專家談大堡礁的揮發(fā)性有機(jī)物分析

北極星VOCs在線訊:澳大利亞的大堡礁（GBR）綿延2300km，由3000多個(gè)獨(dú)立珊瑚礁群組成，因此其珊瑚礁的生態(tài)系統(tǒng)健康情況經(jīng)常受到國(guó)際審查。來自澳大利亞希爾頓南十字星大學(xué)的HiltonSwan采用氣相色譜–質(zhì)譜法（GC-MS）對(duì)大堡礁釋放出的揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）進(jìn)行了分析。最近，我們就這項(xiàng)工作對(duì)他進(jìn)行了采訪。

您的小組最近在研究大堡礁珊瑚VOCs排放量，請(qǐng)問是什么原因?qū)е履鷤冮_始這項(xiàng)研究呢？

著手這項(xiàng)研究是因?yàn)槲覀兛释私馍汉鹘缸鳛榇髿庵卸谆蛎眩―MS）來源的影響力有多大。雖然我們已熟知海洋的DMS排放機(jī)制，但對(duì)于珊瑚礁的DMS排放機(jī)制知之甚少。

首先我們以實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)研究為起點(diǎn)，確定了那些可以觸發(fā)珊瑚礁釋放DMS的條件。研究表明：通過過濾含有珊瑚枝的海水，DMS的釋放量與珊瑚的粘液有關(guān)。同時(shí)還會(huì)釋放少量的其他含硫VOCs和異戊二烯。珊瑚粘液是珊瑚對(duì)環(huán)境壓力應(yīng)激反應(yīng)而釋放出來的；如退潮時(shí)防止珊瑚由于暴露而變得干燥及防太陽輻射。

隨后，我們?cè)诖蟊そ改喜康纳n鷺島進(jìn)行了實(shí)地研究，每隔2-3周持續(xù)測(cè)量20-30min，以確定珊瑚礁排放DMS的量，同時(shí)監(jiān)測(cè)潮汐周期、降水和風(fēng)速等氣象變量。

您遇到的主要挑戰(zhàn)是什么？而您又是怎么克服的呢？

對(duì)DMS進(jìn)行精準(zhǔn)的定量是具有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)槠浯嬖诘臐舛人绞莕mol/m3級(jí)或比例水平是pmol/mol級(jí)的，這屬于“超”痕量分析的范疇了。為了獲得適用于色譜分析的檢測(cè)量，我們有必要采用適合的吸附劑對(duì)DMS進(jìn)行富集，或直接用低溫冷阱捕獲。

我們首先用附著金的玻璃棉從樣品中吸附富集DMS，隨后再將玻璃棉進(jìn)行熱脫附至冷阱中，最后使用氣相色譜（GC）進(jìn)行分析。為了達(dá)到高效進(jìn)樣的目的，我們采用配脈沖火焰光度檢測(cè)器（PFPD）的氣相色譜儀，將3.5~4L直接抽進(jìn)冷阱后每20–30min測(cè)定一次DMS的量。

一個(gè)需要克服的重大挑戰(zhàn)是在氣相色譜分析前的采樣過程中，DMS會(huì)與大氣中的氧化劑發(fā)生反應(yīng)。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)非常有效的氧化劑去除器，即用抗壞血酸鈉和甘油的混合物浸漬的玻璃纖維制得的過濾器。將過濾器放置在進(jìn)氣主管線的采樣階段，可以同時(shí)達(dá)到減少DMS氧化和干燥的目的。通過添加內(nèi)標(biāo)乙烷基二甲基硫醚（EMS）作替代品來彌補(bǔ)每個(gè)樣本中由于發(fā)生氧化而損失的DMS。

而異戊二烯是一種比DMS更具挑戰(zhàn)性的定量樣品，因?yàn)樗拇髿庋趸俣缺菵MS快近10倍，所以異戊二烯的取樣過程需要更有效的氧化劑洗滌。

進(jìn)行這項(xiàng)研究時(shí)，有哪些外部因素是必須考慮的嗎？

當(dāng)我們要將大堡礁海洋公園的珊瑚作為研究對(duì)象時(shí)，首先我們要向該公園管理局提出申請(qǐng)。在獲得許可證后，我們僅被允許從蒼鷺島周圍的珊瑚礁采樣，而且只能采集規(guī)定的種類和數(shù)量。該許可證的有效期僅為16周。

