Frontiers / czy pył wulkaniczny zawieszony na powierzchniowych glebach i pustyniach Islandii może zostać przeniesiony na środkowy Bałkan podobnie jak pył Afrykański (Sahara)? /Nauka o Ziemi

wprowadzenie

Charles Darwin opisał zjawisko, które zauważył na żaglowcu Beagle, że pokład i całe wyposażenie zostały pokryte drobnym pyłem w XIX wieku. Również morze było pokryte cienką warstwą pyłu tak długo, jak widok był widoczny. Stało się tak, gdy popłynął do atlantyckiego wybrzeża Afryki Zachodniej w swojej słynnej ekspedycji (Darwin, 1845)., Dziś jest to dobrze znane zjawisko transportu pyłu na duże odległości i liczne skutki uboczne, które mają duży wpływ na środowisko. Cząstki unoszące się w powietrzu, w zależności od ich promienia aerodynamicznego, mogą być transportowane od kilkuset do nawet dziesięciu tysięcy kilometrów (Prospero, 1999; Husar, 2004). Ten pył mineralny pochodzi głównie ze źródeł naturalnych, podczas gdy efekt antropogeniczny jest znacznie mniejszy (Mahowald et al., 2004; Tegen et al., 2004a, b)., W ostatnich latach coraz większą uwagę poświęcono temu zjawisku, ponieważ wykazano, że cząstki unoszące się w powietrzu, które przyczyniają się do powstawania pyłu, mają duży wpływ na zjawiska atmosferyczne i meteorologiczne poprzez absorpcję i rozpraszanie promieniowania słonecznego, reprezentując centra nukleacji prowadzące do powstawania chmur, deszczu i lodu (Sokolik and Toon, 1999; Arimoto, 2001), a także prezentując centra reakcji chemicznych dla związków gazowych poprzez zmianę mechanizmów reakcji chemicznych w atmosferze (Andreae and Rosenfeld, 2008)., Należy również wspomnieć o znacznej degradacji gleby ze źródeł pyłu, podczas gdy osadzanie się pyłu prowadzi do wzrostu składników odżywczych gleby, a tym samym do wzrostu żyzności tych obszarów (Swap et al., 1992). Transport pyłu na dalekie odległości dotyka w dużym stopniu zarówno zwierząt, jak i ludzi i może przenosić różne patogeny, powodując bezpośrednie zagrożenie dla zdrowia (Kellogg and Griffin, 2006). Cząstki pyłu o średnicy aerodynamicznej mniejszej niż 2.,5 µm, które w większości zawierają transport dalekiego zasięgu, bezpośrednio wpływają na zdrowie ludzi i zwierząt, ponieważ płynnie przenikają do płuc i wrażliwego układu pęcherzykowego, powodując różne procesy zapalne, astmę i obturacyjną chorobę płuc (Prospero et al., 2008; De Longueville et al., 2010). Chociaż zjawisko transportu pyłu na duże odległości jest ogólnie obecne, należy podkreślić, że Afryka Północna, a dokładniej Sahara, jest największym źródłem pyłu mineralnego, z około 0,8 × 109 ton rocznie, przyczyniając się do 20-70% światowego pyłu mineralnego (Laurent et al., 2008)., W regionie Sahary prądy powietrzne prowadzą do gromadzenia się pyłu, który następnie jest transportowany do Morza Śródziemnego (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004) i dalej na północ do regionów arktycznych lub na zachód do Atlantyku i tam transportem dalekiego zasięgu przez ocean do wybrzeży Ameryki.

dobrze zbadano skład chemiczny i złożony współczynnik załamania światła, analizę chemiczną i mineralogiczną cząstek pyłu unoszącego się w powietrzu oraz rozkład wielkości pyłu Sahara (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013) oraz zawartości licznych gatunków mineralnych (Illit, Albit, Kwarc, kalcyt, Dolomit, Halit, Hematyt itp.), a także stężenie i stosunek gatunków kationowych i anionowych, które stanowią „odcisk palca” pyłu saharyjskiego (Rodríguez et al., 2003; Querol et al., 2004). Ta sama koncepcja jest również używana do określenia istnienia transportów dalekiego zasięgu z innych obszarów (aerozol morski, duże miasta, obszary przemysłowe itp.), które mogą uzupełniać złożony obraz przenoszenia i oddziaływania pyłu, zarówno naturalnego, jak i antropogenicznego.,

