Introduzione
Charles Darwin descrisse il fenomeno che notò sulla barca a vela Beagle che il ponte e tutte le attrezzature erano coperte di polvere fine nel XIX secolo. Inoltre, il mare era coperto da un sottile strato di polvere finché la vista era visibile. Ciò accadde quando salpò verso la costa atlantica dell’Africa occidentale nella sua famosa spedizione (Darwin, 1845)., Oggi è un fenomeno ben noto di trasporto a lungo raggio di polvere e numerosi effetti collaterali che hanno un grande impatto sull’ambiente. Le particelle sospese nell’aria, a seconda del loro raggio aerodinamico, possono essere trasportate da diverse centinaia a persino dieci di migliaia di chilometri (Prospero, 1999; Husar, 2004). Questa polvere minerale proviene principalmente da fonti naturali mentre l’effetto antropogenico è molto più piccolo (Mahowald et al., 2004; Tegen et al.,2004 bis, b)., Negli ultimi anni, una crescente attenzione è stata data a questo fenomeno, perché è stato dimostrato che le particelle che contribuiscono a polvere hanno un grande impatto sull’atmosfera e fenomeni meteorologici attraverso l’assorbimento e scattering della radiazione solare, e che rappresentano centri di nucleazione, portando alla formazione di nuvole, pioggia e ghiaccio (Sokolik e Toon, 1999; Arimoto, 2001), mentre presenta la reazione chimica per centri di composti gassosi modificando i meccanismi delle reazioni chimiche in atmosfera (Andreae e Rosenfeld, 2008)., C’è anche la necessità di menzionare il significativo degrado del suolo dalle fonti di polvere, mentre la deposizione di polvere porta ad un aumento dei nutrienti del suolo, e quindi all’aumento della fertilità di queste aree (Swap et al., 1992). Il trasporto di polveri a lungo raggio colpisce, in larga misura, gli animali e gli esseri umani e può trasmettere diversi agenti patogeni con conseguente minaccia diretta per la salute (Kellogg e Griffin, 2006). Particelle di polvere con diametro aerodinamico inferiore a 2.,5 µm, che contengono principalmente trasporti a lungo raggio, influenzano direttamente la salute umana e animale perché penetrano agevolmente nei polmoni e nel sistema alveolare sensibile causando vari processi infiammatori, asma e broncopneumopatia ostruttiva (Prospero et al., 2008; De Longueville et al., 2010). Sebbene questo fenomeno di trasporto di polveri a lungo raggio sia generalmente presente, è necessario sottolineare che il Nord Africa, più precisamente il Sahara, è la più grande fonte di polveri minerali, con circa 0,8 × 109 tonnellate all’anno, contribuendo con il 20-70% delle polveri minerali globali (Laurent et al., 2008)., Nella regione del Sahara, le correnti d’aria portano ad accumuli di polvere, che vengono poi trasportati nel Mediterraneo (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004) e più a nord fino alle regioni artiche o ad ovest fino all’Atlantico e lì attraverso il trasporto a lungo raggio attraverso l’oceano fino alla costa dell’America.
La composizione chimica e l’indice di rifrazione complesso, l’analisi chimica e mineralogica delle particelle di polvere dispersa nell’aria e la distribuzione dimensionale della polvere del Sahara sono ben studiate (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013) e il contenuto di numerose specie minerali (Illite, Albite, quarzo, Calcite, Dolomite, Alite, ematite, ecc.), così come la concentrazione e il rapporto di specie cationiche e anioniche che rappresentano l ‘”impronta digitale” della polvere sahariana (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004). Lo stesso concetto viene utilizzato anche per determinare l’esistenza di trasporti a lungo raggio da altre aree (aerosol marino, grandi città, aree industriali, ecc.) che possono integrare il complesso quadro della trasmissione e dell’impatto della polvere, naturale o antropica.,
L’Islanda è il più grande deserto d’Europa e Artico con depositi di polvere stimati di 31-40 milioni di tonnellate all’anno (Arnalds et al., 2014). Ciò può rappresentare circa il 7% delle emissioni globali totali di polveri e fino al 21% delle emissioni di polveri sahariane. Si stima che circa il 3% delle polveri islandesi raggiunga l’Europa (Groot Zwaaftink et al., 2017). La frequenza degli eventi di polvere in Islanda è in media di 34-135 giorni di polvere all’anno (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014a). La polvere islandese è, tuttavia, diversa dalla polvere crostale come quella del Sahara., È polvere vulcanica, di colore scuro, con > 75% di vetro vulcanico con alte proporzioni di FeO, Al2O3 e TiO2 (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014b; Arnalds et al., 2016). L’identificazione delle particelle di polvere islandese trasportate in Europa, ad eccezione delle eruzioni vulcaniche, è tuttavia scarsa (Ovadnevaite et al., 2009).
