ナトリウム塩およびカリウム塩の吸湿性と塩類鉱物の粉塵および海塩エアロゾルとの関係

Hygroscopic properties of sodium and potassium salts as related to saline mineral dusts and sea salt aerosols.

• Huanhuan Zhang
• Wenjun Gu
• Yong Jie Li
• Mingjin Tang

抄録

鉱物塵、土壌、海塩エアロゾルは大気中に多く存在する一次無機エアロゾルの中でも、その吸湿性は水循環や地球気候に影響を与えている。本研究では、これらの一次有機エアロゾルに多く含まれる6種類のNaおよびK含有塩の吸湿挙動を調べた。その結果、相対湿度(RH)の関数としての吸湿性の成長は熱力学モデルの予測とよく一致した。また、これらの塩のうち5つの塩について、相対湿度(RH)の温度依存性を調べたところ、1%〜2%RHの範囲内では文献に記載されている値と同程度であり、ほとんどの塩は温度に負の依存性を示した。また、実際の土壌と海塩の吸湿成長曲線を測定した。その結果、より吸湿性の高い塩類土壌試料と海塩試料の吸湿成長曲線は、測定された水溶性イオン組成に基づいて熱力学モデルにより予測することができた。塩類土壌中のNaとKを含む水溶性イオンの量が多いことから，塩類土壌の初期段階であっても，高RH(>80%)条件ではかなり吸湿性が高いことが示唆された．しかし、吸湿性の低い3つの試料については、熱力学モデルで予測されたよりも高い水分取り込み能力が測定で示された。吸湿性の低いダストサンプルの吸水量が少ないことから、ダスト粒子は非常に低いRHでも水の薄い層を含んでいる可能性があることが示唆された。本研究の結果は、NaおよびKを含む塩類の吸湿性を、塩類鉱物ダストおよび海塩エアロゾルの吸湿性挙動における役割に関連して総合的に評価したものである。

Mineral dust, soil, and sea salt aerosols are among the most abundant primary inorganic aerosols in the atmosphere, and their hygroscopicity affects the hydrological cycle and global climate. We investigated the hygroscopic behaviors of six Na- and K-containing salts commonly found in those primary organic aerosols. Their hygroscopic growths as a function of relative humidity (RH) agree well with thermodynamic model prediction. Temperature dependence of deliquescence RH (DRH) values for five of those salts was also investigated, which are comparable to those in literature within 1%-2% RH, most showing negative dependence on temperature. Hygroscopic growth curves of real-world soil and sea salt samples were also measured. The hygroscopic growths of two more-hydroscopic saline soil samples and of sea salt can be predicted by the thermodynamic model based on the measured water-soluble ionic composition. The substantial amounts of water-soluble ions, including Na and K, in saline soil samples imply that even nascent saline soil samples are quite hygroscopic at high-RH (>80%) conditions. For three less-hygroscopic dust samples, however, measurements showed higher water uptake ability than that predicted by the thermodynamic model. The small amount of water taken up by less-hygroscopic dust samples suggests that dust particles might contain thin layers of water even to very low RH. The results of this study provide a comprehensive characterization of the hygroscopicity of Na- and K-containing salts as related to their roles in the hygroscopic behaviors of saline mineral dusts and sea salt aerosols.

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