Islandia jest największą pustynią w Europie i Arktyce z szacowanym osadzaniem się pyłu 31-40 mln ton rocznie (Arnalds et al., 2014). Może to stanowić około 7% całkowitej globalnej emisji pyłów i do 21% Saharyjskiej emisji pyłów. Szacuje się, że około 3% islandzkiego pyłu dociera do Europy (Groot Zwaaftink et al., 2017). Częstotliwość występowania pyłu w Islandii wynosi średnio 34-135 dni pyłu w roku (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014a). Pył Islandzki różni się jednak od pyłu skorupowego, np. z Sahary., Jest to pył wulkaniczny, ciemny kolor ,z>75% szkła wulkanicznego o wysokich proporcjach FeO, Al2O3 i TiO2 (Dagsson-Waldhauserova et al., 2014b; Arnalds et al., 2016). Identyfikacja islandzkich cząstek pyłu transportowanych do Europy, z wyjątkiem erupcji wulkanicznych, jest jednak rzadka (Ovadnevaite et al., 2009).

do identyfikacji i scharakteryzowania obszarów źródłowych mas powietrza zastosowano różne podejścia., Trajektorie wsteczne są najczęściej obliczanym typem, najczęściej stosowanym modelem jest HYSPLIT, a najczęściej badanym rodzajem zanieczyszczeń jest pył zawieszony (Pérez et al., 2015). Dokładność modeli trajektorii zależy od źródła danych pola wiatru, rozdzielczości dostępnych pól meteorologicznych, typu trajektorii itp. (Fleming et al., 2012). Trajektorie wsteczne są zazwyczaj szacowane na podstawie zarchiwizowanych danych pola wiatru i ciśnienia i reprezentują przybliżoną trójwymiarową ścieżkę przepływu działki powietrza., Model HYSPLIT został użyty do obliczenia transportu, mieszania, transformacji chemicznej i osadzania zanieczyszczeń i materiałów niebezpiecznych (Stein et al., 2015). Był szeroko stosowany do badań wypadku w Fukushimie i erupcji wulkanu Eyjafjallajökull ,a także kilku światowych badań pyłu i zanieczyszczenia powietrza w skali regionalnej i lokalnej (np., 2010; Cristofanelli et al., 2011; Liu i in., 2013; Draxler et al., 2015; Leelõssy et al., 2017)., Trajektorie HYSPLIT backward były często używane również w transporcie pyłów na duże odległości i saharyjskich intruzach pyłowych (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).

głównym powodem, dla którego model HYSPLIT jest szeroko stosowany, jest to, że jest swobodnie dostępny i niezwykle łatwy w aplikacji (Pérez et al., 2015). Model HYSPLIT jest dostępny za pośrednictwem internetowych aplikacji środowiskowych w czasie rzeczywistym i systemu wyświetlania (READY) opracowanego przez NOAA Air Resources Laboratory (ARL) (Draxler et al., 2013).,

w niniejszej pracy zamierzamy wykorzystać charakterystyczne proporcje pierwiastków jako odciski palców do identyfikacji islandzkich cząstek pyłu wulkanicznego na Bałkanach środkowych. Ponadto omówiono transport aerozoli atmosferycznych na dalekie odległości do atmosfery przez zawiesinę materiału skorupy ziemskiej z powierzchni gleby i pustyń na Islandii. Duża ilość próbek aerozoli w obszarze podmiejskich Bałkanów środkowych i powierzchniowych gleb obszaru Rangárvellir w Islandii oraz przeprowadzone przez nie analizy stanowią cenny unikalny zbiór danych.,

materiały i metody

pobieranie próbek

aerozole atmosferyczne zostały zmierzone na obszarze podmiejskim (Rys. 1) Belgradu (φ= 44°48′; λ= 20°28′; Wysokość 240 m) jako próbki zbiorcze 48 h co 6 dni, począwszy od godz. 1972; Wang i John, 1988). Segregowane wielkości aerozole zebrano na foliach Tedlar w następujących etapach: PM0.27-0.53, PM0.53-1.06, PM1.06-2.09, PM2.09-4.11, PM4.11-8.11 i PM8.11-16., Próbki i Półfabrykaty były przechowywane w kubkach Petriego w zamrażarce (-20°C) do czasu przetworzenia.

