Une histoire diurne de Δ17O( $$\rm{NO}

Jul 27, 2023

npj Climate and Atmospheric Science volume 5, Numéro d'article : 50 (2022) Citer cet article

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La production de nitrates inorganiques est essentielle dans la chimie atmosphérique et reflète la capacité d'oxydation et l'acidité de l'atmosphère. Ici, nous utilisons l'anomalie en oxygène du nitrate (Δ17O(\(\rm{NO}_{3}^{-}\))) dans des aérosols à haute résolution en temps (3 h) pour explorer les mécanismes chimiques de l'évolution des nitrates dans particules fines pendant l'hiver à Nanjing, une mégapole de Chine. L'observation continue de Δ17O(\(\rm{NO}_{3}^{-}\)) suggère la prédominance de la chimie nocturne (NO3 + HC/H2O et N2O5 + H2O/Cl−) dans la formation de nitrates en hiver. Des variations diurnes significatives des voies de formation des nitrates ont été trouvées. La contribution de la chimie nocturne augmente la nuit et culmine (72 %) à minuit. En particulier, les voies nocturnes sont devenues plus importantes pour la formation de nitrates dans le processus d’aggravation de la pollution atmosphérique. En revanche, la contribution de la chimie diurne (NO2 + OH/H2O) augmente avec le lever du soleil et présente une fraction plus élevée (48 %) vers midi. L'hydrolyse du N2O5 à la surface des particules a joué un rôle important dans la production diurne de nitrate les jours de brume. De plus, il a été constaté que la réaction du NO2 avec les radicaux OH dominait la production de nitrate après que la chimie du nitrate ait été réinitialisée par les événements de précipitation. Ces résultats suggèrent l'importance des observations à haute résolution temporelle de Δ17O(\(\rm{NO}_{3}^{-}\)) pour explorer les variations dynamiques de la chimie de l'azote réactif.

Le nitrate (\(\rm{NO}_{3}^{-}\)) et son précurseur NOx (NOx = NO + NO2) jouent un rôle crucial dans les processus chimiques atmosphériques et la formation de PM2,5, de fines particules avec diamètre inférieur à 2,5 μm1,2. L'oxydation troposphérique des NOx entraîne la formation d'ozone (O3) et le recyclage des radicaux hydroxyles (OH) qui contrôlent la capacité d'auto-épuration atmosphérique3. La majorité des NOx émis par diverses sources sont finalement convertis en acide nitrique (HNO3) et en nitrate organique (par exemple RONO2) par des processus d'oxydation atmosphérique par des oxydants (par exemple O3, OH, HO2 et RO2)4. Le HNO3 abaisse le pH des précipitations et augmente le risque de formation de pluies acides5. De plus, le HNO3 se transforme facilement en particules de nitrate par le biais de réactions atmosphériques avec l'ammoniac alcalin qui, à leur tour, influencent la composition chimique et la taille des particules existantes, affectant également la formation de nuages ​​et les précipitations3,6. RONO2 peut se répartir dans la phase particulaire (RONO2(p)), puis est éliminé de l'atmosphère par dépôt à la surface ou par hydrolyse pour former du nitrate inorganique et des alcools7,8. Le nitrate atmosphérique en phase gazeuse (HNO3(g)), en phase liquide (HNO3(aq)) et les particules (\(\rm{NO}_{3}^{-}\)(p)) sont finalement éliminés par voie humide/ dépôt sec. Ainsi, l’étude du mécanisme de conversion NOx-\(\rm{NO}_{3}^{-}\) est importante pour l’étude de la chimie atmosphérique.

La conversion des NOx en \(\rm{NO}_{3}^{-}\) est une combinaison du cycle des NOx (Note complémentaire 1) et des processus de production de nitrate. Pendant la journée, le radical OH est facilement généré sous la forte lumière du soleil et HNO3(g) se forme ensuite par la réaction NO2 + OH9. Le NO2 peut être hydrolysé sur les surfaces pour produire du HNO3(aq)10, qui s'est avéré être une faible source de formation de nitrate lors des jours de brume intense en hiver dans la plaine de Chine du Nord (NCP)11,12. De plus, le NO2 peut également réagir avec l'O3 pour former des radicaux NO3, puis le NO3 réagit directement avec l'hydrocarbure (HC) et le sulfure de diméthyle (DMS) ou être hydrolysé sur les surfaces pour produire du HNO313,14,15. Cette réaction s’est produite la nuit car le radical NO3 est facilement photolysé en NO2 sous la lumière du soleil16. Et la contribution du NO3 + DMS est faible dans les zones non côtières en raison du faible rapport de mélange du DMS17. Le pentoxyde de diazote (N2O5), un réservoir nocturne de NOx, peut réagir à la surface des particules en suspension dans l'air pour produire uniquement du HNO3(aq) ou les deux \(\rm{NO}_{3}^{-}\)(p) et du chlorure de nitryle ( ClNO2)18. D’autres mécanismes potentiels de formation de particules de nitrate, comme l’hydrolyse des nitrates organiques (RONO2) et des nitrates halogènes (XNO3), pourraient être importants dans les régions côtières ou dans les zones de forêt tropicale comme l’Amazonie13.