosolprøver ugentligt over en periode på et år, Japan-fransk samarbejdesteam gennemførte forskellige analyser af de ioniske arter og isotopiske sammensætninger, og overvågning af luftmassers bevægelse over Antarktis. Både sulfat- og nitrat -isotopiske sammensætninger varierede betydeligt i løbet af et år, med minimumsværdier om sommeren og maksimumværdier om vinteren. Ozon, imidlertid, viste forholdsvis begrænset variation. Forskerne kunne påvise, at ozonvariationer ikke har nogen væsentlig indflydelse på de sæsonmæssige udsving i sulfat og nitrat ¹⁷ O berigelse. I stedet, disse udsving afspejler sandsynligvis sollysdrevne ændringer i den relative betydning af forskellige oxidationsveje.

Analyse af aerosoler indsamlet fra Antarktis indre steder i fremtiden bør hjælpe med at identificere de processer, der bidrager til dannelsen af ​​sulfat og nitrat i løbet af forår og efterår. Udvidelse af analysen til iskerner kan hjælpe med kvantitativ vurdering af ændringer i atmosfærisk oxidationsmiljø på Jorden, for eksempel, glaciale cyklusser i Pleistocæn (istiden).