rysunek 1

powierzchniowe próbki gleby pobrano w rejonie Rangárvellir w południowej Islandii (63° N; 20° E; 50m wysokości) w pobliżu Mt Hekla, najbardziej aktywnego wulkanu Islandii i w wyniku procesów wysokiej erozji (Thorarinsdottir i Arnalds, 2012). Gleba z tego obszaru składa się z różnych materiałów pochodzących z otaczających wulkanów i lawy.,

dzienne kompozytowe Środki wysokości geopotencjalnej i prędkości wiatru na określonych poziomach izobarycznych zostały pobrane ze zbiorów danych reanalizacyjnych National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP / NCAR) za okres badania (2012-2013).

procedura analityczna

próbki aerozoli atmosferycznych mierzone były grawimetrycznie w układzie schowka z kontrolowaną atmosferą azotową (temperatura 20 ± 5 °c i wilgotność 45 ± 5%)., Trawienie zebranych aerozoli przeprowadzono przy użyciu zaawansowanego mikrofalowego systemu trawienia (ETHOS 1, Milestone, Włochy) z wysokociśnieniowym segmentowym wirnikiem HPR-1000/10s i odpornymi na ciśnienie naczyniami PTFE. Próbki przeniesiono do zbiorników PTFE, używając HNO3( 62%, UltraPure, Merck), H2O2 (30%, Sigma-Aldrich) i HF (UltraPure, Merck), a następnie ogrzewano energią mikrofalową przez 50 minut., Zawartość pierwiastków w próbkach roztworów aerozoli atmosferycznych oznaczono metodą spektrometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie (ICP-MS) z zastosowaniem metody termo Fisher Scientific iCAP Qc ICP-MS (Brema, Niemcy) z zastosowaniem standardu EPA, niskopoziomowy zapas kalibracyjny pierwiastków (10 mg L–1). Co dziesiąta próbka była pusta, pobierana przy użyciu tej samej procedury jak w przypadku próbek aerozolu, ale bez użycia pompy do pobierania powietrza przez filtr (Karanasiou et al., 2007; Đuričić-Milanković et al., 2018).,

Plazma sprzężona indukcyjnie iCAP-6500 Duo (Thermo Scientific, Wielka Brytania) z atomowym spektrometrem emisyjnym została użyta do oznaczania stężeń pierwiastków w ekstraktach z gleby z Islandii. Laboratoryjne metody zapewnienia jakości i kontroli jakości zostały wykorzystane w oznaczaniu stężeń pierwiastków, w tym standardowych procedur operacyjnych, kalibracji z normami i analizy zarówno ślepych odczynników i replikatów. Stężenia pierwiastków podaje się w mg kg-1 na suchej masie gleby (Sakan et al., 2016).,

the HYSPLIT Model of Backward Trajectories

the HYSPLIT model is a complete system for computing trajectories complex dispersion and deposition simulations using either puff or particle approaches (Draxler and Hess, 1998). HYSPLIT nadal jest jednym z najszerzej stosowanych modeli transportu atmosferycznego i dyspersji w środowisku Nauk atmosferycznych (Stein et al., 2015). Model HYSPLIT jest szeroko stosowany do generowania trajektorii wstecznych w danych miejscach początkowych (np Rozwadowska et al., 2010; Freitag et al., 2014; Pérez i in., 2015; Su i in., 2015).,

