Инфракрасная оптическая сигнатура выявляет источник

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 13252 (2023) Цитировать эту статью

325 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Расширение знаний о минералогическом составе пыли является ключом к пониманию и прогнозированию ее воздействия на климат и окружающую среду. Изменчивость минералогии пыли от одного источника к другому и ее эволюция во время переноса в атмосфере не измеряется в крупных масштабах. В этом исследовании мы используем лабораторные измерения, чтобы продемонстрировать, что признаки вымирания взвешенных пылевых аэрозолей в атмосферном окне 740–1250 см-1 могут быть использованы для определения минералогии пыли с точки зрения основных инфракрасно-активных минералов, а именно кварца, глины, полевых шпатов. и кальцит. Различные спектральные характеристики вымирания пыли позволяют различать несколько глобальных источников с меняющимся составом, тогда как изменения спектров вымирания пыли со временем информируют об изменениях минералогии частиц в зависимости от размера во время транспорта. Настоящее исследование подтверждает, что спектральные и гиперспектральные инфракрасные наблюдения дистанционного зондирования открывают большой потенциал для выяснения размерной сегрегированной минералогии воздушной пыли в региональном и глобальном масштабах.

Минеральная пыль является одним из наиболее распространенных и распространенных видов аэрозолей на Земле1,2,3. Пылевой аэрозоль влияет на климатическую систему разными способами, включая прямое воздействие на коротковолновый и длинноволновый радиационный баланс атмосферы4,5,6,7,8, косвенное влияние на формирование и свойства жидких и ледяных облаков9,10,11,12, вклад в биогеохимические циклы действуя в качестве источника питательных веществ для экосистем13,14, участвуя в химических реакциях в атмосфере15,16 и способствуя ухудшению качества воздуха и воздействию на здоровье человека17,18. Как показали обширные научные работы последних десятилетий, сила и знак этих различных эффектов зависят от минералогического состава пыли, т.е. от содержания, относительных пропорций и степени смешивания различных минералов, составляющих аэрозоли, которые включают в себя в основном силикаты в аэрозолях. форма глин (каолинит, иллит, смектит, хлорит...), кварца и полевых шпатов (ортоза, альбит...), карбонатов (кальцит, доломит), сульфатов (гипс) и оксидов железа и титана19,20,21. Действительно, разные минералы демонстрируют разные характеристики с точки зрения спектральных поглощающих и рассеивающих свойств, способности действовать как частицы конденсации облаков или частиц льда, химической активности или растворимости22,23,24,25,26,27,28. Знание минералогического состава пыли имеет основополагающее значение для оценки ее широкой роли в климатической системе Земли и окружающей среде.

Наблюдения показывают, что минералогия пылевых аэрозолей в атмосфере далеко не однородна3,19,20,29,30,31,32,33,34. Во-первых, из-за разнообразной минералогии почвы в разных регионах-источниках состав пыли варьируется в зависимости от региона выбросов, причем это происходит как в глобальном, региональном, так и в местном масштабе19,35,36,37. Минералогический состав пыли также меняется в зависимости от размера: кварц, полевые шпаты и породы, богатые кальцием, обычно более распространены в крупнозернистом компоненте, тогда как глины и оксиды железа состоят в основном из мелких фракций размером менее 2 мкм20,38. Вследствие зависимости от размера минералогия пыли изменяется во время транспортировки из-за постепенной потери крупных частиц из-за гравитационного осаждения33,39,40. Кроме того, в атмосфере может происходить смешение пылевых шлейфов различного происхождения и истории, что еще больше влияет на минералогию взвешенной пыли.

На сегодняшний день доступная информация о минералогическом составе пыли, ее размерной зависимости и пространственно-временных изменениях в атмосфере остается скудной и в основном ограничивается конкретными условиями, отобранными во время интенсивных полевых кампаний. Возможность получения региональных и глобальных карт минералогии воздушной пыли по-прежнему отсутствует, что является важнейшим ограничением для правильной разработки и проверки представления пыли в моделях системы Земли, а также для ограничения ее регионального и глобального воздействия на климат7,26,41.