Frontiers in Earth Science (Deutsch)

Einleitung

Charles Darwin beschrieb das Phänomen, das er auf dem Segelboot Beagle bemerkte, dass das Deck und die gesamte Ausrüstung im neunzehnten Jahrhundert mit Feinstaub bedeckt waren. Außerdem war das Meer mit einer dünnen Staubschicht bedeckt, solange der Anblick sichtbar war. Dies geschah, als es in seiner berühmten Expedition (Darwin, 1845) an die Atlantikküste Westafrikas segelte., Heute ist es ein bekanntes Phänomen des Langstreckentransports von Staub und zahlreiche Nebenwirkungen, die einen großen Einfluss auf die Umwelt haben. Luftgetragene Partikel können je nach aerodynamischem Radius von mehreren hundert bis sogar zehntausend Kilometern transportiert werden (Prospero, 1999; Husar, 2004). Dieser Mineralstaub stammt hauptsächlich aus natürlichen Quellen, während die anthropogene Wirkung weitaus geringer ist (Mahowald et al., 2004; Tegen et al. 2004a,b)., In den letzten Jahren wurde diesem Phänomen zunehmend Aufmerksamkeit geschenkt, da gezeigt wurde, dass Partikel in der Luft, die zu Staub beitragen, durch Absorption und Streuung von Sonnenstrahlung einen großen Einfluss auf atmosphärische und meteorologische Phänomene haben und Keimbahnzentren darstellen, die zur Bildung von Wolken, Regen und Eis führen (Sokolik und Toon, 1999; Arimoto, 2001), während chemische Reaktionszentren für gasförmige Verbindungen vorgestellt werden, indem die Mechanismen chemischer Reaktionen in der Atmosphäre verändert werden (Andreae und Rosenfeld, 2008)., Es ist auch notwendig, den signifikanten Abbau des Bodens aus den Staubquellen zu erwähnen, während die Ablagerung von Staub zu einer Erhöhung der Nährstoffe des Bodens und damit zu einer Erhöhung der Fruchtbarkeit dieser Gebiete führt (Swap et al., 1992). Der Fernstaubtransport betrifft in hohem Maße sowohl Tiere als auch Menschen und kann verschiedene Krankheitserreger übertragen, die eine direkte Gefahr für die Gesundheit darstellen (Kellogg und Griffin, 2006). Staubpartikel mit einem aerodynamischen Durchmesser von weniger als 2.,5 µm, die meist Langstreckentransporte enthalten, wirken sich direkt auf die Gesundheit von Mensch und Tier aus, da sie reibungslos in die Lunge und das empfindliche Alveolarsystem eindringen und verschiedene Entzündungsprozesse, Asthma und obstruktive Lungenerkrankungen verursachen (Prospero et al., 2008; De Longueville et al., 2010). Obwohl dieses Phänomen des Fernstaubtransports im Allgemeinen vorhanden ist, muss darauf hingewiesen werden, dass Nordafrika, genauer gesagt die Sahara, mit etwa 0, 8 × 109 Tonnen pro Jahr die größte Mineralstaubquelle darstellt und mit 20-70% zum globalen Mineralstaub beiträgt (Laurent et al., 2008)., In der Sahara führen Luftströmungen zu Staubansammlungen, die dann ins Mittelmeer transportiert werden (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004) und weiter nördlich in arktische Regionen oder westlich in den Atlantik und dort durch Langstreckentransport über den ganzen Ozean zur Küste Amerikas.