cztery dni wstecz trajektorie zostały obliczone w celu prześledzenia historii powietrza za pomocą modelu HYSPLIT. Ruch cząstek jest zdefiniowany jako superpozycja deterministycznego terminu z wiatrem (adwekcja) i stochastycznego ruchu turbulentnego (Draxler and Hess, 1998). Deterministyczny termin jest interpolowany do każdej pozycji cząstek z pola wiatru dostarczonego przez wejściowy model numerycznego prognozowania pogody (NWP). Wejściowe dane meteorologiczne uzyskuje się z analizy danych z Globalnego Systemu asymilacji danych (GDAS)., GDA jest uruchamiany operacyjnie 4 razy dziennie (o 00, 06, 12 i 18 UTC) przez Narodowe Centra prognoz środowiskowych NOAA (NCEP). NCEP post-processing GDAS konwertuje dane z postaci współczynnika widmowego na siatkę szerokości i długości geograficznej 1 stopnia (360 na 181) oraz z poziomów sigma na poziomy ciśnienia. ARL NOAA zapisuje kolejne analizy i prognozę 3-h, cztery razy dziennie, aby stworzyć ciągłe archiwum danych. Decyzja o wykorzystaniu tych danych była spowodowana udoskonalonymi metodami asymilacji danych oraz najwyższą rozdzielczością poziomą, pionową i czasową., Wybrano 4 dni wstecz trajektorie, ponieważ jest to wystarczający czas na określenie regionalnych szlaków transportowych. Trajektorie były obliczane co 1 h od 14 marca 2012 do 26 grudnia 2013 dla czterech wysokości przylotu: 500, 1500, 3000 i 5000 m n. p. m. Wybór 500 m jako najniższego poziomu wynikał z orografii wokół stacji. Aby wyjaśnić wpływ transportu dalekiego zasięgu, trajektorie są analizowane na niskich i średnich wysokościach troposferycznych, do 5000 m (np Ogawa et al., 2004; Sangeetha et al., 2018)., Trajektorie i mapy kompozytowe zostały przedstawione dla poziomu 700 mb jako najbardziej reprezentatywny poziom trajektorii wstecznej HYSPLIT na podstawie wcześniejszych analiz epizodów transportu pyłu dalekiego zasięgu dla studiów przypadków w Europie Środkowej i basenie Morza Śródziemnego (Hamonou et al., 1999; Varga et al., 2013, 2014).

wyniki

udział pyłu mineralnego ze źródeł o dużej szerokości geograficznej w globalnym cyklu pyłowym nie został jeszcze wystarczająco zbadany (Baddock et al., 2017)., W niedalekiej przeszłości istnieją pewne prace dotyczące transportu atmosferycznego islandzkiego popiołu wulkanicznego podczas erupcji Eyjafjallajökull (Langmann et al., 2012), a także pyły wulkaniczne podczas wydarzeń burzowych (Dagsson-Waldhauserova et al., 2015; Taylor et al., 2015; Wilkins et al., 2016) , ale nie ma jeszcze wystarczających badań dotyczących cząstek wulkanicznych w aerozolach atmosferycznych pochodzących z wystąpień burz pyłowych w Islandii nad kontynentalną częścią Europy.,

zawartość pierwiastków i ich proporcje

w pracy rozważaliśmy kolejne pierwiastki Al, Ca, Fe, K, Na, Mg i MN oraz ich charakterystyczne proporcje jako odciski palców islandzkiego pyłu wulkanicznego w podmiejskich aerozolach atmosferycznych Bałkanów środkowych. Zawartość pierwiastków przedstawiono w tabeli 1 jako rozkład średnich wartości z odchyleniami standardowymi, minimum i maksimum w aerozolu podmiejskim podzielonym na sześć frakcji Dp dla próbek zmierzonych i zebranych w Belgradzie (Đuričić-Milanković et al., 2018) oraz dla gleby obszaru Rangárvellir (Islandia)., Główną różnicą między aerozolami atmosferycznymi z Bałkanów środkowych a powierzchniowymi glebami obszaru Rangárvellir jest to, że dominującym wkładem masowym Ca jest mierzony aerozol atmosferyczny, podczas gdy dominującym elementem w glebie powierzchniowej badanego obszaru w Islandii jest Fe.

tabela 1

Tabela 1. Średnia zawartość pierwiastków w aerozolach atmosferycznych obszaru podmiejskiego Belgradu (Serbia) oraz w glebie obszaru Rangárvellir (Islandia).,

charakterystycznymi współczynnikami, które rozważaliśmy w tej pracy, były Ca/Al, Fe/Al, K/Al, Mg/Al, Mn/Al, Ca/Fe i Mg / Fe. Tabela 2 przedstawia średnie, odchylenia standardowe, minimalne i maksymalne badanych wskaźników w aerozolu atmosferycznym na obszarze podmiejskich Bałkanów środkowych oraz w glebach powierzchniowych południowej Islandii., Wskaźniki te mierzone w PM aerozoli atmosferycznych różnią się do kilku rzędów wielkości w zależności od pochodzenia masy powietrza, podczas gdy odchylenia od średnich wartości wskaźników pierwiastków w glebach powierzchniowych obszaru Rangárvellir w Islandii są znacznie niższe, co wskazuje na podobieństwo składu pierwiastkowego wszystkich badanych próbek. Najwyższe średnie wskaźniki wykazały Ca / Al w aerozolach atmosferycznych Bałkanów środkowych, podczas gdy najwyższe średnie wskaźniki w glebach powierzchniowych obszaru Rangárvellir w Islandii są dla Fe / Al.

