3、表面活性物質(zhì)對(duì)SSA的影響

3.1 SSA生成的實(shí)驗(yàn)室模擬方法

SSA生成裝置能夠在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬自然海洋系統(tǒng)，實(shí)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(lái)說(shuō)，發(fā)生器都具有進(jìn)水口、進(jìn)氣口和采樣口。利用蠕動(dòng)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(gè)俯沖射流水柱，撞擊水面并將空氣夾帶進(jìn)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(shí)，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(guò)氣溶膠采樣口進(jìn)行采集，連接干燥管進(jìn)行干燥。此后，使用掃描電遷移率粒徑譜儀測(cè)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(jì)數(shù)器和吸濕串聯(lián)差分電遷移率分析儀等進(jìn)行CCN活性及吸濕性等的表征。

圖2實(shí)驗(yàn)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(duì)SSA數(shù)濃度的影響

已有研究探索了表面活性物質(zhì)對(duì)氣泡破裂過(guò)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(shí)驗(yàn)室測(cè)量而不是海洋走航觀測(cè)。這些觀測(cè)數(shù)據(jù)的稀缺也意味著對(duì)全球SSA的預(yù)測(cè)具有高度不確定性。Frossard等在海洋走航過(guò)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(shí)驗(yàn)室模擬中，研究人員主要通過(guò)向人工海水中添加表面活性物質(zhì)來(lái)試圖表征有機(jī)物對(duì)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(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)產(chǎn)生的氣溶膠顆粒數(shù)量。King等觀察到強(qiáng)表面活性劑十二烷基硫酸鈉會(huì)降低SSA的顆粒數(shù)濃度，并將其歸因?yàn)楸韺痈€(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(duì)SSA產(chǎn)量的影響可能取決于表面活性物質(zhì)的溶解度。可溶性表面活性物質(zhì)可能會(huì)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(shí)間更長(zhǎng)。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(duì)SSA粒徑分布的影響

表面活性物質(zhì)也會(huì)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(huì)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(zhǎng)，由射流產(chǎn)生的氣溶膠顆粒尺寸分布通常會(huì)向直徑較小的方向移動(dòng)，但當(dāng)使用鼓泡法產(chǎn)生氣溶膠時(shí)這種移動(dòng)則不會(huì)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(shí)，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。