Misure a Lungo Termine di Proprieta’ Chimiche e Fisiche dell’Aerosol Atmosferico a Dome C

Finanziato da: MIUR (PNRA 2015/AC3.04 – PNRA14_00091-Linea A3)
Periodo: Novembre 2015 – Giugno 2021

Aree polari
67 mesi
€ 164.000,00
I
In corso

Introduzione

Gli aerosol hanno alta variabilità spaziale e temporale e i modelli globali sul forzante radiativo rivelarono che il 45% della variabilità dipende dall’incertezza nelle emissioni naturali invece che in quelle antropiche. Questo risultato porta a considerare l’importanza di caratterizzare l’aerosol naturale che raggiunge l’Antartide. Misure a lungo termine di aerosol e dei loro precursori gassosi a Dome C porterà ad una migliore conoscenza delle sorgenti, delle reazioni atmosferiche e di trasporto, dei processi de posizionali e post-deposizionali (includendo l’interazione all’interfaccia aria/neve) dell’aerosol presente in Antartide, conducendo ad una migliore conoscenza dei processi di feedback clima-ambiente, un miglior sviluppo dei modelli climatici e di interpretazione dei passati cambiamenti dell’aerosol nel ghiaccio Antartico.

Descrizione

Le misure includeranno: materiale particellare; i gas (NOx, O3) coinvolti nei processi degli aerosol; monitoraggio dei raggi cosmici (neutroni, muoni), come potenziali agenti per la nucleazione in-situ. La strumentazione verrà installata nella stazione di Studi Atmosferici di Dome C. Campioni giornalieri di neve saranno raccolti in un’area pulita. Misure dirette (con risoluzione di pochi minuti) e campionamenti (da 24 ore a 15 giorni) includeranno: distribuzione granulometrica (DMPS + OPC); PM10 per ioni e metalli; PM10 per analisi elementare PIXE; PM10 per la frazione EC/OC; PM10 per la caratterizzazione geochimica delle particelle dust; campionamento a 4 stadi per ioni e metalli; campionamenti a 5 stadi ad alto volume per i composti organici (WSOC, amino acidi, metossifenoli, zuccheri, zuccheri anidri) e per alogeni (I e Br); misure di ozono, VOC e NOx; conteggio di neutroni e muoni. Contemporaneamente sarà raccolta la neve superficiale per studiare l’interfaccia aria/neve.

Verranno anche studiate le dinamiche del ghiaccio marino mediante determinazione dei trend stagionali di Br, I e MSA allo scopo di valutare il ruolo del ghiaccio marino nel promuovere l’attività del fitoplancton.

L’identificazione delle aree di potenziale sorgente (PSA) dell’aerosol dust sarà eseguito da un PM10 di caratterizzazione geochimica (REEs e rapporti isotopici di Pb, Sr e Nd).

Il ruolo della fotochimica sarà studiato comparando l’irradiazione solare (BSRN DC Observatory) con le concentrazioni particellari di nss-SO42-, MSA, nitrato, composti organici e alogeni. L’ozono troposferico sarà continuamente misurato per valutare la capacità ossidante dell’atmosfera a Dome C.

La sorgente derivante dalla neve per i composti azotati (N) verrà valutata comparando le misura atmosferiche e nella neve di particelle di NO3 e NO2 con i gas NOx e HNO2 misurati a due altezze sopra la neve.

L’efficienza del PM10 nel campionamento del nitrato sarà valutato con un denuder all’entrata del campionatore (per eliminare HNO3 gassoso) e con un filtro nylon di back-up (per eliminare la volatilizzazione delle specie acide e volatili). Lo studio delle sorgenti del nitrato includerà anche gli scambi troposfera-stratosfera.

L’identificazione e l’evoluzione temporale (velocità di formazione e di nuova crescita delle particelle) degli eventi di nucleazione sarà eseguita con le misure DMPS (40 classi dimensionali; 3 – 1000 nm). Il ruolo dei Raggi Cosmici nel formare le nuove particelle sarà valutato comparando i relativi trend con i dati DMPS.