Chemische Zusammensetzung und komplexer Brechungsindex, chemische und mineralogische Partikelanalyse von Luftstaub und Größenverteilung von Saharastaub sind gut untersucht (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013) und den Gehalt an zahlreichen Mineralarten (Illite, Albit, Quarz, Calcit, Dolomit, Halit, Hämatit usw.), sowie die Konzentration und das Verhältnis von kationischen und anionischen Arten, die den „Fingerabdruck“ von Saharastaub darstellen (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004). Das gleiche Konzept wird auch verwendet, um die Existenz von Langstreckentransporten aus anderen Bereichen (Meeresaerosol, Großstädte, Industriegebiete usw.) zu bestimmen.), die das komplexe Bild der Übertragung und der Auswirkungen von Staub, ob natürlich oder anthropogen, ergänzen können.,

Island ist die größte Wüste in Europa und der Arktis mit geschätzten Staubablagerungen von 31-40 mil Tonnen pro Jahr (Arnalds et al., 2014). Dies kann etwa 7% der gesamten globalen Staubemissionen und bis zu 21% der Sahara-Staubemissionen ausmachen. Es wird geschätzt, dass etwa 3% des isländischen Staubes Europa erreichen (Groot Zwaaftink et al., 2017). Die Häufigkeit von Staubereignissen in Island beträgt durchschnittlich 34-135 Staubtage pro Jahr (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014a). Isländischer Staub unterscheidet sich jedoch von Krustenstaub wie aus der Sahara., Es ist vulkanischer Staub, dunkel gefärbt, mit >75% vulkanischem Glas mit hohen Anteilen an FeO, Al2O3 und TiO2 (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014b; Arnalds et al., 2016). Die Identifizierung der nach Europa transportierten isländischen Staubpartikel mit Ausnahme von Vulkanausbrüchen ist jedoch spärlich (Ovadnevaite et al., 2009).

Zur Identifizierung und Charakterisierung von Quellbereichen von Luftmassen wurden verschiedene Ansätze verwendet., Rückwärtstrajektorien sind der am häufigsten berechnete Typ, wobei HYSPLIT das am weitesten verbreitete Modell ist und Feinstaub die am häufigsten untersuchte Art von Schadstoff ist (Pérez et al., 2015). Die Genauigkeit von Flugbahnmodellen hängt von der Quelle der Windfelddaten, der Auflösung der verfügbaren meteorologischen Felder, dem Flugbahntyp usw. ab (Fleming et al., 2012). Rückwärtstrajektorien werden typischerweise aus archivierten Windfeld-und Druckdaten geschätzt und stellen den ungefähren dreidimensionalen Strömungsweg eines Luftpakets dar., Das HYSPLIT-Modell wurde verwendet, um Transport, Mischen, chemische Umwandlung und Ablagerung von Schadstoffen und gefährlichen Materialien zu berechnen (Stein et al., 2015). Es wurde umfassend für die Erforschung des Fukushima-Unfalls und des Vulkanausbruchs Eyjafjallajökull sowie für mehrere weltweite Untersuchungen des regionalen und lokalen Staub-und Luftverschmutzungstransports angewendet (z. B. McGowan und Clark, 2008; Wang et al., 2010; Cristofanelli et al., 2011; Liu et al., 2013; Draxler et al., 2015; Leelõssy et al., 2017)., Die HYSPLIT-Rückwärtstrajektorien wurden häufig auch beim Fernstaubtransport und beim Eindringen von Staub in die Sahara eingesetzt (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).

Der Hauptgrund, warum das HYSPLIT-Modell weit verbreitet ist, ist, dass es frei verfügbar ist und sich als extrem einfach anzuwenden erweist (Pérez et al., 2015). Der Zugriff auf das HYSPLIT-Modell erfolgt über webbasierte Echtzeitumweltanwendungen und Anzeigesysteme (READY), die vom Air Resources Laboratory (ARL) der NOAA entwickelt wurden (Draxler et al., 2013).,

In dieser Arbeit beabsichtigen wir, charakteristische Verhältnisse von Elementen als Fingerabdrücke zur Identifizierung isländischer vulkanischer Staubpartikel im zentralen Balkan zu verwenden. Darüber hinaus wird der Ferntransport von atmosphärischen Aerosolen, die durch Suspension von Krustenelementmaterial aus Oberflächenerden und Wüsten in Island in die Atmosphäre gelangen, diskutiert. Die große Menge der Aerosole, die Proben in einem Vorort von zentraler BALKAN “ – Bereich und Oberfläche Boden die Rangárvellir Gebiet in Island und Ihre Analysen sind wertvoll, einzigartig dataset.,

