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海洋環(huán)境表面活性物質(zhì)來源及對海洋飛沫氣溶膠數(shù)濃度、粒徑分布、理化性質(zhì)的影響（二）
來源：地球科學(xué)進展 瀏覽 1103 次 發(fā)布時間:2025-02-26
3、表面活性物質(zhì)對SSA的影響
3.1 SSA生成的實驗室模擬方法
SSA生成裝置能夠在實驗室環(huán)境中模擬自然海洋系統(tǒng)，實現(xiàn)在受控條件下從天然海水中產(chǎn)生SSA，并結(jié)合儀器表征顆粒的粒徑分布和理化特性。目前常用的模擬裝置有鼓泡式發(fā)生器、射流式發(fā)生器及波浪破碎式發(fā)生器等。本文以射流式SSA發(fā)生器為例，介紹SSA的生成原理（圖2）。通常來說，發(fā)生器都具有進水口、進氣口和采樣口。利用蠕動泵將海水從發(fā)生器底部周期性循環(huán)到頂部噴嘴，形成一個俯沖射流水柱，撞擊水面并將空氣夾帶進入海水中，在水下一定深度產(chǎn)生氣泡羽流。當(dāng)氣泡上升到水氣界面并破裂時，產(chǎn)生SSA顆粒。采用潔凈零空氣作為載氣，將生成的SSA顆粒通過氣溶膠采樣口進行采集，連接干燥管進行干燥。此后，使用掃描電遷移率粒徑譜儀測量SSA的粒徑分布和數(shù)濃度等。該裝置可連接其他儀器，如CCN計數(shù)器和吸濕串聯(lián)差分電遷移率分析儀等進行CCN活性及吸濕性等的表征。
圖2實驗室模擬海洋飛沫氣溶膠（SSA）的產(chǎn)生裝置圖
3.2表面活性物質(zhì)對SSA數(shù)濃度的影響
已有研究探索了表面活性物質(zhì)對氣泡破裂過程和SSA產(chǎn)生的作用，但結(jié)果并不一致。大多數(shù)關(guān)于表面活性物質(zhì)與氣泡產(chǎn)生以及顆粒濃度之間的定量關(guān)系，主要是基于實驗室測量而不是海洋走航觀測。這些觀測數(shù)據(jù)的稀缺也意味著對全球SSA的預(yù)測具有高度不確定性。Frossard等在海洋走航過程中搭載氣泡羽流模擬器產(chǎn)生大量的飛沫，并觀察到隨著生物活性和表面活性物質(zhì)的增加，產(chǎn)生的飛沫也在增加。在實驗室模擬中，研究人員主要通過向人工海水中添加表面活性物質(zhì)來試圖表征有機物對SSA顆粒產(chǎn)生的影響。關(guān)于選擇油酸作為模型表面活性物質(zhì)，Garrett發(fā)現(xiàn)，添加油酸可以抑制泡沫的形成，增加顆粒的產(chǎn)生。Tyree等的研究支持了以上實驗結(jié)果，在人工海水中添加1.0 mg/L油酸，液滴產(chǎn)量增加了約2倍，即添加油酸導(dǎo)致總SSA顆粒產(chǎn)量顯著增加（圖3）。
圖3油酸對人工海水產(chǎn)生的海洋飛沫氣溶膠（SSA）粒徑分布的影響
然而，也有研究表明，表面活性物質(zhì)抑制顆粒產(chǎn)生。例如，Modini等的研究表明，在NaCl溶液中添加可溶性表面活性物質(zhì)Triton X-100可穩(wěn)定氣泡，增加表面的氣泡持久性，并減少氣泡破裂時產(chǎn)生的氣溶膠顆粒數(shù)量。King等觀察到強表面活性劑十二烷基硫酸鈉會降低SSA的顆粒數(shù)濃度，并將其歸因為表層更穩(wěn)定，導(dǎo)致氣泡破裂更少。Liu等研究發(fā)現(xiàn)聚乙二醇作為表面活性物質(zhì)也可以抑制SSA的產(chǎn)生，且聚乙二醇分子量越高，抑制作用越明顯。Zábori等觀察到，在NaCl溶液中加入弱表面活性物質(zhì)琥珀酸后，SSA顆粒產(chǎn)量略有下降（約10%）。根據(jù)上述結(jié)果，表面活性物質(zhì)對SSA產(chǎn)量的影響可能取決于表面活性物質(zhì)的溶解度?？扇苄员砻婊钚晕镔|(zhì)可能會產(chǎn)生大量泡沫并積聚在表面，從而延遲氣泡破裂，使其在表面停留時間更長。然而，不溶性表面活性物質(zhì)可減少泡沫，從而降低氣泡的穩(wěn)定性，并且由于更高的氣泡破裂率而導(dǎo)致更高的顆粒產(chǎn)量。
3.3表面活性物質(zhì)對SSA粒徑分布的影響
表面活性物質(zhì)也會引起SSA尺寸分布的變化。Sellegri等發(fā)現(xiàn)在海水中添加5 mg/L的十二烷基硫酸鈉會使粒徑分布向較小的尺寸轉(zhuǎn)移。Fuentes等也觀察到在添加硅藻生物滲出物后生成的亞微米氣溶膠尺寸分布向更小尺寸轉(zhuǎn)移，并且直徑小于100 nm的顆粒數(shù)量增加。Alpert等的研究也表明隨著海水中微生物生長，由射流產(chǎn)生的氣溶膠顆粒尺寸分布通常會向直徑較小的方向移動，但當(dāng)使用鼓泡法產(chǎn)生氣溶膠時這種移動則不會發(fā)生或發(fā)生的程度很小。當(dāng)向海水中加入弱表面活性物質(zhì)琥珀酸時，則觀察到向更大尺寸的轉(zhuǎn)變。以上研究結(jié)果的不一致可能是由不同發(fā)生裝置、不同種類表面活性物質(zhì)或細(xì)菌和浮游植物滲出物的物理和化學(xué)性質(zhì)的差異而導(dǎo)致的，但目前還未有明確的解釋。