Een onderzoek dat tot doel had een deel van de onzekerheid in de bronnen en hoeveelheden verontreinigende stoffen die Antarctica bereiken op te lossen, heeft een nieuwe experimentele techniek opgeleverd voor het identificeren en karakteriseren van recent terrestrisch beïnvloede lucht die Antarctica bereikt.

De studie, die werd gepubliceerd in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Sferen, werd uitgevoerd in samenwerking met het Korea Polar Research Institute, Universiteit van Bologna, en het Braziliaanse Nationale Instituut voor Ruimteonderzoek, en werd gedeeltelijk gefinancierd door de Australia-Korea Foundation.

Antarctisch onderzoek biedt mogelijkheden om langetermijnveranderingen in het mondiale klimaat te begrijpen en een beter begrip te krijgen van de atmosferische circulatie op hemisferische en mondiale schaal.

De studie was gebaseerd op radonmetingen die werden verzameld met behulp van dual-flow-loop twee-filter radondetectoren, gemaakt en geïnstalleerd door ANSTO, die zich bevonden op twee Koreaanse stations op Antarctica. De detectoren worden beschouwd als de beste ter wereld.

Radon levert ondubbelzinnig bewijs van terrestrische invloeden op luchtmassa's in de afgelopen twee tot drie weken.

"Onze collega's van het Korean Polar Research Institute wilden meer weten over vervuiling die Antarctica bereikt, " zei hoofdauteur Dr. Scott Chambers (rechtsonder).

"Ze waren op zoek naar de soorten vervuiling die daar terechtkomen, waar het vandaan komt, hoe het tijdens de reis wordt verdund en hoeveel er verloren gaat door mengen en diffusie."

Het Korea Polar Research Institute exploiteert twee bases waar ze de radonconcentraties meten, sporen gassen, en spuitbussen, het nieuwe Jang Bogo-station in Terra Nova Bay op 75 graden zuiderbreedte, en bij King Sejong Station op King George Island op 62 graden zuiderbreedte.

Radonconcentraties van het Jang Bogo-station waren onderhevig aan katabatische winden (gevoed door troposferische bodemdaling), evenals emissies van de Transantarctische Bergen en nabijgelegen vulkanen, terwijl de radonconcentraties van het King Sejong-station meer kenmerkend waren voor "baseline" mariene omstandigheden.

Dit verschil bracht Chambers en zijn collega's ertoe om verder onderzoek te doen naar de effectiviteit van het gebruik van radon als atmosferische tracer van recente terrestrische invloeden.

"Ik was benieuwd hoeveel variabiliteit er was in antropogene verontreinigende stoffen die Antarctica bereiken via verschillende delen van de atmosfeer."

Atmosferisch transport van vervuiling naar Antarctica vindt plaats in twee lagen:de mariene grenslaag en de troposfeer; die elk worden beïnvloed door verschillende processen.

Synoptische weersomstandigheden transporteren veel vervuiling binnen de grenslaag, die zich uitstrekt van één tot anderhalve kilometer over land en 400 tot 600 meter over de oceaan.

Convectiegebeurtenissen en koude fronten, anderzijds, kan verontreinigende stoffen van dichtbij het oppervlak naar de troposfeer tillen, waar ze door andere mechanismen kunnen worden vervoerd. In extreme gevallen kan vervuiling ook de stratosfeer bereiken.

Het grootste deel van de vervuiling die Antarctica bereikt, hetzij binnen de mariene grenslaag of troposfeer, is afkomstig uit gebieden op het zuidelijk halfrond. Echter, een klein percentage van de verontreinigende stoffen op het noordelijk halfrond bereikt ook Antarctica na transport binnen de stratosfeer.

Radonmetingen op Antarctica kunnen worden bemoeilijkt door katabatische stromen die worden veroorzaakt door de gecombineerde invloeden van koude oppervlaktetemperaturen en grote hoogte van de continentale landmassa en ijskap.