Diversi approcci sono stati utilizzati per identificare e caratterizzare le aree di origine delle masse d’aria., Le traiettorie all’indietro sono il tipo più comunemente calcolato, l’HYSPLIT è il modello più utilizzato e il particolato è il tipo di inquinante più frequentemente studiato (Pérez et al., 2015). L’accuratezza dei modelli di traiettoria dipende dalla fonte dei dati sul campo del vento, dalla risoluzione dei campi meteorologici disponibili, dal tipo di traiettoria, ecc. (Fleming et al., 2012). Le traiettorie all’indietro sono in genere stimate dai dati di campo e pressione del vento archiviati e rappresentano il percorso approssimativo del flusso tridimensionale di un pacco aereo., Il modello HYSPLIT è stato utilizzato per calcolare il trasporto, la miscelazione, la trasformazione chimica e la deposizione di inquinanti e materiali pericolosi (Stein et al., 2015). È stato ampiamente applicato per la ricerca dell’incidente di Fukushima e dell’eruzione del vulcano Eyjafjallajökull, così come diverse indagini in tutto il mondo sul trasporto di polveri e inquinamento atmosferico su scala regionale e locale (ad esempio, McGowan e Clark, 2008; Wang et al., 2010; Cristofanelli et al., 2011; Liu et al., 2013; Draxler et al., 2015; Leelõssy et al., 2017)., Le traiettorie all’indietro di HYSPLIT sono state frequentemente utilizzate anche nel trasporto di polveri a lungo raggio e nelle intrusioni di polveri sahariane (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).
Il motivo principale per cui il modello HYSPLIT è ampiamente utilizzato è che è liberamente disponibile e si rivela estremamente facile da applicare (Pérez et al., 2015). Il modello HYSPLIT è accessibile tramite applicazioni ambientali in tempo reale basate sul Web e sistema di visualizzazione (PRONTO) sviluppato da Air Resources Laboratory (ARL) del NOAA (Draxler et al., 2013).,
In questo lavoro, intendiamo utilizzare i rapporti caratteristici degli elementi come impronte digitali per l’identificazione delle particelle di polvere vulcanica islandese nei Balcani centrali. Inoltre, viene discusso il trasporto a lungo raggio di aerosol atmosferici che entrano nell’atmosfera mediante sospensione di materiale dell’elemento crostale dal suolo superficiale e dai deserti in Islanda. La grande quantità di campioni di aerosol nell’area suburbana dei Balcani centrali e nel suolo superficiale dell’area di Rangárvellir in Islanda e le loro analisi effettuate sono preziosi set di dati unici.,
Materiali e metodi
Campionamento
Gli aerosol atmosferici sono stati misurati nell’area suburbana (Figura 1) di Belgrado (φ= 44°48′; λ= 20°28′; 240 m di altitudine) come campioni cumulativi di 48 h ogni 6 giorni, a partire dalle 8 del mattino.; Wang e John, 1988). Dimensioni aerosol segregati sono stati raccolti su fogli Tedlar con le seguenti fasi: PM0.27-0.53, PM0.53-1.06, PM1.06-2.09, PM2.09-4.11, PM4.11-8.11, e PM8. 11-16., I campioni e gli spazi vuoti sono stati conservati in tazze di Petri nel congelatore (-20°C) fino alla lavorazione.
