Изображение: CC0 Creative Commons
Исследование, направленное на устранение некоторой неопределенности в источниках и количествах загрязняющих веществ, достигающих Антарктики, привело к созданию новой экспериментальной методики для определения и характеристики недавно подвергшегося атмосферному воздействию воздуха, достигающего Антарктики.
Исследование, которое было опубликовано в «Журнале геофизических исследований: атмосферы», было проведено в сотрудничестве с Корейским полярным исследовательским институтом, Болонским университетом и Бразильским национальным институтом космических исследований и частично финансировалось Фондом Австралии и Кореи.
Антарктические исследования предоставляют возможности для понимания долгосрочных изменений в глобальном климате и улучшения понимания циркуляции атмосферы в масштабах полушария и глобального масштаба.
Исследование основывалось на измерениях радона, собранных с использованием двухканальных детекторов радона с двухточечной петлей, изготовленных и установленных ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation), которые были расположены на двух корейских станциях в Антарктиде. Детекторы считаются лучшими в мире.
Радон дает однозначные доказательства земных влияний на воздушные массы за последние две-три недели.
«Наши коллеги из Корейского полярного исследовательского института хотели узнать больше о загрязнении, достигающем Антарктиды», — сказал ведущий автор доктор Скотт Чемберс.
«Они искали типы загрязнений, которые попадают в Антарктику, откуда они исходят, как они разбавляются в пути и сколько теряется за счет смешивания и распространения».
Корейский полярный научно-исследовательский институт управляет двумя базами, где они измеряют концентрации радона, следовых газов и аэрозолей, станцию Джанго Бого в заливе Терра-Нова на широте 75 градусов к югу и на станции Кинг-Седжонг на острове Кинг-Джордж в 62 градусах ю.ш.
Концентрации радона со станции Jang Bogo были подвержены катабатическим ветрам (питаемым тропосферным оседанием), а также выбросам из трансантарктических гор и близлежащих вулканов, в то время как концентрации радона от станции King Sejong были более характерными для «базовых» морских условий.
Изображение: ANSTO
Это различие побудило Чамберса и его коллег продолжить исследование, чтобы обеспечить эффективность использования радона в качестве атмосферного индикатора недавнего земного воздействия.
«Мне было любопытно, насколько много изменчивости было в антропогенных загрязнителях, достигающих Антарктиды через различные части атмосферы».
Атмосферный перенос загрязнения в Антарктику происходит в двух слоях: морском пограничном слое и тропосфере; на каждый из которых влияют различные процессы.
Синоптические погодные явления переносят значительное загрязнение в пограничный слой, который простирается от одного до полутора километров над землей и от 400 до 600 метров над океаном.
С другой стороны, события конвекции и холодные фронты могут поднять загрязняющие вещества с поверхности в тропосферу, где они могут транспортироваться другими механизмами. В крайних случаях загрязнение также может достигать стратосферы.
Большая часть загрязнения, которое достигает Антарктиды, либо в морском пограничном слое, либо в тропосфере, поступает из районов южного полушария. Однако небольшой процент загрязняющих веществ из северного полушария также достигает Антарктиды после транспортировки в стратосфере.
Показания радона в Антарктиде могут быть осложнены катабатическими потоками, вызванными объединенными влияниями температуры холодной поверхности и высоким уровнем континентальной сухопутной массы и ледяного покрова.
Станция Jang Bogo в заливе Терра-Нова расположена в прибрежном месте, где она подвержена катабатическим ветрам. Рядом с этим участком высота местности изменяется от уровня моря до более 3000 метров на расстояние менее 100 километров.
С ледяной стороны горного хребта спускается поток очень холодного воздуха, который остыл над возвышенным замерзшим плато внутренней восточной Антарктиды.
«Если вы всасываете воздух с антарктического шельфа, его нужно чем-то заменить, и он исходит из тропосферы или стратосферы», — сказал Чамберс.
«Я смотрел на события ветра в нисходящем направлении и заметил, что катабатические потоки, в частности, ветреные периоды, которые происходят между полуночью и восходом солнца, намного холоднее и суше, чем воздух, который был обычно над Антарктическим континентом.»
Чемберс предположил, что, если провести измерения в прибрежных районах Восточной Антарктиды, влажность может быть использована для разделения пограничного слоя и тропосферных воздушных масс, и радон может быть использован для «сортировки» этих категорий в зависимости от времени с момента последнего сухопутного контакта, откуда происходят большинство источников загрязнения.
«Метеорологическая информация может различать механизмы переноса загрязнения, а наблюдения радона могут использоваться для ранжирования каждой воздушной посылки с «потенциалом загрязнения» — временем, прошедшим с момента последнего контакта с землей».
«Хотя не весь воздух, который находится над океаном в течение длительного времени, будет чистым, предварительные исследования показали, что воздух, который находился вдали от суши дольше всего (с наименьшими концентрациями радона), обеспечивает наилучшие оценки «базовых» (чистый воздух) условий для глобальных исследований парниковых газов.»
«Эта новообретенная экспериментальная способность просто идентифицировать события оседания тропосферы, а затем охарактеризовать их степень недавнего контакта с землей, предоставляет важную информацию о механизмах атмосферного переноса в Южном полушарии.
Верность глобальных климатических моделей диктует точность наших климатических прогнозов. Поэтому очень важно постоянно улучшать параметры, описывающие систему, и определять их перемешение и перемешивание.
Стоимость и значительная материально-техническая нагрузка, связанная с проведением измерений в Антарктике и отдаленном Южном океане, ограничивает количество наблюдений, которые могут быть сделаны в этой важной части мира.
Также важно оставить регион максимально чистым. Нам нужно работать умнее, а не сложнее, с ограниченным числом наблюдательных станций, доступных, чтобы мы могли получить от них столько же, сколько можем. Индикаторы, такие как Radon-222, являются важной частью необходимого инструментария для этой задачи, и с этим ANSTO в настоящее время лидирует», — сказал Чамберс.
В то время как начальное исследование камер было сосредоточено только на измерениях радона, с тех пор выяснилось, что метод анализа может применяться для характеристики концентраций других газов, таких как метан, СО2, озон или ртуть, отдельно в пределах антарктической тропосферы и морского пограничного слоя.
Больше информации: S. D. Chambers et al. Investigating Local and Remote Terrestrial Influence on Air Masses at Contrasting Antarctic Sites Using Radon-222 and Back Trajectories, Journal of Geophysical Research: Atmospheres (2017). DOI: 10.1002/2017JD026833