Materialien und Methoden

Probenahme

Atmosphärische Aerosole wurden im Vorortgebiet (Abbildung 1) von Belgrad (φ= 44°48′; λ= 20°28′; 240 m Höhe) als 48 h kumulative Proben alle 6 Tage ab 8 Uhr Niederdruckkaskaden-Impaktoren von Prof. Dr. Berner mit Vakuumpumpe mit einer Durchflussrate von 25 l min–1 zur Probenahme verwendet (Berner, 1972; Wang und John, 1988). Größe getrennte Aerosole wurden auf Tedlar-Folien mit den folgenden Stufen gesammelt: PM0. 27-0.53, PM0.53-1.06, PM1.06-2.09, PM2.09-4.11, PM4.11-8.11 und PM8.11-16., Proben und Rohlinge wurden jeweils bis zur Verarbeitung in Petrischalen im Gefrierschrank (-20°C) gelagert.

Im Bereich Rangárvellir in Südisland (63° N; 20° E; 50m Höhe) wurden in der Nähe des Mt Hekla, Islands aktivstem Vulkan und unter hohen Erosionsprozessen (Thorarinsdottir und Arnalds, 2012) Oberflächen-Bodenproben entnommen. Der Boden aus diesem Gebiet besteht aus verschiedenen Materialien, die aus umliegenden Vulkanen und Lava stammen.,

Tägliche zusammengesetzte Mittel für Geopotentialhöhen und Windgeschwindigkeit auf bestimmten isobaren Ebenen wurden aus den Reanalysedatensätzen der National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/P) für den Untersuchungszeitraum (2012-2013) abgerufen.

Analyseverfahren

Proben atmosphärischer Aerosole wurden gravimetrisch in einem Handschuhfachsystem mit kontrollierter Stickstoffatmosphäre (Temperatur 20 ± 5 °C und Luftfeuchtigkeit 45 ± 5%) gemessen., Die Verdauung der gesammelten Aerosole erfolgte unter Verwendung eines fortschrittlichen Mikrowellen-Verdauungssystems (ETHOS 1, Milestone, Italien) mit HPR-1000/10S hochdrucksegmentiertem Rotor und druckfesten PTFE-Gefäßen. Die Proben wurden mit HNO3 (62%, UltraPure, Merck), H2O2 (30%, Sigma-Aldrich) und HF (UltraPure, Merck) in die PTFE-Gefäße transferiert und anschließend mit Mikrowellenenergie für 50 min erhitzt., Der Gehalt an Elementen in Lösungsproben atmosphärischer Aerosole wurde durch induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS) unter Verwendung eines Thermo Fisher Scientific iCAP Qc ICP–MS (Bremen, Deutschland) unter Verwendung des EPA-Methodenstandards Low Level Elements Calibration Stock (10 mg L-1) von Elementen bestimmt. Jede zehnte Probe war leer, gesammelt mit dem gleichen Verfahren wie für die Aerosolproben, aber ohne Verwendung der Pumpe, um Luft durch den Filter zu ziehen (Karanasiou et al., 2007; Đuričić-Milanković et al., 2018).,

Induktiv gekoppeltes Plasma iCAP-6500 Duo (Thermo Scientific, Vereinigtes Königreich) mit einem Atomemissionsspektrometer wurde zur Bestimmung von Elementkonzentrationen in Bodenextrakten aus Island verwendet. Laborqualitätssicherungs-und Qualitätskontrollmethoden wurden bei der Bestimmung der Elementkonzentrationen verwendet, einschließlich der Standardbetriebsverfahren, Kalibrierung mit Standards und Analyse beider Reagenzrohlinge und-replikate. Elementkonzentrationen werden in mg kg–1 auf einem Trockengewicht des Bodens berichtet (Sakan et al., 2016).,

