Ogni estate, i meteorologi danno notizie sui pennacchi di polvere africana che attraversano gli Stati Uniti meridionali. E per la maggior parte delle persone è solo polvere, ma per i ricercatori della Texas A&M University è molto di più.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo chiamato bilancio di massa chimica risolta con isotopi per identificare i participi di polvere utilizzando misurazioni isotopiche. La loro nuova ricerca si basa su studi precedenti in cui hanno identificato e quantificato la polvere determinando la composizione elementare.

Lo studio è stato recentemente pubblicato su Environmental Science &Technology .

Per fare questo lavoro, il team, in particolare Sourav Das, assistente di ricerca e dottorando presso il Dipartimento di ingegneria civile e ambientale di Zachry, ha collaborato con Brent Miller, professore di geologia e geofisica alla Texas A&M, e ricercatori dell'Università di Miami.

"Siamo uno dei pochissimi gruppi che studiano come questa polvere africana o qualsiasi tipo di fonte di polvere globale o regionale influenzi l'inquinamento atmosferico locale mescolandosi con aerosol provenienti da varie fonti prossimali", ha affermato il dottor Shankar Chellam, professore di ingegneria civile e ambientale e AP e Florence Wiley Professor III. "Sourav ha dovuto prima sviluppare un metodo strumentale nuovo di zecca per misurare la composizione isotopica ed elementare della polvere e quindi eseguire la modellazione utilizzando queste misurazioni".

In precedenza, gli studenti di Chellam hanno esaminato e determinato l'analisi elementare della polvere africana, ma questo nuovo metodo quantifica la composizione isotopica di tre diversi metalli che fungono da traccianti unici. Un elemento potrebbe essere etichettato semplicemente come stronzio (un metallo alcalino terroso), ma i geochimici lo etichetterebbero accuratamente come stronzio 86 o 87, a seconda della massa atomica, ad esempio. Per la polvere, hanno analizzato il neodimio, metallo delle terre rare, insieme a stronzio e afnio.

Chellam ha suggerito di pensare all'analisi elementare come all'identificazione di un'impronta digitale completa. Ma questo nuovo metodo è come identificare ogni curva e ogni scanalatura nell'impronta digitale. Das ha aggiunto che l'analogia è che le fonti chimicamente simili sono come gemelli con la stessa faccia, ma le cui impronte digitali sarebbero uniche, che possono essere quantificate usando gli isotopi.

"Come possiamo migliorare l'accuratezza non solo dell'identificazione della polvere africana, ma anche della quantificazione dei suoi contributi (nell'aria) a bassi livelli prima dell'arrivo del pennacchio principale e dopo la sua partenza?" chiese Chellam. "Fare questo è un compito arduo. Se prima era difficile, ora è dieci volte più difficile perseguire basse concentrazioni".

Il monitoraggio accurato e quantitativo della polvere del Sahara in tutto il mondo è essenziale per spiegare i suoi effetti sul clima della Terra, sul ciclo dell'acqua e dei nutrienti e sulla salute umana. In studi precedenti, campioni d'aria sono stati raccolti da Barbados e Houston in momenti diversi, ma questo studio è distinto perché hanno tracciato gli stessi pennacchi di polvere dall'Africa a Houston utilizzando immagini satellitari della NASA e modelli su larga scala.

"Nessuno ha mai determinato questi tre isotopi nella polvere africana rilevanti per l'inquinamento atmosferico urbano, quindi non esiste un modello per questo", ha detto Chellam. "Sourav ha dovuto migliorare il modello esistente per aggiungere la capacità di modellare statisticamente le impronte isotopiche oltre ai dati elementari".

Quando si osserva il suolo dall'Africa o da Houston, la composizione elementare è essenzialmente la stessa. Ma andando più a fondo nel regno degli isotopi, i ricercatori hanno quantificato quanto sia diverso il materiale crostale risospeso dai due continenti, specialmente dopo aver attraversato l'Oceano Atlantico.

"Abbiamo scoperto che quando si quantifica accuratamente la polvere africana a Houston, si misurano accuratamente anche altre fonti", ha affermato Das. "È più un metodo universale. Se hai due o tre sorgenti che sembrano simili a causa della loro composizione (ad esempio, polvere dal Nord Africa e polvere risospesa a Houston), possiamo distinguerle in modo più accurato. Questo metodo di utilizzo degli isotopi non è solo applicabile a una particolare area geografica o disciplinare, ma è più applicabile a qualsiasi luogo e molti campi di inquinamento atmosferico."

L'inquinamento atmosferico può essere causato dalla raffinazione del petrolio nelle aree industriali, dai veicoli e da fattori naturali come la polvere e il fumo degli incendi, che influiscono sulla qualità dell'aria. Secondo i ricercatori, vi è una chiara necessità di una comprensione più completa delle proprietà chimiche e fisiche dell'aria per valutare i potenziali impatti sulla salute della polvere. Questo metodo isotopico può essere applicato e implementato in qualsiasi area metropolitana o remota del Nord America, Europa e Asia colpita dagli aerosol del deserto.

"Esistono numerose altre possibilità in cui possiamo applicare questo metodo basato sugli isotopi per quantificare gli aerosol antropogenici e naturali che inquinano l'aria urbana", ha affermato Das. + Esplora ulteriormente

L'inquinamento atmosferico antropogenico ha un impatto sulla salute e sul clima in Medio Oriente