Campioni di terreno superficiale sono stati raccolti nell’area di Rangárvellir nel sud dell’Islanda (63° N; 20° E; 50 m di altitudine) nelle vicinanze del Monte Hekla, il vulcano più attivo dell’Islanda e sotto alti processi di erosione (Thorarinsdottir e Arnalds, 2012). Il suolo di questa zona è costituito da vari materiali provenienti da vulcani e lava circostanti.,
Mezzi compositi giornalieri di altezze geopotenziali e velocità del vento a specifici livelli isobarici sono stati recuperati dai Centri nazionali per la previsione ambientale/National Center for Atmospheric Research (NCEP / NCAR) reanalysis dataset per il periodo di studio (2012-2013).
Procedura analitica
I campioni di aerosol atmosferici sono stati misurati gravimetricamente in un sistema a vano portaoggetti con atmosfera controllata di azoto (temperatura 20 ± 5 °C e umidità 45 ± 5%)., Le digestioni degli aerosol raccolti sono state eseguite utilizzando un avanzato sistema di digestione a microonde (ETHOS 1, Milestone, Italia) con rotore segmentato ad alta pressione HPR-1000/10S e recipienti in PTFE resistenti alla pressione. I campioni sono stati trasferiti ai vasi di PTFE, utilizzando HNO3 (62%, UltraPure, Merck), H2O2 (30%, Sigma-Aldrich) e HF (UltraPure, Merck) e poi riscaldati con energia a microonde per 50 min., Il contenuto di elementi in campioni di soluzione di aerosol atmosferici è stato determinato mediante spettrometria di massa al plasma induttivamente accoppiata (ICP-MS), utilizzando un Thermo Fisher Scientific iCAP Qc ICP-MS (Brema, Germania) utilizzando il metodo EPA Standard, elementi a basso livello di calibrazione Stock (10 mg L–1) di elementi. Ogni decimo campione era vuoto, raccolto utilizzando la stessa procedura dei campioni di aerosol, ma senza l’uso della pompa per aspirare aria attraverso il filtro (Karanasiou et al., 2007; Đuričić-Milanković et al., 2018).,
Il plasma induttivamente accoppiato iCAP-6500 Duo (Thermo Scientific, Regno Unito) con uno spettrometro a emissione atomica è stato utilizzato per determinare le concentrazioni di elementi negli estratti di suolo dall’Islanda. Nella determinazione delle concentrazioni degli elementi sono stati utilizzati metodi di controllo della qualità e di controllo della qualità di laboratorio, comprese le procedure operative standard, la calibrazione con gli standard e l’analisi di entrambi i reagenti grezzi e replicati. Le concentrazioni di elementi sono riportate in mg kg-1 su un peso secco del suolo (Sakan et al., 2016).,
Il modello HYSPLIT di traiettorie all’indietro
Il modello HYSPLIT è un sistema completo per il calcolo di traiettorie complesse simulazioni di dispersione e deposizione utilizzando approcci puff o particle (Draxler e Hess, 1998). L’HYSPLIT continua ad essere uno dei modelli di trasporto atmosferico e dispersione più ampiamente utilizzati nella comunità delle scienze atmosferiche (Stein et al., 2015). Il modello HYSPLIT è ampiamente utilizzato per generare traiettorie all’indietro in determinate posizioni di partenza (ad esempio, Rozwadowska et al., 2010; Freitag et al., 2014; Pérez et al., 2015; Su et al., 2015).,