Jang Bogo-station, in Terra Nova-baai, is gelegen op een kustlocatie waar het onderhevig is aan katabatische stromen. In de buurt van deze locatie verandert de hoogte van het terrein van zeeniveau tot meer dan 3, 000 meter over een afstand van minder dan 100 kilometer.

Aan de lijzijde van de bergketen, een stroom zeer koude lucht, die is afgekoeld over het verhoogde bevroren plateau van het binnenland van Oost-Antarctica, komt neervliegen.

"Als je lucht aan het zuigen bent van het Antarctische plat, het moet ergens vandaan worden vervangen en het komt uit de troposfeer of de stratosfeer, ", aldus Chambers.

"Ik keek naar downslope windgebeurtenissen en merkte op dat vooral de katabatische stromen, winderige perioden die plaatsvinden tussen middernacht en zonsopgang, zijn zowel veel kouder als droger dan de lucht die synoptisch over het Antarctische continent is gestuwd."

Chambers vermoedde dat als je meet op kustlocaties van Oost-Antarctica, waar het interieur hooggelegen is, vochtigheidswaarnemingen kunnen worden gebruikt om grenslaag- en troposferische luchtmassa's te scheiden, en radonwaarnemingen kunnen vervolgens worden gebruikt om deze categorieën te "sorteren" op basis van de tijd sinds het laatste contact met land, waar de meeste vervuilingsbronnen zich bevinden.

"De meteorologische informatie kan onderscheid maken tussen de transportmechanismen van vervuiling, en de radonwaarnemingen kunnen worden gebruikt om elk luchtdeeltje te rangschikken met een "verontreinigingspotentieel" - de tijd sinds het laatste contact met land."

"Hoewel niet alle lucht die lange tijd boven de oceaan is geweest, schoon zal zijn, eerdere studies hebben aangetoond dat lucht die het langst van het land is verwijderd met (de laagste radonconcentraties), biedt de beste schattingen van 'baseline' (schone lucht) omstandigheden voor wereldwijde onderzoeken naar broeikasgassen."

"Dit nieuw ontdekte experimentele vermogen om eenvoudig troposferische verzakkingsgebeurtenissen te identificeren, en vervolgens hun mate van recent landcontact karakteriseren, levert cruciale informatie over atmosferische transportmechanismen en tijdschalen op het zuidelijk halfrond.

De betrouwbaarheid van wereldwijde klimaatmodellen bepaalt de nauwkeurigheid van onze klimaatvoorspellingen. Het is daarom van groot belang om de parameters die het systeem beschrijven en hun transport en menging bepalen, continu te verbeteren.

De kosten en aanzienlijke logistieke lasten die gepaard gaan met het doen van metingen op Antarctica en de afgelegen Zuidelijke Oceaan, beperken het aantal waarnemingen dat in dit belangrijke deel van de wereld kan worden gedaan.

Het is ook belangrijk om de regio zo ongerept mogelijk achter te laten. We moeten slimmer werken, niet moeilijker, met het beperkte aantal beschikbare observatiestations om ervoor te zorgen dat we er zoveel mogelijk waarde uit kunnen halen. Natuurlijke radioactieve tracers zoals Radon-222 vormen een belangrijk onderdeel van de benodigde toolkit voor deze taak, en hiermee loopt ANSTO momenteel voorop, ", aldus Chambers.

Terwijl de eerste studie van Chambers alleen gericht was op radonmetingen, hij heeft sindsdien aangetoond dat de analysetechniek kan worden toegepast om concentraties van andere gassen te karakteriseren, zoals methaan, CO2, ozon of kwik, afzonderlijk binnen de Antarctische troposfeer en de mariene grenslaag.

"Collega's uit Europa en de Verenigde Staten hebben datasets aangeboden omdat ze geïnteresseerd zijn in het evalueren van de invloed van verschillende transportprocessen en het beter beperken van chemische cycli in de kust van Antarctica en het Antarctische plateau."