Radonforskning fører til ny teknik til at forbedre globale klimamodeller

En undersøgelse, der havde til formål at løse noget af usikkerheden i kilderne og mængderne af forurenende stoffer, der når Antarktis, har produceret en ny eksperimentel teknik til at identificere og karakterisere nylig jordisk påvirket luft, der når Antarktis.

Studiet, som blev offentliggjort i Journal of Geophysical Research :Atmosfærer, blev foretaget i samarbejde med Korea Polar Research Institute, Universitetet i Bologna, og det brasilianske nationale institut for rumforskning, og blev delvist finansieret af Australia-Korea Foundation.

Antarktis forskning giver muligheder for at forstå langsigtede ændringer i det globale klima og få en bedre forståelse af atmosfærisk cirkulation på halvkugle og global skala.

Undersøgelsen byggede på radonmålinger indsamlet ved hjælp af radondetektorer med to filtre med dobbelt flow-sløjfe, lavet og installeret af ANSTO, der var placeret på to koreanske stationer i Antarktis. Detektorerne anses for at være de bedste i verden.

Radon giver utvetydige beviser for terrestrisk påvirkning af luftmasser inden for de seneste to til tre uger.

"Vores kolleger ved det koreanske polarforskningsinstitut ønskede at vide mere om forurening, der når Antarktis, " sagde hovedforfatteren Dr. Scott Chambers (nedenfor til højre).

"De ledte efter de typer forurening, der kommer dertil, hvor det kommer fra, hvordan det fortyndes på rejsen, og hvor meget der går tabt gennem blanding og diffusion."

Korea Polar Research Institute driver to baser, hvor de måler koncentrationerne af radon, sporgasser, og aerosoler, den nye Jang Bogo station ved Terra Nova Bay på en breddegrad på 75 grader syd, og ved King Sejong Station på King George Island ved 62 grader syd.

Radonkoncentrationer fra Jang Bogo station var udsat for katabatiske vinde (fodret af troposfærisk nedsynkning), samt emissioner fra de transantarktiske bjerge og nærliggende vulkaner, mens radonkoncentrationerne fra King Sejong-stationen var mere karakteristiske for "baseline" marine forhold.

Denne forskel fik Chambers og hans kolleger til at undersøge yderligere for at sikre effektiviteten af ​​at bruge radon som et atmosfærisk spor efter nylig jordisk påvirkning.

"Jeg var nysgerrig efter, hvor stor variation der var i menneskeskabte forurenende stoffer, der når Antarktis gennem forskellige dele af atmosfæren."

Atmosfærisk transport af forurening til Antarktis foregår i to lag:det marine grænselag og troposfæren; som hver især er påvirket af forskellige processer.

Synoptiske vejrbegivenheder transporterer meget forurening inden for grænselaget, som strækker sig fra én til halvanden kilometer over land og 400 til 600 meter over havet.

Konvektionsbegivenheder og koldfronter, på den anden side, kan løfte forurenende stoffer fra nær overfladen ind i troposfæren, hvor de kan transporteres med andre mekanismer. I ekstreme tilfælde kan forurening også nå stratosfæren.

Det meste af den forurening, der når Antarktis enten inden for det marine grænselag eller troposfæren, kommer fra regioner på den sydlige halvkugle. Imidlertid, en lille procentdel af forurenende stoffer på den nordlige halvkugle når også Antarktis efter transport inden for stratosfæren.

Radonaflæsninger i Antarktis kan kompliceres af katabatiske strømme, der er forårsaget af den kombinerede påvirkning af kolde overfladetemperaturer og høje højder af den kontinentale landmasse og indlandsisen.

Jang Bogo station, i Terra Nova Bay, er beliggende i et kystområde, hvor det er udsat for katabatiske strømme. Nær dette sted ændres terrænhøjden fra havniveau til over 3, 000 meter over en afstand på mindre end 100 kilometer.

På læsiden af ​​bjergkæden, en strøm af meget kold luft, som er afkølet over det forhøjede frosne plateau i det indre Østantarktis kommer flyvende ned.

"Hvis du suger luft fra den antarktiske hylde, det skal udskiftes et sted fra, og det kommer fra troposfæren eller stratosfæren, " sagde Chambers.

"Jeg kiggede på hændelser med nedadgående vind og bemærkede, at især katabatiske strømme, blæsende perioder, der sker mellem midnat og solopgang, er både meget koldere og tørrere end luft, der synoptisk er blevet tvunget over det antarktiske kontinent."

Chambers formodede, at hvis man måler på kystnære steder i Østantarktis, hvor det indre har høj højde, fugtighedsobservationer kan bruges til at adskille grænselag og troposfæriske luftmasser, og radonobservationer kan derefter bruges til at "sortere" disse kategorier efter tidspunktet siden sidste landkontakt, hvor de fleste forureningskilder findes.

"De meteorologiske oplysninger kan skelne mellem forureningstransportmekanismerne, og radonobservationerne kan bruges til at rangordne hver luftparcel med et "forureningspotentiale" - tiden siden sidste landkontakt."

"Selvom ikke al luft, der har været over havet i lang tid, vil være ren, tidligere undersøgelser har vist, at luft, der har været væk fra land længst med (de laveste radonkoncentrationer), giver de bedste estimater af 'basislinje' (ren luft) forhold for globale drivhusgasundersøgelser."

"Denne nyfundne eksperimentelle evne til blot at identificere troposfæriske nedsynkningshændelser, og efterfølgende karakterisere deres omfang af nylig jordkontakt, giver afgørende information om den sydlige halvkugles atmosfæriske transportmekanismer og tidsskalaer.

Troværdigheden af ​​globale klimamodeller dikterer nøjagtigheden af ​​vores klimaforudsigelser. Det er derfor meget vigtigt løbende at forbedre de parametre, der beskriver systemet og bestemmer deres transport og blanding.

Omkostningerne og den betydelige logistiske byrde forbundet med at foretage målinger i Antarktis og det fjerne Sydlige Ocean begrænser antallet af observationer, der kan foretages i denne vigtige del af verden.

Det er også vigtigt at forlade regionen så uberørt som muligt. Vi skal arbejde smartere, ikke sværere, med det begrænsede antal observationsstationer til rådighed for at sikre, at vi kan få så meget værdi ud af dem, som vi kan. Naturlige radioaktive sporstoffer såsom Radon-222 er en vigtig del af det nødvendige værktøjssæt til denne opgave, og med dette er ANSTO i øjeblikket førende, " sagde Chambers.

Mens Chambers' indledende undersøgelse kun var fokuseret på radonmålinger, han har siden demonstreret, at analyseteknikken kan anvendes til at karakterisere koncentrationer af andre gasser, såsom metan, CO2, ozon eller kviksølv, separat inden for den antarktiske troposfære og det marine grænselag.

"Kolleger fra Europa og USA har tilbudt datasæt, fordi de er interesserede i at evaluere indflydelsen af ​​forskellige transportprocesser og bedre begrænse kemisk cykling i kystnære Antarktis og det antarktiske plateau."