Quattro giorni di traiettorie all’indietro sono stati calcolati per tracciare la storia dell’aria per mezzo del modello HYSPLIT. Il moto delle particelle è definito come la sovrapposizione di un termine deterministico di sottovento (avvezione) e di un moto turbolento stocastico (Draxler e Hess, 1998). Il termine deterministico è interpolato ad ogni posizione della particella dal campo del vento fornito da un modello di input numerico meteo prognostico (NWP). I dati meteorologici di input sono ottenuti dall’analisi dei dati del Sistema globale di assimilazione dei dati (GDAS)., Il GDA è gestito operativamente 4 volte al giorno (alle 00, 06, 12 e 18 UTC) dai Centri nazionali per la previsione ambientale (NCEP) del NOAA. La post-elaborazione NCEP del GDA converte i dati dalla forma del coefficiente spettrale alle griglie di latitudine-longitudine di 1 grado (360 per 181) e dai livelli sigma ai livelli di pressione. L’ARL di NOAA salva le analisi successive e le previsioni 3-h, quattro volte al giorno per produrre un archivio di dati continuo. La decisione di utilizzare questi dati è stata causata da metodi di assimilazione dei dati migliorati e dalla massima risoluzione orizzontale, verticale e temporale., Sono state selezionate traiettorie all’indietro di 4 giorni perché è tempo sufficiente per determinare i percorsi di trasporto regionali. Le traiettorie sono state calcolate ogni 1 h dal 14 marzo 2012 al 26 dicembre 2013 per quattro altezze di arrivo: 500, 1500, 3000 e 5000 m sul livello del mare. La scelta di 500 m come livello più basso è il risultato dell’orografia intorno alla stazione. Per chiarire l’effetto del trasporto a lungo raggio, le traiettorie vengono analizzate a basse e medie altitudini troposferiche, fino a 5000 m (ad esempio, Ogawa et al., 2004; Sangeetha et al., 2018)., Le traiettorie e le mappe composite sono presentate per il livello di 700 mb come il livello di traiettoria HYSPLIT più rappresentativo basato su precedenti analisi di episodi di trasporto di polveri a lungo raggio per casi di studio dell’Europa centrale e del Mediterraneo (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).
Risultati
Il contributo delle polveri minerali provenienti da fonti ad alta latitudine del ciclo globale delle polveri non è stato ancora sufficientemente studiato (Baddock et al., 2017)., Nel passato prossimo ci sono alcune opere relative al trasporto atmosferico di cenere vulcanica islandese durante l’eruzione di Eyjafjallajökull (Langmann et al., 2012) così come le polveri vulcaniche durante gli eventi temporaleschi (Dagsson-Waldhauserova et al., 2015; Taylor et al., 2015; Wilkins et al., 2016) ma non ci sono ancora indagini sufficienti relative alle particelle vulcaniche negli aerosol atmosferici originati da tempeste di polvere in Islanda sulla parte continentale dell’Europa.,
Elementi Contenuti e loro rapporti
In questo lavoro abbiamo considerato gli elementi successivi Al, Ca, Fe, K, Na, Mg e Mn e i loro rapporti caratteristici come impronte digitali per la polvere vulcanica islandese negli aerosol atmosferici suburbani dei Balcani centrali. Il contenuto degli elementi è stato mostrato nella Tabella 1 come distribuzioni di valori medi con deviazioni standard, minimo e massimo in aerosol suburbano segregati in sei frazioni Dp per campioni misurati e raccolti a Belgrado (Đuričić-Milanković et al., 2018) e per il suolo della zona di Rangárvellir (Islanda)., La principale differenza tra gli aerosol atmosferici dei Balcani centrali e il suolo superficiale dell’area di Rangárvellir è che il contributo di massa dominante di Ca è nell’aerosol atmosferico misurato mentre l’elemento dominante nel suolo superficiale dell’area investigata in Islanda è Fe.
