天然海冰中盐的同步X射线荧光光谱

海冰在极地地区发挥着许多作用。海冰的复杂性源于它的形成方式，以及它是多相的——包含冰、液态盐水、固体沉淀物和气体——并且在三个物理维度以及时间和温度上的结构和化学都是异质的。溴是海盐和盐水的次要成分之一。溴是比氯更有效的对流层臭氧损失催化剂，溴化合物是极地春季边界层大气中发生的臭氧消耗事件的触发因素。该反应起源于海盐中的Br离子，气相（BrO）中的反应性溴化合物会迅速繁殖，产生所谓的“溴爆炸”。

这是一种非均相反应，因为它需要气相与冷凝相接触。一段时间以来，大气化学家一直在寻求确定溴化物离子可用于这些反应的机制，特别是它们是否主要发生在海冰上，霜花上或雪上。

Obbard等人^[1]的研究检查的样本来自南极洲罗斯海的陆地快速海冰中收集的冰芯。为了了解卤素物种，特别是溴，相对于海冰微观结构的分布：冰晶、晶界、盐水袋和气泡，需要一种具有足够高光谱分辨率和空间范围的技术，以在晶界（亚微米尺度）和盐水通道或口袋（毫米厘米尺度）中分离出单个盐成分。可以使用基于同步加速器的X射线荧光光谱法检查海冰中特定元素（主要是盐）的微结构位置。

这项工作是对溴在海冰吹雪系统中的位置的调查的一部分，其中溴在造成对流层臭氧耗竭事件的非均相化学中起作用。在阿贡国家实验室的高级光子源的光束线13‐ID‐E处分析了样品，使用18 keV入射能量束，能够获得如图1所示的X射线光谱。海冰中盐分的分布取决于冰的类型。在柱状冰样品中，Br位于平行线中，平行线之间的距离大约为0.5 mm，这对应于初始冰生长过程中骨骼区域中的薄片间距。

这些图揭示了除最顶部和最底部深度以外的所有样品中线性特征中的溴浓度。对于这些样本，这些地图显示了四舍五入的特征。溴元素图谱的校准表明，总浓度为5-10 g / m³，线性特征的浓度大十倍。通过与水平薄截面进行比较，可以验证这些线性特征是盐水板或层。

图1. 典型样品（蓝色）、标准 A（0.5 g/m³ Br 和 25 g/m³ Cl;橙色）、标准 B（2.0 g/m³ Br Br 和 100 g/m³ Cl;紫色）和 Milli-Q 水（黑色）的 SXRF 光谱。入射 X 射线能量为 18 keV。光谱表示所有四个探测器上的光子计数之和^[1]

[1] Obbard R W , Lieb-Lappen R M , Nordick K V ,et al. Synchrotron X-ray fluorescence spectroscopy of salts in natural sea ice[J].Earth and Space Science,3,11(2016-11-23), 2016, 3(11):463-479.

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