Das HYSPLIT-Modell der Rückwärtstrajektorien

Das HYSPLIT-Modell ist ein komplettes System zur Berechnung komplexer Dispersions-und Abscheidungssimulationen mit Puff-oder Partikelansätzen (Draxler und Hess, 1998). Das HYSPLIT ist nach wie vor eines der am weitesten verbreiteten atmosphärischen Transport-und Dispersionsmodelle in der atmosphärischen Wissenschaftsgemeinschaft (Stein et al., 2015). Das HYSPLIT-Modell wird häufig verwendet, um Rückwärtstrajektorien an bestimmten Startpositionen zu erzeugen (z. B. Rozwadowska et al., 2010; Freitag et al., 2014; Pérez et al., 2015; Su et al., 2015).,

Vier Tage Rückwärtsflugbahnen wurden berechnet, um die Luftgeschichte mittels des HYSPLIT-Modells zu verfolgen. Die Teilchenbewegung ist definiert als die Überlagerung eines deterministischen Abwindbegriffs (Advektion) und einer stochastischen turbulenten Bewegung (Draxler und Hess, 1998). Der deterministische Term wird zu jeder Partikelposition aus dem Windfeld interpoliert, das durch ein numerisches wetterprognostisches Eingabemodell (NWP) bereitgestellt wird. Die Eingabe meteorologischer Daten erfolgt aus der Analyse der Daten des Global Data Assimilation System (GDAS)., Das GDAS wird 4-mal täglich (um 00, 06, 12 und 18 UTC) von den National Centers for Environmental Prediction (NCEP) der NOAA operativ betrieben. NCEP Post-Processing of the GDAS wandelt die Daten von der spektralen Koeffizientenform in 1-Grad-Längen-Gitter (360 x 181) und von Sigma-Niveaus in Druckniveaus um. Die ARL von NOAA speichert die aufeinanderfolgenden Analysen und die 3-h-Prognose viermal täglich, um ein kontinuierliches Datenarchiv zu erstellen. Die Entscheidung, diese Daten zu verwenden, wurde durch verbesserte Datenassimilationsmethoden sowie die höchste horizontale, vertikale und zeitliche Auflösung verursacht., 4 Tage Rückwärtsfahrbahnen wurden ausgewählt, weil es ausreichend Zeit ist, regionale Transportwege zu bestimmen. März 2012 bis 26. Dezember 2013 alle 1 Stunde für vier Ankunftshöhen berechnet: 500, 1500, 3000 und 5000 m über dem Meeresspiegel. Die Auswahl von 500 m als unterste Ebene ergab sich aus der Orographie rund um den Bahnhof. Um den Effekt des Langstreckentransports aufzuklären, werden Trajektorien in niedrigen und mittleren troposphärischen Höhen bis 5000 m analysiert (z. B. Ogawa et al., 2004; Sangeetha et al., 2018)., Die Trajektorien und zusammengesetzten Karten werden für 700 mb Ebene als die repräsentativste HYSPLIT rückwärts Trajektorie Ebene basierend auf früheren Analysen von Langstrecken-Staubtransport Episoden für mitteleuropäische und mediterrane Fallstudien (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).

Ergebnisse

Der Beitrag von Mineralstaub aus Quellen mit hohem Breitengrad des globalen Staubkreislaufs wurde noch nicht ausreichend untersucht (Baddock et al., 2017)., In der nahen Vergangenheit gibt es einige Arbeiten, die sich auf den atmosphärischen Transport isländischer Vulkanasche während des Ausbruchs von Eyjafjallajökull beziehen (Langmann et al., 2012) sowie vulkanische Stäube bei Sturmereignissen (Dagsson-Waldhauserova et al., 2015; Taylor et al., 2015; Wilkins et al., 2016), aber es gibt noch nicht genügend Untersuchungen in Bezug auf vulkanische Partikel in atmosphärischen Aerosolen, die von Staubstürmen in Island über Kontinentaleuropa stammen.,