Tabella 1. Contenuto medio di elementi negli aerosol atmosferici dell’area suburbana di Belgrado (Serbia) e nel suolo dell’area di Rangárvellir (Islanda).,
I rapporti caratteristici che abbiamo considerato in questo lavoro erano Ca/Al, Fe/Al, K/Al, Mg/Al, Mn/Al, Ca / Fe e Mg / Fe. La tabella 2 presenta le medie, le deviazioni standard, i minimi e i massimi dei rapporti studiati nell’aerosol atmosferico dell’area suburbana dei Balcani centrali e nel suolo superficiale dell’Islanda meridionale., Questi rapporti misurati in PM degli aerosol atmosferici variano fino a diversi ordini di magnitudini a seconda dell’origine della massa d’aria, mentre le deviazioni dai valori medi dei rapporti degli elementi nei terreni superficiali della zona di Rangárvellir in Islanda sono significativamente inferiori, indicando la somiglianza nelle composizioni degli elementi di tutti i campioni studiati. I rapporti medi più alti hanno mostrato Ca/Al negli aerosol atmosferici dei Balcani centrali mentre i rapporti medi più alti nel suolo superficiale dell’area di Rangárvellir in Islanda sono per Fe / Al.
Tabella 2., Media, deviazione standard, minimo e massimo dei rapporti caratteristici nell’aerosol atmosferico dell’area suburbana dei Balcani centrali e del suolo superficiale nell’Islanda meridionale.
L’analisi della traiettoria all’indietro
Le traiettorie all’indietro ad altitudini di 500, 1500, 3000 e 5000 m per 101 casi sono state tracciate per 96 h utilizzando il modello HYSPLIT per Belgrado (φ= 44°48′; λ= 20°28′). Le traiettorie sono classificate in due gruppi se soddisfano i seguenti criteri: la loro direzione di avvicinamento e passaggio su potenziali aree di origine (Islanda o Sahara)., Ciascuno dei due gruppi di traiettoria a partire da 3000 m è visualizzato rispettivamente nelle figure 2A, B. Abbiamo analizzato 101 casi e abbiamo scoperto che c’erano 17 (18) casi in cui le traiettorie si avvicinavano a Belgrado dall’Islanda (il Sahara). Quasi tutte le traiettorie dall’Islanda (Figura 2A) hanno una direzione nord/nord-ovest, mentre quelle dal Sahara (Figura 2B) una direzione sud/sud-ovest. Un esempio delle traiettorie aeree orizzontali e verticali all’indietro dall’Islanda verso Belgrado è mostrato in Figura 2C., Il flusso di pacchi d’aria nello strato fino a 3000 m proveniva dalla direzione nord-occidentale il 7 dicembre 2013. Si può vedere un sollevamento di pacchi d’aria a tutti i livelli. Il caso selezionato per il trasporto di polvere sahariana verso Belgrado il 6 aprile 2012 è presentato in Figura 2D. Le traiettorie all’indietro mostrano un flusso di masse d’aria dalla direzione sud e sud-ovest nello strato superiore a 1500 m. Un abbassamento di pacchi d’aria sopra 1500 m nel primo giorno è seguito da sollevamento e abbassamento negli ultimi 2 giorni.
Figura 2., Traiettorie aeree all’indietro che si avvicinano a Belgrado per l’altezza di arrivo di 3000 m da: (A) Islanda (17 casi) e (B) Sahara (18 casi) durante il periodo 2012-2013. Selezionato 4 giorni traiettorie all’indietro terminando a Belgrado a 500, 1500, e 3000 m: (C) 7 dicembre 2013 e (D) 6 aprile 2012.
Le traiettorie all’indietro di HYSPLIT a diverse altitudini di 500, 1500, 3000 e 5000 m sono state contate come percorsi individuali nel presente studio. Le analisi della traiettoria di tutti i casi indicano che il regime di flusso predominante è NW e SW., Questo è in accordo con i risultati per Belgrado durante l’estate e l’autunno nel 2008 da Mihajlidi-Zelić et al. (2015).