tabela 2

Tabela 2., Średnie, odchylenie standardowe, minimalne i maksymalne współczynniki charakterystyki w aerozolu atmosferycznym na obszarze podmiejskich Bałkanów środkowych i glebach powierzchniowych w południowej Islandii.

analiza trajektorii wstecznej

trajektorie wsteczne na wysokościach 500, 1500, 3000 i 5000 m dla 101 przypadków została prześledzona przez 96 h przy użyciu modelu HYSPLIT dla Belgradu (φ= 44°48′; λ= 20°28′). Trajektorie są klasyfikowane w dwóch grupach, jeśli spełniają następujące kryteria: kierunek podejścia i przejście nad potencjalnymi obszarami źródłowymi (Islandia lub Sahara)., Każda z dwóch grup trajektorii rozpoczynających się od 3000 m jest wyświetlana odpowiednio na rysunkach 2A, B. Przeanalizowaliśmy 101 przypadków i stwierdziliśmy, że było 17 (18) przypadków, w których trajektorie zbliżały się do Belgradu z Islandii (Sahara). Prawie wszystkie trajektorie z Islandii (rysunek 2A) mają kierunek północny/północno-zachodni, podczas gdy te z Sahary (rysunek 2b) kierunek południowy/południowo-zachodni. Przykład poziomych i pionowych wstecznych trajektorii powietrza z Islandii w kierunku Belgradu przedstawiono na rysunku 2C., Przepływ powietrza w warstwie do 3000 m nastąpił z kierunku północno-zachodniego 7 grudnia 2013 roku. Można zauważyć podnoszenie działek powietrznych na wszystkich poziomach. Wybrany przypadek transportu pyłu saharyjskiego w kierunku Belgradu w dniu 6 kwietnia 2012 r. przedstawiono na rysunku 2D. trajektorie cofania pokazują przepływ mas powietrza z kierunku południowego i południowo-zachodniego w warstwie powyżej 1500 m. opuszczenie działek powietrznych powyżej 1500 m w pierwszym dniu następuje podnoszenie i opuszczanie w ciągu ostatnich 2 dni.

rysunek 2

Rysunek 2., W latach 2012-2013 trajektoria lotu zbliżająca się do Belgradu na wysokości 3000 m od: A) Islandii (17 przypadków) i B) Sahary (18 przypadków). Wybrane 4-dniowe trajektorie kończące się w Belgradzie na 500, 1500 i 3000 m: (c) 7 grudnia 2013 I (d) 6 kwietnia 2012.

trajektorie HISPLITOWE na różnych wysokościach 500, 1500, 3000 i 5000 m były liczone jako poszczególne ścieżki w niniejszym badaniu. Analizy trajektorii wszystkich przypadków wskazują, że dominującym reżimem przepływu jest NW i SW., Jest to zgodne z wynikami dla Belgradu latem i jesienią w 2008 roku przez Mihajlidi-Zelić et al. (2015).