– Elemente in Ihrem Inhalt und Ihrer Verhältnisse

In dieser Arbeit werden wir als Nächstes die Elemente Al, Ca, Fe, K, Na, Mg und Mn, und Ihre charakteristischen Kennzahlen wie Fingerabdrücke für die Isländische Vulkanasche in einem Vorort von Aerosolen von zentral-Balkan. Der Inhalt der Elemente wurde in Tabelle 1 als Verteilungen von Durchschnittswerten mit Standardabweichungen, Minimum und Maximum in einem Aerosol dargestellt, das in sechs Dp-Fraktionen für in Belgrad gemessene und gesammelte Proben getrennt war (Đuričić-Milanković et al., 2018) und für den Boden des Gebiets Rangárvellir (Island)., Der Hauptunterschied zwischen atmosphärischen Aerosolen des zentralen Balkans und Oberflächenerde des Gebiets Rangárvellir besteht darin, dass der dominante Massenbeitrag von Ca im gemessenen atmosphärischen Aerosol liegt, während das dominante Element im Oberflächenboden des untersuchten Gebiets in Island Fe ist.

Die charakteristischen Verhältnisse, die wir in dieser Arbeit betrachteten, waren Ca/Al, Fe/Al, K/Al, Mg/Al, Mn/Al, Ca/Fe und Mg / Fe. Tabelle 2 zeigt die Mittelwerte, Standardabweichungen, Minimums und Maximums der untersuchten Verhältnisse im atmosphärischen Aerosol des Zentralbalkans und im Oberflächenboden von Südisland., Diese in PM von atmosphärischen Aerosolen gemessenen Verhältnisse variieren je nach Luftmassenursprung bis zu mehreren Größenordnungen, während Abweichungen von den Mittelwerten der Elementverhältnisse in Oberflächenböden des Rangárvellir-Gebiets in Island signifikant geringer sind, was auf die Ähnlichkeit der Elementzusammensetzungen aller untersuchten Proben hinweist. Die höchsten durchschnittlichen Verhältnisse zeigten Ca/Al in atmosphärischen Aerosolen des zentralen Balkans, während die höchsten durchschnittlichen Verhältnisse im Oberflächenboden des Rangárvellir-Gebiets in Island für Fe / Al sind.

Die Rückwärtstrajektorienanalyse

Rückwärtstrajektorien in Höhen von 500, 1500, 3000 und 5000 m für 101 Fälle wurden für 96 h mit dem HYSPLIT-Modell für Belgrad verfolgt (φ= 44°48′; λ= 20°28′). Die Trajektorien werden in zwei Gruppen eingeteilt, wenn sie die folgenden Kriterien erfüllen: ihre Annäherungs-und Durchgangsrichtung über potenzielle Quellgebiete (Island oder Sahara)., Jede der beiden Trajektoriengruppen ab 3000 m wird in den Abbildungen 2A bzw. Wir analysierten 101 Fälle und stellten fest, dass es 17 (18) Fälle gab, in denen sich Flugbahnen von Island (der Sahara) nach Belgrad näherten. Fast alle Flugbahnen aus Island (Abbildung 2A) haben eine nord – /nordwestliche Richtung, während die aus der Sahara (Abbildung 2B) eine süd – /südwestliche Richtung haben. Ein Beispiel für die horizontalen und vertikalen Rückwärtsflugbahnen von Island nach Belgrad ist in Abbildung 2C dargestellt., Der Luftstrom in der Schicht bis zu 3000 m war am 7. Dezember 2013 aus nordwestlicher Richtung. Es kann ein Heben von Luftpaketen auf allen Ebenen gesehen werden. Der Fall für den Sahara-Staubtransport in Richtung Belgrad am 6. April 2012 ist in Abbildung 2D dargestellt. Rückwärtige Trajektorien zeigen eine Strömung von Luftmassen aus süd-und südwestlicher Richtung in der Schicht über 1500 m. Auf eine Absenkung von Luftparzellen über 1500 m am ersten Tag folgt ein Anheben und Absenken in den letzten 2 Tagen.

Die HYSPLIT-Rückwärtstrajektorien in verschiedenen Höhen von 500, 1500, 3000 und 5000 m wurden in der vorliegenden Studie als einzelne Pfade gezählt. Die Trajektorienanalysen aller Fälle zeigen, dass das vorherrschende Strömungsregime NW und SW ist., Dies entspricht den Ergebnissen für Belgrad im Sommer und Herbst 2008 von Mihajlidi-Zelić et al. (2015).

