气溶胶粒子成核现象问题（译）外文翻译资料

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气溶胶粒子成核现象问题（译）

我们身边的空气看起来十分清洁干净，实际上其中每立方厘米里都存在成百上千甚至上万个微小粒子的存在。它们来自哪里呢？其中一部分，例如灰尘和海洋飞沫，来自地球表面，但是绝大部分气溶胶粒子是由气态分子凝结而来。在这成核现象发生的过程中，会合成具有很低挥发性的物质，比如硫酸，当很多微粒在大气中达到很高的浓度后便会凝结，就像云朵雨滴一样。但是在分子层面上来分析到底是如何发生，这仍然是大气科学里的一个谜。就像俄罗斯套娃的壳一样，科学家们通过日益发展的科技已经一层一层的剥开了它的神秘外壳，已经发现了越来越小的颗粒。在此问题的943页上，Kulmala等人根据对芬兰的一个偏远森林的气溶胶成核现象的观测，利用新的分析工具揭示了气体分子是如何参与形成颗粒物的过程的。

由于在分子层面这些粒子的成核过程发生在仪器观测的盲点，所以实验观察受到了阻碍。例如，对于直径至多约1纳米的粒子，气压质谱（API-MS）检测分子高达几百道尔顿，而粒子探测器通常被限制在几纳米左右。新的仪器已经不会再有这种差距：化学电离飞行时间质谱现在可以检测大气的分子和颗粒尺寸高达几纳米，而粒径放大镜、中性簇和空气离子光谱仪只能达到尺寸不到1纳米。尺寸稍微较大的化学合成物（4至7纳米）可用热解吸化学电离质谱测定。通过这些新设备与相关技术的部署，连同主要测量方法的配合，现在已经可以得到较为吻合的气溶胶粒子的分子图像了。

测量的远程站点在芬兰北部的一个叫做Hyytiauml;lauml;的森林，结果表明成核过程分三个阶段。首先是形成一个小的团簇，至多约1.2纳米的直径，存在的所有的时间内在每立方厘米空气几千浓度，这并不是严格意义上的成核过程。这些团簇看上去是一个接近动态平衡的状态，其中分子迅速凝结和蒸发，造成非常缓慢的净增长。普遍认为，硫酸是这个阶段的关键性物质，在Hyytiauml;lauml;环境的空气中有足够的硫酸来提供这些团簇的形成。加速增长在第二阶段（1.2〜1.7纳米），但量子化学计算表明，除以外还需要其他物质来为这些增长的团簇提供稳定作用。最近的工作表明，无机氨，有机胺，和来自生物烃的氧化有机分子会帮助

形成更稳定的分子簇。

在此阶段，初生粒子会有两种不同的命运。在Hyytiauml;lauml;的研究日程过去一半的时候，形成和增长的团簇由于需要补充空气中原有粒子的损失，导致只有非常少的粒子增长到大于2纳米的尺寸。与此相反，在所谓的“活跃日”，光化学最活跃一天，大于1.5nm的团簇发生了爆炸式的增长，整个上午期间，空气中每立方厘米有数千大于2nm的粒子形成。

从物理学家的角度来看，这些都是令人振奋的结果，因为它们为观测临界尺寸范围低于2纳米的成核研究打开了一扇新的大门。从化学的角度来看，谜团仍然存在。硫酸，水汽在此过程中究竟扮演的是什么角色？各种成核过程中潜在的“助手”，如胺和有机物，在0.5nm大小的团簇，单个的分子的大小的团簇，1.5nm以上大小的团簇，分别是谁主导了有机分子的增长？以这个偏远的森林为例。实验室的实验或许能提供一些答案。到目前为止，在成核过程的最先进的实验室研究中，研究人员在欧洲核子研究中心建立了聚集和有机分子的相关浓度的云室。他们一步一步的研究到底各种不同种类的分子是如何聚集起来，发展成长为团簇的。为了提高我们对分子和粒子界面的理解，我们必须把现场研究和实验室研究的继续下去，并相互联系起来。

是什么造成了“活跃日”与“非活跃日”的差异？仅仅是分子的生成速率与团簇成核分子增长前的消耗速率间的竞争吗？或者是因为“助手”分子的种类丰富度产生了至关重要的影响？至少在某些环境中有机胺与团簇分子结合发挥了作用。“有机物”非常重要，特别是在增长阶段，但问题是那种有机物呢？这就是大气中挥发性有机气体成核生成有机气溶胶的谜团所在。

最后，对全球大气而言芬兰中间的一个森林是怎样具有代表性的呢？举个例子，我们知道，在亚马逊森林成核现象几乎不可能发生。解决成核谜题仍然需要从大量的自然和人为影响的环境才可以了解全貌。这种理解是必要的，以评估成核现象和新粒子如何形成大气气溶胶以及通过其影响云的形成对气候的影响和辐射平衡所起的作用。

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