珊瑚粘液會(huì)釋放DMS和異戊二烯。請(qǐng)問這些VOCs具有什么重要意義及其影響到底有多大？

氣相的DMS、異戊二烯和大氣氧化劑是導(dǎo)致新型顆粒物形成和快速增長(zhǎng)的強(qiáng)有力組合，通常被稱為二次有機(jī)氣溶膠。由于這種氣溶膠本身的吸濕特性促使它會(huì)變成云凝結(jié)核。因此，這些VOCs最終可能會(huì)形成低級(jí)別的云，影響地球的輻射平衡，并可能影響GBR的區(qū)域氣候。

在2016年的9月和10月英國(guó)開展了一項(xiàng)關(guān)于GBR的多組織運(yùn)動(dòng)，研究GBR的組成在何種程度上影響大氣顆粒物的生成，及其容量對(duì)降雨和區(qū)域氣候的影響。更多的關(guān)于這項(xiàng)研究的信息，可以參考一項(xiàng)稱為“珊瑚礁到熱帶雨林”的項(xiàng)目。

媒體上有很多關(guān)于大堡礁“消亡”的報(bào)道。您認(rèn)為這個(gè)說法為時(shí)過早嗎？您對(duì)此有什么看法？

最近關(guān)于大堡礁“消亡”的媒體報(bào)道其實(shí)有點(diǎn)言過其實(shí)了，事實(shí)上，眾所周知大堡礁一直都在面臨著生存問題。由于海洋表面溫度升高引起的氣候變化，以及海洋酸化導(dǎo)致珊瑚中碳酸鈣溶解這兩個(gè)因素致使大堡礁變得極其脆弱。然而，如果報(bào)道直接宣稱“大堡礁已消亡”是不利的做法，因?yàn)檫@會(huì)使不明真相的讀者信以為真，并對(duì)國(guó)家控制碳排放的舉措（如巴黎協(xié)議）失去信心。

比如2015-2016年夏季出現(xiàn)的大規(guī)模珊瑚白化這一極端事件，事實(shí)上尚未觀察到波及到整個(gè)大堡礁，乃至影響幾乎所有的珊瑚礁群。的確很不幸，大堡礁的最北端遭受了最長(zhǎng)時(shí)間的熱應(yīng)力，導(dǎo)致部分的大堡礁還沒有從嚴(yán)重的破壞中恢復(fù)過來，但不能說整個(gè)大堡礁已經(jīng)消亡。

GBRMPA的官方媒體發(fā)布該次極端事件導(dǎo)致珊瑚死亡率達(dá)到22%，從區(qū)域分布上看是漸變的過程，北方大堡礁最高而南部幾乎沒有。調(diào)查中對(duì)珊瑚的存活率進(jìn)行了評(píng)估，并指出大堡礁珊瑚正在恢復(fù)中。目前的問題是，另一個(gè)夏季長(zhǎng)時(shí)間的水下熱流即將到來，這將進(jìn)一步更廣泛地推動(dòng)大堡礁珊瑚死亡率升高。

在大堡礁南部的蒼鷺島，關(guān)于大氣中DMS的來源的研究，目前您的主要結(jié)果是什么？

通過采用自動(dòng)GC–PFPD法對(duì)蒼鷺島珊瑚礁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，我們發(fā)現(xiàn)偶爾會(huì)出現(xiàn)珊瑚礁釋放的DMS的信號(hào)峰高于DMS連續(xù)背景信號(hào)（來自海洋浮游生物和其他海洋生物）的情況。當(dāng)這些DMS峰被檢測(cè)到時(shí)，一般是在低風(fēng)速下退潮的情況，這表明它們來自于島周圍的珊瑚礁坪。當(dāng)退潮的時(shí)候，這些珊瑚礁就暴露在空氣中，DMS被釋放到大氣中。

最近其他實(shí)驗(yàn)室的研究也表明，珊瑚暴露時(shí)空氣中DMS的濃度會(huì)增加，這與我們的觀測(cè)結(jié)果也是一致的。蒼鷺島研究站是世界**大學(xué)——昆士蘭大學(xué)的研究和教學(xué)基地，已為大堡礁釋放DMS研究提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。

譯自：omatographyonline