Es wird erwartet, dass jeder einzelnen Trajektorie ein synoptisches Muster zugeordnet wird, da Trajektorien aus Windfeldern aufgebaut sind. Zur Überprüfung wird eine zusammengesetzte Karte aller Tage, an denen Trajektorien einer bestimmten Gruppe (Cluster) zugewiesen sind, für das Niveau von 700 hPa (∼3000 m) in Abbildung 3 dargestellt. Komposite werden als Durchschnitt der Geopotentialhöhen-und Windfelder und Meridionalwindkomponente aller 17 Ereignisse erhalten (Abbildungen 3A,C), d. H.,, 18 events (Abbildungen 3B,D) analysiert, für die im März 2012–Dezember 2013 Zeit. Abbildung 3A stellt ein zusammengesetztes geopotentielles Höhen-und Windströmungsmuster für den in Abbildung 2A dargestellten Trajektoriencluster dar, das den Fluss nach Belgrad aus nordwestlicher Richtung anzeigt. Niederdruck über Nordeuropa mit einem Trog über Osteuropa, und ein Hochdrucksystem westlich von Europa produziert Nordwesterlies über Serbien. In diesen synoptischen Situationen kann sich Luft aus dem Atlantik und auch aus Island nach Belgrad nähern., Die negativen meridionalen Windkomponenten befinden sich in ganz Europa (Abbildung 3C), wobei die stärksten Werte über der Nordsee und Frankreich liegen, was auf Staubeindringungen von Nordwesten nach Mitteleuropa und Serbien hindeutet. Abbildung 3B zeigt das zusammengesetzte geopotentielle Höhen – und Windströmungsmuster für Tage von Flugbahnen, die sich Belgrad aus Afrika nähern, dargestellt in Abbildung 2B.Ein sehr tiefer Trog existiert über Westeuropa in Richtung Zentralalgerien., Nach dieser Zirkulation wurde der Staub aus Nordafrika aufgenommen und über das Mittelmeer nach Südosteuropa und auch nach Belgrad in entsprechender Zirkulation transportiert. Die stärksten meridionalen Windströme befinden sich oberhalb der südlichen Adria (Abbildung 3D), was auf Staubeindringungen vom Südwesten in den Balkan hindeutet., Synoptische Situationen mit Flugbahnen, die sich Belgrad aus Afrika näherten, waren normalerweise durch einen Zyklon in der unteren Troposphäre gekennzeichnet, der sich über Norditalien entwickelte und sich auf den nördlichen Teil Afrikas und die Sahara erstreckte (Vukmirović et al., 2004).

Chemisches Fingerabdruckmodell

In dieser Arbeit analysierten wir charakteristische Elementverhältnisse entsprechend Krustenmaterial Nordafrikas (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013) und mit Boden vulkanischen Ursprungs in Island in atmosphärischen Aerosolen des Vorstadtgebiets des zentralen Balkans von Luftmassen aus südlichen und westlichen südlichen Regionen sowie Luftmassen, die aus nordwestlichen Richtungen über Island kommen.

Das Ca/Al-Verhältnis im Boden aus Island liegt hauptsächlich zwischen 0,7 und 1,0, während es im afrikanischen Staub unterschiedlich ist. Dieses verhältnis in Atlas region ist >1,0, in einigen regionen von Ägypten und Nordsudan <0,5 aber in nördlichen Mali das verhältnis Ca/Al ≈ 8. Verhältnis Mg/Al in afrikanischen Staub ist >0.,3 (Scheuvens et al., 2013) und auch im Boden south Island Mg/Al > 0.3. In Krustenmaterial Afrikas 0,1< K/Al < 0,5 und wir fanden das gleiche Verhältnis in Aerosolen aus südlichen Luftmassen. Das Verhältnis Fe / Al in Krustenmaterial Afrikas betrug 0,2 und 1,2, während in Krustenmaterial aus Island dieses Verhältnis zwischen 1,0 und 3,0 liegt. Mn/Al < 0.03 in crustal material von Afrika Regionen (Scheuvens et al., 2013) und auch in untersuchten Proben aus Island ist dieses Verhältnis niedrig und sein Wert beträgt etwa 0.,03 und in einigen Proben von Flusssedimenten war es ungefähr 0,06, während es in Vulkanasche in der Nähe von 0,08 war.