Si prevede che ogni singola traiettoria sia associata a un modello sinottico, poiché le traiettorie sono costruite da campi di vento. Come verifica, viene tracciata una mappa composita di tutti quei giorni in cui le traiettorie sono assegnate a un particolare gruppo (cluster) per il livello di 700 hPa (∼3000 m) in Figura 3. I compositi sono ottenuti come media dell’altezza geopotenziale e dei campi eolici e componente eolica meridionale di tutti i 17 eventi (Figure 3A,C), cioè,,18 eventi (Figure 3B, D) analizzati per il periodo marzo 2012-dicembre 2013. La figura 3A presenta un’altezza geopotenziale composita e un modello di flusso del vento per il gruppo di traiettorie presentato nella Figura 2A, che indica il flusso verso Belgrado da una direzione nord-ovest. Bassa pressione sull’Europa settentrionale con una depressione sull’Europa orientale e un sistema di alta pressione ad ovest dall’Europa produce nord-ovest sulla Serbia. In queste situazioni sinottiche, l’aria dall’Atlantico e anche dall’Islanda può avvicinarsi a Belgrado., Le componenti negative del vento meridionale si trovano sopra l’Europa (Figura 3C), con i valori più forti sopra il Mare del Nord e la Francia, suggerendo intrusioni di polvere da nord-ovest verso l’Europa centrale e la Serbia. La figura 3B mostra l’altezza geopotenziale composita e il modello di flusso del vento per giorni di traiettorie che si avvicinano a Belgrado dall’Africa presentate nella Figura 2B. Esiste una depressione molto profonda sull’Europa occidentale verso l’Algeria centrale., In seguito a questa circolazione, la polvere è stata prelevata dal Nord Africa e trasportata attraverso il Mediterraneo verso l’Europa sud-orientale, e anche a Belgrado in circolazione corrispondente. I più forti flussi di vento meridionale si trovano sopra il Mare Adriatico meridionale (Figura 3D), suggerendo intrusioni di polvere da sud-sud-ovest nei Balcani., Le situazioni sinottiche con traiettorie che si avvicinavano a Belgrado dall’Africa di solito erano caratterizzate da un ciclone nella bassa troposfera, che si sviluppò sull’Italia settentrionale e si estese alla parte settentrionale dell’Africa e al deserto sahariano (Vukmirović et al., 2004).
Figura 3., Una mappa composita di altezza geopotenziale (m) e flusso del vento (m/s) (A,B) e componente del vento meridionale (C, D) per i giorni di 17 e 18 eventi analizzati da marzo 2012 a dicembre 2013 per le traiettorie rappresentate in Figura 2A (a sinistra) e Figura 2B (a destra), rispettivamente.
Chemical Fingerprints Model
In questo lavoro abbiamo analizzato i rapporti degli elementi caratteristici corrispondenti al materiale crostale dell’Africa settentrionale (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013), e con terreno di origine vulcanica in Islanda in aerosol atmosferici di area suburbana dei Balcani centrali di masse d’aria provenienti dalle regioni meridionali meridionali e occidentali e masse d’aria provenienti dall’Islanda dalle direzioni nord-occidentali.
Il rapporto Ca/Al nel suolo islandese è principalmente compreso tra 0,7 e 1,0 mentre nelle polveri africane sono variabili. Questo rapporto nella regione dell’Atlante è >1.0, in alcune regioni dell’Egitto e del Sudan del nord < 0.5 ma nel nord del Mali il rapporto Ca/Al ≈ 8. Il rapporto Mg / Al nella polvere africana è > 0.,3 (Scheuvens et al., 2013) e anche nel suolo dell’Islanda meridionale Mg/Al > 0.3. Nel materiale crostale dell’Africa 0.1 <K/Al< 0.5 e abbiamo trovato lo stesso rapporto negli aerosol delle masse d’aria del sud. Il rapporto Fe / Al nel materiale crostale dell’Africa era 0.2 e 1.2 mentre nel materiale crostale dell’Islanda questo rapporto è compreso tra 1.0 e 3.0. Mn / Al < 0.03 in materiale crostale delle regioni africane (Scheuvens et al., 2013) e anche in campioni studiati dall’Islanda questo rapporto è basso e il suo valore è di circa 0.,03 e in alcuni campioni di sedimenti fluviali era circa 0,06 mentre nelle ceneri vulcaniche era vicino a 0,08.
La tabella 3 mostra i rapporti degli elementi caratteristici negli aerosol atmosferici suburbani dei Balcani centrali che corrispondono al rapporto nel materiale crostale del Nord Africa negli episodi di masse d’aria meridionali e sud occidentali.
