赤外線光学署名により発生源が明らかになる

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13252 (2023) この記事を引用

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塵の鉱物組成に関する知識を進めることは、塵が気候や環境に与える影響を理解し、予測するための鍵となります。 ある発生源から別の発生源への粉塵鉱物学の変動性や、大気輸送中のその進化は大規模には測定されていません。 この研究では、実験室測定を使用して、740〜1250cm-1の大気窓における浮遊塵エアロゾルの消滅の兆候を使用して、主な赤外線活性鉱物、つまり石英、粘土、長石の観点から塵鉱物学を導き出すことができることを実証しています。そして方解石。 塵の消滅におけるさまざまなスペクトル特徴により、組成が変化する複数の地球規模の発生源を区別することができますが、塵の消滅スペクトルの経時変化はサイズに依存し、輸送中の粒子の鉱物学的変化に影響を与えます。 本研究は、スペクトルおよびハイパースペクトル赤外線リモートセンシング観測が、地域的および地球規模での空中塵のサイズと分離された鉱物学を解明するための大きな可能性を提供することを確認しています。

鉱物粉塵は、地球上で最も豊富で広く普及しているエアロゾル種の 1 つです1、2、3。 粉塵エアロゾルは、大気の短波および長波の放射収支に対する直接的な影響4,5,6,7,8、液体および氷の雲の形成と性質に対する間接的な影響9,10,11,12、生物地球化学サイクルへの寄与など、さまざまな方法で気候システムに影響を与えます。生態系の栄養源として機能し13、14、大気中の化学反応への参加15、16、大気質の悪化と人間の健康への影響17、18に寄与します。 過去数十年間の広範な科学的研究によって実証されたように、これらのさまざまな影響の強さと兆候は、塵の鉱物組成、つまりエアロゾルを構成するさまざまな鉱物の存在量、相対的割合、および混合状態に依存します。エアロゾルには主に珪酸塩が含まれます。粘土（カオリナイト、イライト、スメクタイト、緑泥石など）、石英、長石（オルト石、曹長石など）、炭酸塩（方解石、ドロマイト）、硫酸塩（石膏）、鉄および酸化チタンの形態19、20、21。 実際、鉱物が異なれば、スペクトル吸収および散乱特性、雲の凝縮または氷の核粒子として作用する能力、化学反応性、または溶解度の点で異なる特徴を示します22、23、24、25、26、27、28。 塵の鉱物組成に関する知識は、地球の気候システムと環境における塵の広範な役割を評価するための基礎となります。

観察によれば、塵エアロゾルの鉱物学的性質は大気中で均一とは程遠い3,19,20,29,30,31,32,33,34。 第一に、さまざまな発生源地域の土壌鉱物学が多様であるため、ダストの組成は排出地域によって異なり、これは地球規模、地域規模、および局地規模の両方で異なります19、35、36、37。 ダストの鉱物組成もサイズによって変化します。石英、長石、およびカルシウムに富む種は一般に粗いモード成分がより豊富ですが、粘土と酸化鉄は主に 2 μm 未満の細粒分に依存しています20,38。 そのサイズ依存性の結果として、重力沈降による粗大粒子の進行性の損失により、ダストの鉱物学は輸送中に変化します33,39,40。 さらに、起源や歴史が異なるダストプルームの混合が大気中で発生する可能性があり、浮遊ダストの鉱物学にさらに影響を与えます。

現在のところ、塵の鉱物組成、そのサイズ依存性、および大気中の空間的時間的変化に関する利用可能な情報は依然としてまばらであり、ほとんどが集中的な野外活動中にサンプリングされた特定の条件に限定されています。 浮遊塵の鉱物学の地域的および地球規模の地図を取得する機能はまだ欠けており、地球システムモデルにおける塵の表現を適切に開発および検証するため、またその地域的および地球規模の気候強制を制限する上で重大な制限となっている7,26,41。