Tabelle 3 zeigt charakteristische Elemente Verhältnisse in suburbanen atmosphärischen Aerosolen des zentralen Balkans, die mit dem Verhältnis in Krustenmaterial Nordafrikas in südlichen und südwestlichen Luftmassen Episoden entsprechen.

Tabelle 4 enthält Episoden nordwestlicher Luftmassen über Island mit Elementverhältnissen, die ihren Verhältnissen im Oberflächenboden von Vulkanen entsprechen Ursprung in Südisland.

Tabelle 5 zeigt das Auftreten von Staubstürmen in Island mit den entsprechenden Episoden gemessener Aerosole im zentralen Balkangebiet.

Für jede entnommene Probe atmosphärischen Aerosols im zentralen Balkangebiet wurden Rückwärtstrajektorien berechnet-insgesamt 101 Rückwärtstrajektorien, die mit Proben atmosphärischer Aerosole im Vorstadtgebiet des zentralen Balkans übereinstimmen. Wir fanden heraus, dass 17 der gesamten Luftmassen aus den Gebieten um Island kamen. In 13 von ihnen fanden wir Verhältnisse einiger Elemente, die dem isländischen Boden entsprechen (Vulkanstaub)., Wir haben nur diejenigen (1) ausgewählt, die über Island verlaufen, (2) für die die Kennelementverhältnisse dem vulkanischen Boden in Südisland entsprechen (Tabelle 5) und (3), die mit dem Auftreten von Staubstürmen in Island zusammenfallen (Abbildung 4). Nach diesem Kriterium fanden wir 3 Episoden für die Betrachtung als Beitrag der hohen Breiten Staub natürlichen Quellen auf dem zentralen Balkan Aerosol. Unter Berücksichtigung dieser Kriterien können wir sicher behaupten, dass der zentrale Balkanraum unter isländischen Staubeinflüssen steht., Nach unseren Ergebnissen mindestens 3% Luftmassen aus Island, die schwebenden vulkanischen Staub während Sturmvorkommen in Island tragen. Es wird nachgewiesen, dass Staubstürme Vorkommen am 16.und 17. September 2013, die mit Rückwärtstrajektorien von Luftmassen, die Belgrad erreichen, für den Zeitraum vom 18. bis 20. September 2013 berechnet wurden, dokumentiert haben (Beckett et al., 2017).

Der größte Teil des Staubes aus der isländischen Wüste stammt von „Staub-Hotspots“, die sich in der Nähe von Gletschern und entlang der Küste befinden. Dieser Staub entsteht durch Abrieb unter Gletschern und wird durch gletscherfluviale Prozesse abgelagert., Weiter von den Hotspots entfernt kann sich Staub auch in Wüstengebieten abseits dieser Hotspots ablagern und wieder aufgehängt werden. Die primären Staub-Hotspots tragen größere Anteile von Staub aus Island als andere Bereiche kombiniert (Arnalds et al., 2016).

Zeitliche Variationen charakteristischer Elementverhältnisse mit Episoden von isländischem Staub (IC) und nordafrikanischem Staub (NA) sind in Abbildung 5 dargestellt., Rote Pfeile bezeichnen Perioden mit charakteristischen Elementverhältnissen, die afrikanischem Staub entsprechen, und schwarze Pfeile zeigen charakteristische Elementverhältnisse mit isländischem vulkanischem Boden an, die in atmosphärischen Aerosolen im Vorstadtgebiet von Belgrad gemessen wurden. Frequenzen von Luftmassen aus NW-und Südsegmenten sind fast gleich mit etwas höheren aus NW-Segmenten., Nichtsdestotrotz wurde in SW-und S-Luftmassen eine signifikant größere Anzahl von Fällen mit charakteristischen Elementverhältnissen in atmosphärischem Aerosol des zentralen Balkans gefunden, die afrikanischem Krustenmaterial entsprachen (Tabelle 3) als solche, die Vulkanstaub in Luftmassen aus NW-Segment entsprechen (Tabelle 4). Dieser Unterschied ist Folge umfangreicherer Staubstürme in Nordafrika als Staubstürme in Island.