Obiettivi

Gli obiettivi per le misure a lungo termine degli aerosol includono:

  • capire i processi di feedback aerosol-clima nelle regioni più sensibili ai cambiamenti ambientali e climatici;
  • stabilire i valori di fondo del carico atmosferico, granulometrico e di composizione chimica dell’aerosol;
  • migliorare l’attendibilità dei modelli climatici rendendo disponibile i dati a lungo termine per un’effettiva valutazione dell’aerosol globale (ERFari e ERFaci);
  • studiare con sufficiente statistica i trend stagionali e annuali di importanti componenti aerosolici (S-, N- e C-; emissioni biogeniche; dust; sea spray);
  • valutare la forza della sorgente e l’efficienza del trasporto a lungo raggio dell’aerosol formato nelle aree marine e continentali a più basse latitudini;
  • stimare il contributo delle sorgenti locali e regionali dell’aerosol Antartico;
  • studiare gli effetti della fotochimica e delle sorgenti radicali che (ozono) sulle reazioni chimiche dei precursori gassosi e sulla formazione delle nuove particelle a condizioni atmosferiche molto atipiche (temperatura, continua irradiazione estiva);
  • migliorare l’attendibilità delle ricostruzioni paleo-climatiche e paleo-ambientali da stratigrafie del ghiaccio e da anche una migliore conoscenza dello scambio aerosol-neve superficiale;
  • valutare il possibile ruolo dei Raggi Cosmici nella Nuova Formazione delle Particelle (NPF) in un’area dove la nucleazione è improbabile dovuto alle basse concentrazioni atmosferiche dei loro precursori.

 

Attività CNR-IIA

Specifici obiettivi scientifici:

  • determinare la quantità e gli scambi atmosfera-neve dei composti organici e dei composti reattivi dell’azoto (NOx, HNO3, HNO2 e i relativi sali, VOC includendo aldeidi, e acidi carbossilici);
  • ottimizzare la misura del nitratto particellare nella frazione grossa e fine rimuovendo le interferenze gassose e quantificando la parte del nitrato volatile e non;
  • capire i possibili processi di trasformazione chimica durante il trasporto atmosferico a lungo raggio.

 

Attività di campo in Antartide

Estate 2016-2017 e inverno 2017.

L’efficienza del campionamento del nitrato PM10 è stato valutato usando due denuders (per eliminare HNO3 e NH3) e filtri Teflon e Nylon di back-up (per correggere la volatilizzazione di HNO3 e NH3) installati all’entrata del campionatore PM10. Queste misure furono comparata ad un altro campionatore PM10 (senza denuder e filtri back-up) su base giornaliera e settimanale.

Estate 2017-2018

Misure atmosferiche della frazione organica più grande (VOC, aldeidi, acidi carbossilici) furono eseguite mediante trappole e filtri. Le misure degli ossidi di azoto non furono ottenute a causa del malfunzionamento dell’analizzatore a chemiluminescenza.

La neve superficiale fu anche raccolta giornalmente e nello stesso periodo delle misure atmosferiche per valutare gli scambi atmosfera-neve.

Estate 2018-2019

Come per l’estate 2017/2018, le misure atmosferiche della frazione organica più grande (VOC, aldeidi, acidi carbossilici) furono eseguite. Le misure degli ossidi di azoto non furono ottenute a causa del malfunzionamento dell’analizzatore a chemiluminescenza.

La neve superficiale fu anche raccolta giornalmente e nello stesso periodo delle misure atmosferiche per valutare gli scambi atmosfera-neve.

 

Attività in Italia

Estate 2017-2018

Determinazione di tutti i composti ionici, includendo MSA, e acidi carbossilici, fu eseguita mediante le tecniche IC e HPLC/UV. Tutti i valori furono corretti dai bianchi.

Le concentrazioni atmosferiche dei composti carbonilici furono determinate mediante derivatizzazione con 2,4 – DNPH e successiva analisi HPLC/UV. Nel caso dei campioni di neve, fu eseguita la procedura di estrazione fase solida (SPE) dopo derivatizzazione. I VOC furono desorbiti termicamente dalle trappole e analizzati mediante GC-MS.

Estate 2018-2019

Come per l’estate 2017/2018.

 

Partecipanti

  • CNR-IIA
  • Università di Firenze, UNIFI, Italia
  • CNR-ISAC
  • Università di Venezia, UNIVE, Italia
  • Università di Genova, UNIGE, Italia
  • LGGE (Grenoble, France
  • KOPRI (Incheon, South Korea)
  • Institute of Alpine and Arctic Research (INSTAAR); University of Colorado (Boulder, USA)
  • Desert Research Institute (Reno, Nevada)
  • Dept. Analytical Chemistry Ghent Univ. (Ghent, Belgium)
  • FMI (Helsinki, Finland)
  • EMPA (CH)

Antonietta Ianniello

Responsabile Scientifico

email: ianniello@@@iia.cnr.it

Gruppo di lavoro

Francesca Vichi

email: vichi@@@iia.cnr.it

Andrea Imperiali

email: imperiali@@@iia.cnr.it

Giulio Esposito

email: esposito@@@iia.cnr.it

Mauro Montagnoli

Mauro Montagnoli

email: montagnoli@@@iia.cnr.it

Massimiliano Frattoni

email: frattoni@@@iia.cnr.it