The origin of iron and zinc in aerosols based on isotope fractionation process of metal elements during vaporization

基于金属元素汽化过程中同位素分馏过程的气溶胶中铁和锌的来源

基本信息

批准号：
21J11420
负责人：
名取幸花
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J11420/
关键词：
エアロゾル亜鉛同位体比鉄同位体比 XAFS

项目摘要

大気中に浮遊する微小粒子であるエアロゾルは、地球上の物質循環に重要な役割を果たしており、気候変動にも影響を与えることが知られている。一例として、外洋域において生物一次生産を制限する鉄や亜鉛の供給源としての重要性が示唆される。このうち、人為起源エアロゾル中の鉄は燃焼気化によって低い同位体比を示し、他の起源と区別できることが先行研究で明らかにされている。一方、大気中への気化を経た鉄の供給源としては火山活動も該当する。本研究では、火山起源エアロゾル中でも人為起源と同様に低い鉄同位体比が確認されるか検証し、過去の気候変動の原因と考えられているアイスコアや堆積物中の鉄の供給源を推定する指標としての鉄同位体比の利用可能性について考察することを目的とした。また、地球表層での気化に伴う同位体分別現象について元素間での系統的な理解を深めるため、室内燃焼実験を実施して粒径別エアロゾル試料を採取し、難揮発性元素の鉄と高揮発性元素の亜鉛の同位体比の特徴を比較した。本年度は、前年度までに阿蘇山と室内燃焼実験でそれぞれ採取した粒径分画エアロゾル試料の分析を進めた。阿蘇山の火山起源エアロゾルの微小粒径では、鉄・亜鉛ともに同位体分別が認められた。この値は人為燃焼試料より小さいが、産業革命以前の気候変動に関連したシグナルとしては本研究の分別も重要な意味を持つ可能性がある。また、室内燃焼実験のエアロゾル試料の分析からは、同条件下での燃焼気化による同位体分別効果は亜鉛よりも鉄の方が大きいことが示された。本研究のエアロゾルの分析からは、特に亜鉛に関して大気中濃度と化学種の情報を併せることで、様々な起源の同位体比を統一的に解釈できる可能性が示された。今後の発展課題として、アイスコア中のエアロゾルや大気降下物質を主要な供給源とする堆積物などの分析によって、大気中の鉄・亜鉛の起源の変動史が解明されることが期待される。

气溶胶是悬浮在大气中的微小颗粒，在地球物质循环中发挥着重要作用，并且已知会对气候变化产生影响。例如，有人指出它作为铁和锌来源的重要性，而铁和锌限制了公海的初级生物生产。先前的研究表明，人为气溶胶中的铁由于燃烧汽化而表现出较低的同位素比，并且可以与其他来源区分开来。另一方面，火山活动也属于已蒸发到大气中的铁源的范畴。在这项研究中，我们将验证火山气溶胶中是否发现了与人为气溶胶类似的低铁同位素比率，并估计冰芯和沉积物中铁的来源，这被认为是过去气候变化的原因。本研究旨在讨论使用铁同位素比作为铁同位素比值指标的可能性此外，为了加深对地球表面蒸发过程中同位素分馏现象的系统认识，我们进行了室内燃烧实验，收集了按粒径分类的气溶胶样品，并比较了挥发性元素锌的同位素比例特征。今年，我们继续进行了从阿苏山收集的粒径分离气溶胶样品的分析以及截至前一年的室内燃烧实验。在阿苏山火山气溶胶的微粒尺寸中观察到铁和锌的同位素分馏。尽管这个值小于人工燃烧样本的值，但本研究中的分离也可能作为工业革命前与气候变化相关的信号具有重要意义。此外，对室内燃烧实验的气溶胶样品的分析表明，在相同条件下，铁的燃烧汽化的同位素分馏效应大于锌。这项研究中的气溶胶分析表明，通过结合大气浓度和化学物质（尤其是锌）的信息，可以统一对各种来源的同位素比的解释。作为未来的开发项目，预计将通过分析主要来源为大气沉降物的冰芯和沉积物中的气溶胶来阐明大气铁和锌来源的变化历史。

项目成果

期刊论文数量（5）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Source and reaction of atmospheric zinc in aerosols based on the isotope fractionation mechanism during the vaporization process.

基于汽化过程中同位素分馏机制的气溶胶中大气锌的来源和反应。

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Natori; S.; Fujiwara; M.; Tanimizu; M.; Kurisu; M.; Iizuka; T.; & Takahashi; Y.
通讯作者：
Y.

化学種および安定同位体比に基づくエアロゾル中亜鉛の起源と大気中の挙動の解明

根据化学物质和稳定同位素比阐明大气中气溶胶中锌的来源和行为

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
名取幸花; 藤原将智; 谷水雅治; 栗栖美菜子; 髙橋嘉夫
通讯作者：
髙橋嘉夫

High-Energy Resolution Fluorescence Detected X-ray Absorption Spectroscopy for the Speciation of Fe in Aerosol Samples

高能分辨率荧光检测 X 射线吸收光谱法测定气溶胶样品中 Fe 的形态

DOI：
10.3390/min12050536
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
2.5
作者：
Natori Sachika;Kurisu Minako;Kawamura Naomi;Takahashi Yoshio
通讯作者：
Takahashi Yoshio

Speciation and isotopic analysis of zinc in size-fractionated aerosol samples related to its source and chemical processes

与其来源和化学过程相关的粒度分级气溶胶样品中锌的形态和同位素分析

DOI：
10.1016/j.atmosenv.2022.119504
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
5
作者：
Natori Sachika;Fujiwara Masatomo;Kurisu Minako;Tanimizu Masaharu;Iizuka Tsuyoshi;Takahashi Yoshio
通讯作者：
Takahashi Yoshio

燃焼気化に伴う同位体分別の考察に基づく大気エアロゾル中亜鉛の起源および大気中の挙動の解明

基于与燃烧汽化相关的同位素分馏的考虑，阐明大气气溶胶中锌的来源和行为