Schlussfolgerung

Charakteristische Elementverhältnisse, die Krustenmaterial Nordafrikas und Boden vulkanischen Ursprungs in Island in atmosphärischen Aerosolen des Vorstadtgebiets des zentralen Balkans entsprechen, wurden analysiert. Wir betrachteten Luftmassen aus südlichen und südwestlichen Regionen sowie Luftmassen, die aus nordwestlichen Richtungen über Island kamen., Insgesamt 101 air parcel rückwärts-Trajektorien erreichen Belgrad in Serbien wurden identifiziert durch eine Lagrangian integrated trajectory (HYSPLIT) an vier verschiedenen enden Höhenlagen von 500, 1500, 3000 und 5000 Meter. Der großskaligen atmosphärischen Zirkulation Eigenschaften gesehen werden könnte, verbunden zu sein mit zwei Clustern der Bahnen, aus Island oder Sahara. Flugbahnen der Luftmasse zeigen, dass Emissionen aus entfernten Quellen Grenzen überschreiten und abgelegene Gebiete oder Orte betreffen können, an denen die Verwendung bestimmter Substanzen eingeschränkt wurde., Drei Ereignisse, die drei festgelegte Bedingungen erfüllten, wurden identifiziert; Luftmassen strömten über Island, Die charakteristischen Elementverhältnisse entsprachen vulkanischem Boden in Südisland und diese Luftmassen fielen mit dem Auftreten von Staubstürmen in Island zusammen. Wir können daraus schließen, dass das Gebiet des zentralen Balkans unter dem Einfluss von isländischem Staub steht, der von resuspendierten vulkanischen Partikeln stammt, die mindestens 3% der gesamten Luftmassen betreffen, die den zentralen Balkan betreffen. Dies zeigt die Bedeutung der Überwachung von Staubquellen mit hohem Breitengrad, insbesondere von Island als größter europäischer und arktischer Wüste., Isländischer Vulkanstaub kann zu einer Beeinträchtigung der Luftqualität auf dem europäischen Festland beitragen.

Autor Beiträge

DĐ trug in der Organisation der Messungen, die interpretation der Ergebnisse, und die Vorbereitung des Manuskripts. ES trug zur Berechnung der Flugbahn und zur Vorbereitung des Manuskripts bei. SS trug zur Analyse des Bodens und zur Verarbeitung von Daten bei. SP trug zur Aerosolmessung und Datenverarbeitung bei. JĐ-M trug zur Analyse des Aerosols und der Datenverarbeitung bei. DF Beitrag zur Organisation der Bodenprobenahme und-messung in Island., PD-W Beitrag zur Staubbeobachtung in Island und Vorbereitung des Manuskripts.

Finanzierung

Diese Studie wurde vom serbischen Ministerium für Bildung, Wissenschaft und technologische Entwicklung finanziert (Projekte: ON172001, ON176013 und III43007). Die Erstellung dieses Manuskripts wurde teilweise durch den isländischen Forschungsfonds (Rannis) Grant No. 152248-051 und COST STSM-Referenznummer finanziert: COST-STSM-ES1306-34336 (Grant Holder DĐ).,

Interessenkonflikterklärung

Die Autoren erklären, dass die Untersuchung ohne kommerzielle oder finanzielle Beziehungen durchgeführt wurde, die als potenzieller Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.,

Danksagungen

Die Autoren danken dem NOAA Air Resources Laboratory (ARL) für die Bereitstellung des HYSPLIT Transport and dispersion model and READY Website (http://ready.arl.noaa.gov), National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research für die Bereitstellung der in dieser Publikation verwendeten täglichen zusammengesetzten Mittel und der COST – Aktion ES1306-Connecteur.