Tabella 3., Rapporto degli elementi negli aerosol atmosferici suburbani dei Balcani centrali corrispondente ai loro rapporti nel materiale crostale superficiale dell’Africa settentrionale (NA) per masse d’aria provenienti dall’Africa settentrionale.
La tabella 4 contiene episodi di masse d’aria nordoccidentali che passano sull’Islanda con rapporti di elementi corrispondenti ai loro rapporti nel suolo superficiale di origine vulcanica nell’Islanda meridionale.
Tabella 4., Rapporti degli elementi negli aerosol atmosferici suburbani dei Balcani centrali corrispondenti al suolo vulcanico nell’Islanda meridionale.
La tabella 5 mostra il verificarsi di tempeste di polvere in Islanda con i corrispondenti episodi di aerosol misurati nell’area dei Balcani centrali.
Tabella 5. Evento di tempesta di polvere per periodi selezionati in Islanda nel 2012 e nel 2013.,
Le traiettorie all’indietro hanno calcolato per ogni campione prelevato di aerosol atmosferico nell’area dei Balcani centrali – in totale 101 traiettorie all’indietro che corrispondono a campioni di aerosol atmosferici raccolti nell’area suburbana dei Balcani centrali. Abbiamo scoperto che 17 delle masse d’aria totali provenivano dalle aree intorno all’Islanda. In 13 di essi abbiamo trovato rapporti di alcuni elementi che corrispondono al suolo islandese (polvere vulcanica)., Abbiamo scelto solo quelli (1) che stanno passando sopra l’Islanda, (2) per i quali i rapporti degli elementi caratteristici corrispondono al suolo vulcanico nell’Islanda meridionale (Tabella 5) e (3) che coincidono con la tempesta di polvere in Islanda (Figura 4). Secondo questo criterio abbiamo trovato 3 episodi da considerare come contributo di fonti naturali di polvere ad alta latitudine sull’aerosol dei Balcani centrali. Tenendo conto di questi criteri possiamo affermare affidabile che zona centrale dei Balcani è sotto polvere islandese colpisce., Secondo i nostri risultati almeno 3% masse d’aria provenienti dall’Islanda che trasportano polvere vulcanica sospesa durante gli eventi di tempesta in Islanda. È dimostrato che le tempeste di polvere si verificano il 16 e il 17 settembre 2013 corrispondenti alle traiettorie all’indietro delle masse d’aria che raggiungono Belgrado calcolate per il periodo dal 18 al 20 settembre 2013 sono documentate (Beckett et al., 2017).
Figura 4., Immagini satellitari di tempeste di polvere nel sud dell’Islanda il 16 settembre (A) e il 17 (B) 2013 catturate a colori dallo spettroradiometro MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) in volo sul satellite Terra della NASA (Fonte: NASA/MODIS).
La maggior parte della polvere del deserto islandese proviene da “punti caldi di polvere” che si trovano in prossimità dei ghiacciai e lungo la costa. Tale polvere proviene dall’abrasione sotto i ghiacciai e depositata da processi glacio-fluviali., Più lontano dai punti caldi, la polvere può anche essere depositata su aree desertiche lontane da questi punti caldi e nuovamente sospesa. I punti caldi della polvere primaria contribuiscono a una maggiore percentuale di polvere proveniente dall’Islanda rispetto ad altre aree combinate (Arnalds et al., 2016).
Variazioni temporali dei rapporti degli elementi caratteristici con episodi di polvere islandese (IC) e polvere del Nord Africa (NA) sono mostrate nella Figura 5., Le frecce rosse indicano periodi con elementi caratteristici rapporti corrispondenti alla polvere africana e le frecce nere indicano elementi caratteristici rapporti con il suolo vulcanico islandese misurato in aerosol atmosferici nell’area suburbana di Belgrado. Le frequenze delle masse d’aria dai segmenti NW e sud sono quasi le stesse con un po ‘ più alte dai segmenti NW., Tuttavia, un numero significativamente maggiore di casi con rapporti di elementi caratteristici nell’aerosol atmosferico dei Balcani centrali corrispondenti al materiale crostale africano è stato trovato nelle masse d’aria SW e S (Tabella 3) rispetto a quelli corrispondenti alla polvere vulcanica nelle masse d’aria del segmento NW (Tabella 4). Questa differenza è conseguenza di tempeste di polvere più estese sul Nord Africa rispetto alla tempesta di polvere in Islanda.
