On-line Monitoring of Atmospheric Inorganic Gases and Aerosols in the Southeastern and Northwestern U.S.

Význam tématu

Atmosférické anorganické plyny a aerosoly hrají klíčovou roli v radiativním forcení klimatu. Jejich chemické složení ovlivňuje hygroskopicitu částic, tvorbu oblaků a poskytuje informace o zdrojích znečištění. Real-time monitoring těchto složek je zásadní pro pochopení regionálních klimatických efektů a lidského vlivu.

Cíle a přehled studie

Studie porovnává složení anorganických iontů v aerosolové fázi a přidružených plynech (HNO3 NH3 SO2) ve venkovské oblasti jihovýchodních USA a v městském prostředí severozápadního Pacifiku. K měření byla použita MARGA během kampaní SOAS v Centerville Alabama v létě 2013 a v Portlandu Oregon na podzim 2013. Hlavním cílem bylo odhalit vliv regionálních emisí SO2, vlhkosti a teploty na chemické složení aerosolů.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorkování vzduchu pomocí cyklon PM10 a PM2 5 pro oddělení frakcí
• Denuder pro separaci plynných složek od aerosolů
• Steam Jet Aerosol Collector pro kondenzaci a sběr aerosolových částic
• Iontová chromatografie s iontově výměnnými kolonami a vodivostní detekcí
• Kolonka pro anionty Metrosep A Supp 10 75/4.0 eluent 7 mol L-1 Na2CO3 8 mmol L-1 NaHCO3 průtok 0.7 mL min teplota 25 stupňů Celsia objem vzorku 250 mikrolitrů
• Kolonka pro kationty Metrosep C4 100/4.0 eluent 3.2 mmol L-1 HNO3 průtok 0.7 mL min teplota 42 stupňů Celsia objem vzorku 500 mikrolitrů

Hlavní výsledky a diskuse

V Alabamě byly zaznamenány vyšší koncentrace sulfátů, odvozené z regionálních emisí SO2 z uhelných elektráren. Aerosol nevešel do plné neutralizace NH4 kationty, což vedlo k částečné kyselosti. V Portlandu dominovalo veškeré NO3 a SO4 neutralizované NH4, což naznačuje přebytek NH3. Diurnální cykly ukázaly v Portlandu stabilní aerosolovou frakci nitrátů, zatímco v Alabamě probíhalo aktivní přerozdělení HNO3 mezi plynnou a aerosolovou fází.
Analýza kationtových kontrakčních iontů a Cl ukázala v Portlandu vzorce odpovídající níže stárnutému mořskému aerosolu, zatímco v Alabamě se v určitých obdobích objevily poměry Na Mg Ca K typické pro minerální prach.

Přínosy a praktické využití metody

MARGA umožňuje simultánní kvantifikaci klíčových anorganických iontů v plynné i aerosolové fázi. To poskytuje komplexní data pro určení zdrojů, studium aerosolové hygroskopicity a modelování klimatických a imisních procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Modelování zpětných trajektorií vzdušných mas pro přesnější lokalizaci zdrojů
• Thermodynamické modely pro predikci rozdělení mezi plynno a aerosolovou fází
• Rozšíření analýzy o organické kyseliny a stopové kovy
• Integrace dat do regionálních a globálních klimatických i kvality ovzduší modelů

Závěr

Komparativní měření ve vnitrozemí Alabamy a městském Portlandu odkrylo zásadní rozdíly v složení anorganických aerosolů, jejich neutralizačním stavu a diurnálních cyklech. Výsledky podtrhují význam kontinuální in situ analýzy pro pochopení aerosolových procesů a zdrojů znečištění.

Reference

1. Portmann RW Solomon S Hegerl GC Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106(18) 7324–7329 2009
2. Goldstein AH et al Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 106(22) 8835–8840 2009
3. Kennish MJ Ed Practical Handbook of Marine Science CRC Press Boca Raton Florida USA 3rd edition
4. Lee TL Yu XY Ayres B Kreidenweis SM Malm WC Collett JL Atmospheric Environment 42 2720–2732 2008