oczekuje się, że każda pojedyncza trajektoria będzie związana ze wzorem synoptycznym, ponieważ trajektorie zbudowane są z pól wiatrowych. W celu weryfikacji, na rysunku 3 wykreślono złożoną mapę wszystkich dni, w których trajektorie są przypisane do określonej grupy (klastra) dla poziomu 700 hPa (∼3000 m). Kompozyty uzyskuje się jako średnią wysokości geopotencjalnej i pól wiatrowych oraz składową wiatru południkowego wszystkich 17 zdarzeń (rys. 3A,C), tj.,,18 zdarzeń (rys. 3B, D) analizowanych za okres marzec 2012-grudzień 2013. Rysunek 3A przedstawia złożoną wysokość geopotencjalną i wzór przepływu wiatru dla gromady trajektorii przedstawionych na rysunku 2A, wskazując przepływ do Belgradu z kierunku północno-zachodniego. Niskie ciśnienie nad Europą Północną z korytem nad Europą Wschodnią, a system wysokiego ciśnienia na zachód od Europy wytwarza północno-zachodnie ciśnienie nad Serbią. W tych synoptycznych sytuacjach powietrze z Atlantyku, a także z Islandii może zbliżyć się do Belgradu., Ujemne składowe wiatru południkowego znajdują się nad Europą (rys. 3C), z najsilniejszymi wartościami nad Morzem Północnym i Francją, co sugeruje intruzje pyłu z północnego zachodu do Europy Środkowej i Serbii. Rysunek 3B przedstawia złożoną wysokość geopotencjalną i wzór przepływu wiatru Dla dni trajektorii zbliżających się do Belgradu z Afryki przedstawiony na rysunku 2B. bardzo głębokie koryto istnieje nad Europą Zachodnią w kierunku środkowej Algierii., Po tej cyrkulacji pył został pobrany z Afryki Północnej i przetransportowany przez Morze Śródziemne w kierunku południowo-wschodniej Europy, a także do Belgradu w odpowiednim obiegu. Najsilniejszy południkowy przepływ wiatru znajduje się nad południowym Adriatykiem (ryc. 3D), co sugeruje intruzje pyłowe z południowego-południowego zachodu na Bałkany., Sytuacje synoptyczne z trajektoriami zbliżającymi się do Belgradu z Afryki Zwykle charakteryzowały się cyklonem w dolnej troposferze, który rozwinął się nad północnymi Włochami i rozszerzył się na północną część Afryki i pustynię Saharyjską (Vukmirović et al., 2004).

Rysunek 3

Rysunek 3., Złożona Mapa wysokości geopotencjalnej (m) i przepływu wiatru (m / s) (A,B) oraz składowa wiatru południkowego (C, D) Dla dni 17 i 18 zdarzeń analizowanych od marca 2012 r.do grudnia 2013 r. dla trajektorii przedstawionych odpowiednio na rysunku 2A (po lewej) i rysunku 2b (po prawej).

Model chemicznych odcisków palców

w pracy przeanalizowano proporcje charakterystycznych pierwiastków odpowiadających materiałowi skorupy Północnej Afryki (Kandler et al., 2007, 2009, 2011; Scheuvens et al.,, 2011, 2013), a także z glebami pochodzenia wulkanicznego na Islandii w aerozolach atmosferycznych rejonu Bałkanów środkowych o masach powietrza napływających z południowych i zachodnio-południowych regionów oraz masach powietrza napływających nad Islandię z kierunków północno-zachodnich.

stosunek Ca / Al w glebie z Islandii wynosi głównie od 0,7 do 1,0, podczas gdy w pyle afrykańskim są różne. Współczynnik ten w regionie Atlasu wynosi >1.0, w niektórych regionach Egiptu i północnego Sudanu < 0.5, ale w północnym Mali współczynnik Ca / Al ≈ 8. Stosunek Mg / Al w pyle afrykańskim wynosi >0.,3 (Scheuvens et al., 2013), a także w glebie południowej Islandii Mg/Al > 0.3. W materiale skorupy Afryki 0.1< K/Al < 0.5 i znaleźliśmy ten sam stosunek w aerozolach z południowych mas powietrza. Stosunek Fe / Al w materiale skorupy Afrykańskiej wynosił 0,2 i 1,2, podczas gdy w materiale skorupy z Islandii stosunek ten wynosi od 1,0 do 3,0. Mn / Al < 0.03 w materiale skorupowym regionów Afryki (Scheuvens et al., 2013), a także w badanych próbkach z Islandii stosunek ten jest niski, a jego wartość wynosi około 0.,03 i w niektórych próbkach osadów rzecznych wynosiło to około 0,06, podczas gdy w popiołach wulkanicznych było to blisko 0,08.

Tabela 3 przedstawia proporcje pierwiastków charakterystycznych w podmiejskich aerozolach atmosferycznych Bałkanów środkowych, które odpowiadają proporcjom w materiale skorupy ziemskiej Afryki Północnej w epizodach mas powietrza Południowego i południowo-zachodniego.

tabela 3

Tabela 3., Stosunek pierwiastków w podmiejskich aerozolach atmosferycznych Bałkanów środkowych odpowiadający ich stosunkom w materiale skorupy ziemskiej Afryki Północnej (NA) dla mas powietrza pochodzących z Afryki Północnej.

