Forskere identificerer afrikansk støv ved at måle isotoper

Hver sommer sprænger vejrudsigtere nyheder om afrikanske støvfaner, der krydser det sydlige USA. Og for de fleste mennesker er det bare støv, men for forskere ved Texas A&M University er det meget mere.

Forskere har udviklet en ny metode kaldet isotopopløst kemisk massebalance til at identificere støvpartikler ved hjælp af isotopmålinger. Deres nye forskning bygger på tidligere undersøgelser, hvor de identificerede og kvantificerede støvet ved at bestemme grundstofsammensætningen.

Undersøgelsen blev for nylig offentliggjort i Environmental Science &Technology .

For at udføre dette arbejde samarbejdede teamet – specifikt Sourav Das, forskningsassistent og doktorand i Zachry Department of Civil and Environmental Engineering – med Brent Miller, professor i geologi og geofysik ved Texas A&M, og forskere ved University of Miami.

"Vi er en af ​​de meget få grupper, der studerer, hvordan dette afrikanske støv eller enhver form for globale eller regionale støvkilder påvirker lokal luftforurening ved at blande med aerosoler fra forskellige proksimale kilder," siger Dr. Shankar Chellam, professor i civil- og miljøteknik. og A.P. og Florence Wiley Professor III. "Sourav måtte først udvikle en helt ny instrumentel metode til at måle støvets isotopiske og elementære sammensætning og derefter udføre modellering ved hjælp af disse målinger."

Tidligere har Chellams elever undersøgt og bestemt grundstofanalysen af ​​afrikansk støv, men denne nye metode kvantificerer isotopsammensætningen af ​​tre forskellige metaller, der fungerer som unikke sporstoffer. Et grundstof kunne simpelthen mærkes som strontium (et jordalkalimetal), men geokemikere ville omhyggeligt mærke det som strontium 86 eller 87, afhængigt af atommassen, for eksempel. For støv analyserede de sjældne jordarters metal neodym sammen med strontium og hafnium.

Chellam foreslog at tænke på elementaranalysen som at identificere et fuldt fingeraftryk. Men denne nye metode er som at identificere hver kurve og rille i fingeraftrykket. Das tilføjede, at analogien er, at kemisk lignende kilder er som tvillinger med det samme ansigt, men hvis fingeraftryk ville være unikke, hvilket kan kvantificeres ved hjælp af isotoper.

"Hvordan forbedrer vi nøjagtigheden af ​​ikke kun at identificere afrikansk støv, men også kvantificere dets bidrag (i luften) på lave niveauer før ankomsten af ​​hovedfanen og efter dens afgang?" spurgte Chellam. "At gøre det er en herkulisk opgave. Hvis det var svært før, er det nu ti gange sværere at forfølge lave koncentrationer."

Nøjagtig og kvantitativ sporing af Sahara-støv over hele kloden er afgørende for at forklare dets virkninger på Jordens klima, vand- og næringsstofkredsløb og menneskers sundhed. I tidligere undersøgelser blev luftprøver indsamlet fra Barbados og Houston på forskellige tidspunkter, men denne undersøgelse er særskilt, fordi de sporede de samme støvfaner fra Afrika til Houston ved hjælp af NASA-satellitbilleder og store modeller.

"Ingen har nogensinde bestemt disse tre isotoper i afrikansk støv med relevans for byluftforurening, så der er ingen model for det," sagde Chellam. "Sourav var nødt til at forbedre den eksisterende model for at tilføje muligheden for statistisk modellering af de isotopiske fingeraftryk ud over de elementære data."

Når man ser på jorden fra Afrika eller Houston, er grundstofsammensætningen stort set den samme. Men går vi dybere ind i isotopområdet, har forskere kvantificeret, hvor forskelligt resuspenderet skorpemateriale fra de to kontinenter er, især efter at have krydset Atlanterhavet.

"Vi fandt ud af, at når du nøjagtigt kvantificerer afrikansk støv i Houston, måler vi også nøjagtigt andre kilder," sagde Das. "Det er mere en universel metode. Hvis du har to eller tre kilder, der ligner hinanden på grund af deres sammensætning (f.eks. støv fra Nordafrika og resuspenderet støv i Houston), kan vi skelne dem mere præcist. Denne metode til at bruge isotoper er ikke bare gælder for et bestemt geografisk eller emneområde, men er mere anvendeligt til ethvert sted og mange områder med luftforurening."

Luftforurening kan være forårsaget af olieraffinering i industriområder, køretøjer og naturlige faktorer som støv og røg fra brande, der påvirker luftkvaliteten. Ifølge forskere er der et klart behov for en bedre forståelse af luftens kemiske og fysiske egenskaber for at vurdere støvets potentielle helbredspåvirkninger. Denne isotopmetode kan anvendes og implementeres i ethvert storbyområde eller fjerntliggende område i Nordamerika, Europa og Asien påvirket af ørkenaerosoler.

"Der er adskillige andre muligheder, hvor vi kan anvende denne isotopbaserede metode til at kvantificere menneskeskabte og naturlige aerosoler, der forurener byluften," sagde Das. + Udforsk yderligere

Menneskeskabt luftforurening påvirker sundhed og klima i Mellemøsten