Figura 5., Variazioni temporali dei rapporti degli elementi con episodi di polvere islandese (IC) e polvere del Nord Africa (NA).
Conclusione
Sono stati analizzati i rapporti degli elementi caratteristici corrispondenti al materiale crostale dell’Africa settentrionale e al suolo di origine vulcanica in Islanda negli aerosol atmosferici dell’area suburbana dei Balcani centrali. Abbiamo considerato le masse d’aria provenienti dalle regioni meridionali e sud-occidentali, nonché le masse d’aria provenienti dall’Islanda dalle direzioni nord-occidentali., Per mezzo di una traiettoria integrata lagrangiana (HYSPLIT) a quattro diverse altitudini finali di 500, 1500, 3000 e 5000 m sono state identificate un totale di 101 traiettorie all’indietro di pacchi aerei che raggiungono Belgrado in Serbia. Le caratteristiche di circolazione atmosferica su larga scala potrebbero essere associate a due gruppi di traiettorie, dall’Islanda o dal Sahara. Le traiettorie della massa d’aria mostrano che le emissioni provenienti da fonti lontane possono oltrepassare i confini e avere un impatto su aree remote o luoghi in cui l’uso di determinate sostanze è stato limitato., Sono stati identificati tre eventi che soddisfano tre condizioni stabilite; le masse d’aria stavano passando sopra l’Islanda, i rapporti degli elementi caratteristici corrispondevano al suolo vulcanico nell’Islanda meridionale e queste masse d’aria coincidono con la tempesta di polvere in Islanda. Possiamo concludere che l’area dei Balcani centrali è sotto l’influenza della polvere islandese proveniente da particelle vulcaniche risospese almeno il 3% delle masse d’aria totali che interessano i Balcani centrali. Ciò dimostra l’importanza di monitorare le fonti di polvere ad alta latitudine, in particolare l’Islanda come il più grande deserto europeo e artico., La polvere vulcanica islandese può contribuire a compromettere la qualità dell’aria nell’Europa continentale.
Contributi dell’autore
DĐ ha contribuito all’organizzazione delle misurazioni, all’interpretazione dei risultati e alla preparazione del manoscritto. Ha contribuito al calcolo della traiettoria e alla preparazione del manoscritto. Le SS hanno contribuito all’analisi del suolo e all’elaborazione dei dati. SP ha contribuito alla misurazione dell’aerosol e all’elaborazione dei dati. JĐ-M ha contribuito all’analisi dell’aerosol e all’elaborazione dei dati. DF contribuendo all’organizzazione del campionamento e della misurazione del suolo in Islanda., PD-W contribuendo nell’osservazione della polvere in Islanda e preparando il manoscritto.
Finanziamento
Questo studio è stato finanziato dal Ministero dell’Istruzione, della Scienza e dello Sviluppo Tecnologico della Serbia (Progetti: ON172001, ON176013 e III43007). La preparazione di questo manoscritto è stata in parte finanziata dal Fondo di ricerca islandese (Rannis) Grant No. 152248-051 e COST STSM Numero di riferimento: COST-STSM-ES1306-34336 (Grant holder DĐ).,
Dichiarazione sul conflitto di interessi
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.,
Riconoscimenti
Gli autori riconoscono con gratitudine il NOAA Air Resources Laboratory (ARL) per la fornitura del modello di trasporto e dispersione HYSPLIT e del sito web READY (http://ready.arl.noaa.gov), National Centers for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research per fornire i mezzi compositi giornalieri utilizzati in questa pubblicazione e per COST Action ES1306 – Connecteur.
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