Tabela 4 zawiera odcinki północno-zachodnich mas powietrza przepływających nad Islandią z współczynnikami pierwiastków odpowiadającymi ich stosunkom w glebie powierzchniowej wulkanów pochodzenia w południowej Islandii.

Tabela 4

Tabela 4., Proporcje pierwiastków w podmiejskich aerozolach atmosferycznych Bałkanów środkowych odpowiadające glebie wulkanicznej w południowej Islandii.

Tabela 5 przedstawia występowanie burzy pyłowej w Islandii wraz z odpowiadającymi jej epizodami zmierzonych aerozoli w rejonie Bałkanów środkowych.

Tabela 5

Tabela 5. Występowanie burz pyłowych w wybranych okresach w Islandii w latach 2012 i 2013.,

dla każdej pobranej próbki aerozolu atmosferycznego na obszarze środkowych Bałkanów obliczono trajektorie wsteczne – łącznie 101 trajektorii wstecznych, które odpowiadają próbom aerozoli atmosferycznych zebranych na obszarze podmiejskim Środkowej Bałkanów. Okazało się, że 17 z wszystkich mas powietrza pochodzi z obszarów wokół Islandii. W 13 z nich znaleźliśmy proporcje niektórych pierwiastków, które odpowiadają islandzkiej glebie (pył wulkaniczny)., Wybraliśmy tylko te (1), które przechodzą nad Islandią, (2), dla których proporcje elementów charakterystycznych odpowiadają glebie wulkanicznej w południowej Islandii (Tabela 5), oraz (3), które pokrywają się z wystąpieniem burzy pyłowej na Islandii (Rysunek 4). Według tego kryterium stwierdzono 3 epizody do rozważenia jako udział naturalnych źródeł pyłu o wysokiej szerokości geograficznej w aerozolu Środkowo-Bałkańskim. Biorąc pod uwagę te kryteria możemy wiarygodnie twierdzić, że obszar Bałkanów środkowych znajduje się pod wpływem islandzkiego pyłu., Według naszych wyników co najmniej 3% mas powietrza przybywających z Islandii niosących zawieszony pył wulkaniczny podczas sztormów na Islandii. Wykazano, że występują burze pyłowe w dniach 16 i 17 września 2013 r., odpowiadające wstecznym trajektoriom mas powietrza docierających do Belgradu obliczonym dla okresu od 18 do 20 września 2013 r. (Beckett et al., 2017).

rysunek 4

Rysunek 4., Zdjęcia satelitarne burz pyłowych w południowej Islandii z 16 (A) i 17 (B) września 2013 zrobione w prawdziwym Kolorze przez Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) latające na satelicie Terra NASA (źródło: NASA/MODIS).

większość pyłu z islandzkiej pustyni pochodzi z „pyłowych hot-spotów”, które znajdują się w pobliżu lodowców i wzdłuż wybrzeża. Pył ten pochodzi ze ścierania pod lodowcami i osadza się w procesach glacjalno-fluwialnych., Dalej od hot spotów, pył może być również osadzony na obszarach pustynnych z dala od tych hotspotów i ponownie zawieszony. Pierwotne pyły-hotspoty przyczyniają się większe proporcje pyłu z Islandii niż inne obszary razem wzięte (Arnalds et al., 2016).

czasowe zmiany proporcji charakterystycznych pierwiastków z epizodami pyłu islandzkiego (IC) i pyłu północnoafrykańskiego (NA) pokazano na rysunku 5., Czerwone strzałki oznaczają okresy z charakterystycznymi wskaźnikami pierwiastków odpowiadającymi pyłowi afrykańskiemu, a czarne strzałki oznaczają charakterystyczne wskaźniki pierwiastków z islandzką glebą wulkaniczną, mierzone w aerozolach atmosferycznych na przedmieściach Belgradu. Częstotliwości mas powietrza z segmentów NW i południowych są prawie takie same, a nieco wyższe z segmentów NW., Niemniej jednak w masach powietrza SW i S (Tabela 3) stwierdzono znacznie większą liczbę przypadków z charakterystycznymi proporcjami pierwiastków w aerozolu atmosferycznym z Bałkanów środkowych, odpowiadającymi afrykańskiemu materiałowi skorupy ziemskiej, niż w masach powietrza z segmentu NW (Tabela 4). Ta różnica jest konsekwencją bardziej rozległych burz pyłowych w Afryce Północnej niż wystąpień burz pyłowych na Islandii.

