Elke zomer blazen weersvoorspellers nieuws over Afrikaanse stofpluimen die de zuidelijke Verenigde Staten doorkruisen. En voor de meeste mensen is het gewoon stof, maar voor onderzoekers van de Texas A&M University is het veel meer.

Onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld met de naam isotoop-resolved chemical mass balance om stofdeelwoorden te identificeren met behulp van isotopische metingen. Hun nieuwe onderzoek bouwt voort op eerdere studies waarin ze het stof identificeerden en kwantificeerden door de elementaire samenstelling te bepalen.

De studie is onlangs gepubliceerd in Environmental Science &Technology .

Om dit werk te doen, werkte het team, met name Sourav Das, onderzoeksassistent en doctoraalstudent aan de Zachry Department of Civil and Environmental Engineering, samen met Brent Miller, professor in geologie en geofysica aan Texas A&M, en onderzoekers van de Universiteit van Miami.

"Wij zijn een van de weinige groepen die bestuderen hoe dit Afrikaanse stof of welke wereldwijde of regionale stofbronnen dan ook de lokale luchtvervuiling beïnvloeden door zich te vermengen met aerosolen uit verschillende proximale bronnen", zegt Dr. Shankar Chellam, hoogleraar civiele en milieutechniek. en A.P. en Florence Wiley Professor III. "Sourav moest eerst een gloednieuwe instrumentele methode ontwikkelen om de isotopische en elementaire samenstelling van stof te meten en vervolgens modelleren met behulp van deze metingen."

Eerder onderzochten en bepaalden de studenten van Chellam de elementaire analyse van Afrikaans stof, maar deze nieuwe methode kwantificeert de isotopensamenstelling van drie verschillende metalen die als unieke tracers dienen. Een element kan eenvoudig worden bestempeld als strontium (een aardalkalimetaal), maar geochemici zouden het zorgvuldig bestempelen als strontium 86 of 87, afhankelijk van bijvoorbeeld de atomaire massa. Voor stof analyseerden ze het zeldzame aardmetaal neodymium samen met strontium en hafnium.

Chellam stelde voor om de elementaire analyse te beschouwen als het identificeren van een volledige vingerafdruk. Maar deze nieuwe methode is als het identificeren van elke curve en groef in de vingerafdruk. Das voegde eraan toe dat de analogie is dat chemisch vergelijkbare bronnen zijn als tweelingen met hetzelfde gezicht, maar waarvan de vingerafdrukken uniek zouden zijn, wat kan worden gekwantificeerd met behulp van isotopen.

"Hoe verbeteren we de nauwkeurigheid van niet alleen het identificeren van Afrikaans stof, maar ook het kwantificeren van de bijdragen (in de lucht) op lage niveaus vóór de komst van de hoofdpluim en na zijn vertrek?" vroeg Chelam. "Om dat te doen is een enorme opgave. Was het vroeger moeilijk, dan is het nu tien keer moeilijker om lage concentraties na te streven."

Nauwkeurig en kwantitatief volgen van Sahara-stof over de hele wereld is essentieel om de effecten ervan op het klimaat op aarde, de water- en nutriëntenkringloop en de menselijke gezondheid te verklaren. In eerdere studies werden op verschillende tijdstippen luchtmonsters verzameld uit Barbados en Houston, maar deze studie onderscheidt zich omdat ze dezelfde stofpluimen van Afrika tot Houston volgden met behulp van NASA-satellietbeelden en grootschalige modellen.

"Niemand heeft ooit deze drie isotopen in Afrikaans stof bepaald met betrekking tot stedelijke luchtvervuiling, dus daar is geen model voor", zei Chellam. "Sourav moest het bestaande model verbeteren om naast de elementaire gegevens de mogelijkheid toe te voegen om de isotopische vingerafdrukken statistisch te modelleren."

Als we naar de grond uit Afrika of Houston kijken, is de elementaire samenstelling in wezen hetzelfde. Maar door dieper in het isotopenrijk te gaan, hebben onderzoekers gekwantificeerd hoe verschillend geresuspendeerd korstmateriaal van de twee continenten is, vooral na het oversteken van de Atlantische Oceaan.

"We ontdekten dat wanneer je Afrikaans stof in Houston nauwkeurig kwantificeert, we ook andere bronnen nauwkeurig meten," zei Das. "Het is meer een universele methode. Als je twee of drie bronnen hebt die op elkaar lijken vanwege hun samenstelling (bijvoorbeeld stof uit Noord-Afrika en opnieuw gesuspendeerd stof in Houston), kunnen we ze nauwkeuriger onderscheiden. Deze methode om isotopen te gebruiken is niet alleen van toepassing op een bepaald geografisch of onderwerpgebied, maar is meer van toepassing op elke locatie en vele gebieden van luchtvervuiling."

Luchtvervuiling kan worden veroorzaakt door aardolieraffinage in industriële gebieden, voertuigen en natuurlijke factoren zoals stof en rook van branden, die de luchtkwaliteit aantasten. Volgens onderzoekers is er een duidelijke behoefte aan een beter begrip van de chemische en fysische eigenschappen van de lucht om mogelijke gezondheidseffecten van het stof te beoordelen. Deze isotopenmethode kan worden toegepast en geïmplementeerd in elk grootstedelijk of afgelegen gebied in Noord-Amerika, Europa en Azië dat wordt beïnvloed door woestijnaerosolen.

"Er zijn tal van andere mogelijkheden waar we deze op isotoop gebaseerde methode kunnen toepassen om antropogene en natuurlijke aerosolen die de stedelijke lucht vervuilen te kwantificeren," zei Das. + Verder verkennen

Antropogene luchtvervuiling heeft invloed op de gezondheid en het klimaat in het Midden-Oosten