Quantification of particulate matter, tracking the origin and relationship between elements for the environmental monitoring of the Antarctic region
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2019
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The present work reports on the analysis of atmospheric aerosols in the Antarctic region, Deception Island, collected during austral summer 2016–2017 by field measurements carried from Gabriel de Castilla Spanish Research Station. A low-volume sampler was used to capture the aerosols depositing them onto the air filters. A chemical analysis of the samples using Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) and Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy (ICP-AES) provided the total carbon (TC), organic carbon (OC), elemental Carbon (EC) and elements such as Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, S, Cu, Pb, Sr, Ti, Zn and Cr. The average mass concentration of particulate matter (PM10) originated by natural and anthropogenic activities was calculated as 10±4 μg/m3, although values such as 28.2 μg/m3were also obtained which is very high evenwhen compared to other places in the coast of the Antarctic region. In addition, high enrichment factors have been found for elements such as Pb, Cr, Cu and Zn showing a remote anthropogenic contribution to particulatematter in this region. Correlations were found between Na, Mg, Ca, Al, Ti and S, where Na/Mg displayed the influence of marine environments, S correspond to volcanic activities, Ca to penguin colonies and influence of sea whereas Al/Ti indicated the crustal origin. Polar contour graphical maps were obtained from meteorological data using chemometrics methods, which allowed reproducing wind maps revealing the distribution of the aerosols and possible emission sources of different elements in the area. Given that this island has not been previously studied
Description
El presente trabajo informa sobre el análisis de aerosoles atmosféricos en la región antártica, Isla Decepción, recogidos durante el verano austral 2016-2017 mediante mediciones de campo llevadas a cabo desde la Estación Española de Investigación Gabriel de Castilla. Se utilizó un muestreador de bajo volumen para capturar los aerosoles depositándolos en los filtros de aire. Un análisis químico de las muestras mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) y espectroscopia de emisión atómica con plasma acoplado inductivamente (ICP-AES) proporcionó el carbono total (TC), carbono orgánico (OC), carbono elemental (EC) y elementos como Al, Ca, Fe, K, Mg, Na, P, S, Cu, Pb, Sr, Ti, Zn y Cr. La concentración media en masa de material particulado (PM10) originado por actividades naturales y antropogénicas se calculó en 10 +/- 4 mu g/m(3), aunque también se obtuvieron valores como 28,2 mu g/m(3), muy elevados incluso en comparación con otros lugares de la costa de la región antártica. Además, se han encontrado factores de enriquecimiento elevados para elementos como Pb, Cr, Cu y Zn que muestran una remota contribución antropogénica al material particulado en esta región. Se encontraron correlaciones entre Na, Mg, Ca, Al, Ti y S, donde Na/Mg mostraba la influencia de ambientes marinos, S correspondía a actividades volcánicas, Ca a colonias de pingüinos e influencia del mar mientras que Al/Ti indicaba el origen crustal. Se obtuvieron mapas gráficos de contorno polar a partir de datos meteorológicos utilizando métodos quimiométricos, lo que permitió reproducir mapas de vientos que revelaban la distribución de los aerosoles y las posibles fuentes de emisión de diferentes elementos en la zona. Dado que esta isla no ha sido estudiada previamente en cuanto a contaminación atmosférica, este trabajo proporciona una interesante visión sobre las características específicas del lugar en cuanto a material particulado.