rysunek 5

Rysunek 5., Temporalne zmiany proporcji pierwiastków z epizodami pyłu islandzkiego (IC) i pyłu północnoafrykańskiego (na).

wnioski

przeanalizowano proporcje pierwiastków charakterystycznych odpowiadających materiałowi skorupy Północnej Afryki i glebie pochodzenia wulkanicznego na Islandii w aerozolach atmosferycznych rejonu podmiejskiego Bałkanów środkowych. Wzięliśmy pod uwagę masy powietrza pochodzące z południowych i południowo-zachodnich regionów, a także masy powietrza nad Islandią z kierunków północno-zachodnich., Łącznie 101 trajektorii wstecznych paczek powietrznych docierających do Belgradu w Serbii zostało zidentyfikowanych za pomocą zintegrowanej trajektorii Lagrange ' a (HYSPLIT) na czterech różnych kończących się wysokościach 500, 1500, 3000 i 5000 m. cechy cyrkulacji atmosferycznej na dużą skalę mogą być związane z dwoma gromadami trajektorii, z Islandii lub Sahary. Trajektorie masy powietrza pokazują, że emisje z odległych źródeł mogą przekraczać granice i wpływać na odległe obszary lub miejsca, w których stosowanie niektórych substancji zostało ograniczone., Zidentyfikowano trzy zdarzenia spełniające trzy ustalone warunki; masy powietrza przechodziły nad Islandią, proporcje elementów charakterystycznych odpowiadały glebie wulkanicznej w południowej Islandii, a te masy powietrza pokrywają się z wystąpieniem burzy pyłowej na Islandii. Możemy stwierdzić, że obszar Bałkanów środkowych jest pod wpływem islandzkiego pyłu pochodzącego z zawieszonych cząstek wulkanicznych co najmniej 3% całkowitych mas powietrza wpływających na Bałkany środkowe. Pokazuje to znaczenie monitorowania źródeł pyłu o dużej szerokości geograficznej, zwłaszcza Islandii jako największej pustyni Europejskiej i arktycznej., Islandzki pył wulkaniczny może przyczynić się do pogorszenia jakości powietrza w Europie kontynentalnej.

wkład autora

dđ przyczynił się do organizacji pomiarów, interpretacji wyników i przygotowania manuskryptu. Przyczynił się do obliczenia trajektorii i przygotowania rękopisu. SS przyczyniło się do analizy gleby i przetwarzania danych. Sp. z o. o. JĐ-M DF przyczynia się do organizacji pobierania próbek gleby i pomiarów w Islandii., PD-W.

finansowanie

badanie zostało sfinansowane przez Ministerstwo Edukacji, Nauki i rozwoju technologicznego Serbii (projekty: ON172001, ON176013 i III43007). Prace nad manuskryptem zostały częściowo sfinansowane przez Icelandic Research Fund (Rannis) Grant No.152248-051 oraz cost STSM Reference Number: COST-STSM-ES1306-34336 (Grant holder DĐ).,

Oświadczenie o konflikcie interesów

autorzy oświadczają, że badanie zostało przeprowadzone w przypadku braku jakichkolwiek relacji handlowych lub finansowych, które mogłyby być interpretowane jako potencjalny konflikt interesów.,

podziękowania

autorzy z wdzięcznością przyjmują do wiadomości NOAA Air Resources Laboratory (ARL) za dostarczenie modelu transportu i dyspersji HYSPLIT oraz gotowej strony internetowej (http://ready.arl.noaa.gov), National Centers for Environmental Prediction / National Center for Atmospheric Research za dostarczenie codziennych środków kompozytowych używanych w tej publikacji oraz koszt działania ES1306 – Connecteur.

Praktische erfahrungen mit einem 20-Stufen-impactor. Staub Reinhalt. Luft 32: 315.,

Google Scholar

Journal of Researches into the Natural History and Geology of the Countries Visited During the Voyage of H. M. S. Beagle Round the World, Under the Command of Capt. Fitz Roy, R. N, 2 Edn. Londyn: John Murray.