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Reconstructing ancient atmospheric composition using temperature dependence of sulfur isotope fractionation

利用硫同位素分馏的温度依赖性重建古代大气成分

基本信息

批准号：
20K14593
负责人：
遠藤美朗
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-12-19 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

2021年度は、室温から－45°Cまで温度を系統的に変化させ光化学実験を行い、低温低圧におけるSO2光解離反応の同位体分別係数を初めて得た。結果は明らかな温度依存を示し、SO2分圧が一定の条件においてδ34S、Δ33S、Δ36S値の大きさが低温ほど大きくなった（－45°Cでは室温の約4倍）。一方でΔ33S/δ34S比およびΔ36S/Δ33S比は温度にほとんど依存しなかった（Δ33S/δ34S~+0.12, Δ36S/Δ33S~－3.1）。低温ほど分別係数を大きい傾向は、SO2吸収スペクトルの温度依存性に基づく予想と定性的に一致する。すなわち、温度が下がると、吸収ピークの波長における吸収断面積が大きくなり、最も同位体存在度が多い32SO2が紫外線を吸収し32SO2のみ光解離反応が遅くなるために起きる同位体異常（自己遮蔽効果）が効果的に働き分別係数が大きくなった可能性がある。実験結果を太古代の硫黄同位体比と比較すると、温度を下げてもΔ33S/δ34S比（~+0.9）には近づかず、本研究が行った低温低圧におけるSO2光解離では太古代の4種硫黄同位体比の完全な再現はできないことがわかった。一方で、過去2,600年の硫酸エアロゾルから観測されたδ34S, Δ33S値については、OHラジカルによるSO2の酸化(SO2 + OH → HSO3, HSO3 + O2 → SO3 + HO2, SO3 + H2O → H2SO4)とSO2光解離を経由した硫酸生成(SO2 + hν → SO + O, SO + O2 + M → SO3 + M, SO3 + H2O → H2SO4)の2つの硫酸生成経路の混合モデルにより説明できる可能性が高いことがわかった。以上の内容をまとめた論文を執筆し、国際誌に投稿した。

In 2021, the isotope separation coefficient of SO2 photodissociation reaction was obtained at room temperature from-45 ° C to temperature. The results show that the temperature dependence of SO2 is different under certain conditions, such as δ34S, Δ33S and Δ36S, and the temperature dependence of SO2 is higher than that of room temperature (-45 ° C is about 4 times higher than room temperature). One side is Δ 33S/δ 34S ratio Δ 36S/Δ 33S ratio (Δ 33S/δ 34S ~+0.12, Δ 36S/Δ 33S ~-3.1). The temperature dependence of SO2 absorption coefficient and the temperature dependence of SO2 absorption coefficient are basically consistent. The absorption area is large, the maximum isotope presence is large, the ultraviolet absorption is large, the photodissociation reaction is large, the isotope anomaly (self-shielding effect) is large, and the separation coefficient is large. The results show that the ratio of sulfur isotopes in the Archaean era is similar to that in the lower temperature and lower pressure, and the ratio of Δ 33S/δ 34S (~+0.9) is similar to that in the lower temperature and lower pressure. In this study, the ratio of sulfur isotopes in the Archaean era is completely reproduced. Sulfuric acid in the past 2,600 years δ34S, Δ33S values, OH, SO2 acidification (SO2 + OH → HSO3, HSO3 + O2 → SO3 + HO2, SO3 + H2O → H2SO4) SO2 photodissociation is caused by sulfuric acid formation (SO2 + hν → SO + O, SO + O2 + M → SO3 + M, SO3 + H2O → H2SO4) The possibility of mixing the sulfuric acid formation process is high. The above contents are written and contributed to international journals.