תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית
description
Transcript of תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית
זהום אטמוספרי חוצה גבולות במזרח התיכון
, בוריאנה 3, עמיר סנדלר3, מרדכי שטיין2, אורי דיין1יגאל אראל1, ג'נה ג'נדורף1, רעות רבי1,3קלדרון
– המכון למדעי כדה"א, האוניברסיטה העברית1 – המחלקה לגיאוגרפיה, האוניברסיטה העברית2
– המכון הגיאולוגי של ישראל3תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית
לודויג הליץ, אירנה סגל, אולגה יופה, שרה ארליך – המכון הגיאולוגי
90% the air trajectories within the atmospheric mixed layer reach Israel from : 1) North West Europe, crossing the Mediterranean Sea; 2) Eastern Europe; 3) the Arabian
Peninsula; 4a) North African coast; 4b) inland North Africa. (After Dayan, 1986)
3, 4a, 4b can cause dust storms
(4a also dust before rain)
2 prevails during the summer (PT)
זהום אוויר – גורם מרכזי לעליה בתחלואה של דרכי הנשימה •בישראל (כולל תמותה) בעיקר בילדים ובזקנים
יש עניין לצמצם את זיהום האוויר על ידי הפחתת פליטות •ממקורות זהום מקומיים (תעשייה ותחבורה)
מה התרומה של זהום אוויר זר (מארצות שכנות) לסך הזהום •הנמדד בישראל?
מתוך מרכיבי הזהום נתמקד בחלקיקים אטמוספריים (אבק •ואירוסולים)
מרכזים עירוניםהאם ניתן לזהות זהום זר באוויר של בישראל?
מטרות המחקר:
לזהות ולכמת זיהום אוויר חוצה גבולות בישראל במצבים סינופטיים שונים:
בזמן סופות אבק (רוב האבק מגיע ממדבריות – כלומר ממקורות טבעיים)
בזמן אפיק פרסי (רוב ימות הקיץ) כאשר האוויר מגיע ממזרח אירופה
controllerpumppump
Filter holde
r
Time Resolution PM10 Sampler
~ 1 m3/hr
0.5 mm Teflon filters
Sensitive to changes in meteorological conditions
Small sample size
Sequential leaching (L0, L1, L2)
Chemical and Isotopic Analysis
Microscopy
Archive
:השכיחות הממוצעת היחסית של האיזוטופים היא ערכים אלה), אבל בדוגמת אבק 204(1:17:15):208(37
בהתאם ליחסים בין האיזוטופים במקורות יכולים להשתנותהשונים וליחסי הערבוב ביניהם (מקור: בצר, סלע - הערכים
נקבעים על פי ההיסטוריה הגיאולוגית וריכוזי אורניום, תוריום ועופרת)
לעופרת הנפלטת בארצות שונות סביב הים התיכון יחסים) עם ערכים שונים206Pb/207Pbאיזוטופים (
איזוטופים של עופרת)Pb(
238U
235U
232Th
206Pb
207Pb
208Pb
204Pb
4לעופרת איזוטופים
יציבים:
208Pb, 207Pb, 206Pb, 204Pb.
באטמוספרה עופרת נקשרת לחלקיקים וניתן להשתמש בהרכב האיזוטופי שלה למעקב אחרי החלקיקים ומקורותיהם
ניתן למדוד יחסים איזוטופים של עופרת ואפילו פחות!± ‰1בדיוק של
1.119
1.14
1.164
1.095
1.121.140
1.11
1.115
1.155
1.14
1.12
Bollhofer & Rosman, 2001,2002
Hopper et al., 1991
Veron et al., 1999
This work
1.159
1.153
1.123
של עופרת הנפלטת בארצות שונות 206Pb/207Pbיחסי סביב הים התיכון
באדום – ריכוזי עופרת גבוהים באטמוספרה
ריכוזי עופרת באוויר של ירושלים:
1.1980-82: ~500 ng/m3 (Malenky et al., 1983)
2.1997: 20 – 25 ng/m3
3.2001 – 2003: 5 - 20 ng/m3 (up to 170 during dust storms)
החל מ 2005 :
אין יותר שימוש
בדלק עם עופרת בישראל
Pb emissions from cars in Israel
0
50
100
150
200
250
300
350
400
1985 1990 1995 2000 2005
years
Pb
(t) Pb (leaded) (t)
Pb (unleaded) (t)
Pb (total) (t)
1980 – 85: 400 – 500 t
Source: Min. Environment
From 2005: 2 - 3 t
USA EU
EF = [TM]/[Al]sample/[TM]/[Al]crust
הריכוז בקרום כדה"א – ערך מפתח
)EF (מקדם העשרה
n
מקורות אנתרופוגנים של מתכות:
) – תחבורה, צריפת Pbעופרת (מתכות
) – תעשיה, תחבורהCuנחושת (
) – תעשיהZnאבץ (
) – דלק, תעשיהNiניקל (
זהום ודאי – רק כאשר
5 ≤ EF
Summary of dust storm eventsDust storm
s
Red SeaTrough
Eastern high western low
Sharav Cyclone
Cold Depressi
on
2001-12-
200222--
20031-32
2004--1
Sum3353
Total of 11(+3) dust events, 69 samples
Sampled in Givat Ram
Red Sea trough
cold depressionSharav cyclone
Chemical point analyses of PM2.5 using ESEM
אנליזה מינרלוגית של
PM2.5 באבק מדברי באמצעות
ESEM בעיקר חרסיות(אלומינו -סיליקטים) וקרבונטים, תחמוצות
ברזל, גבס
L1
0
60
120
180
Ni Cu Zn Pb
EF
Red Sea trough
Sharav cyclone
Cold depression
L2
0
15
30
45
60
Ni Cu Zn Pb
EF
Red Sea trough
Sharav cyclone
Cold depression
L1 = dilute HNO3 dissolution
L2 = HF + HNO3
∴Al-Silicates
→ אם מזוהםקרקעות מזוהמות
בזמן סופות אבק על פי המצבים EFערכי הסינופטיים
אפיק ים סוף מזוהם ביותר – רוחות
מזרחיות, מעבר האוויר מעל מרכז
ירושלים בדרכו לגבעת רם
= לפני ההגעה של 1) התפתחות סופת אבק טיפוסית. שלב stagesשלבי ( = 4 = שיא הסופה, שלב 3 = הגעת עננת האבק, שלב 2עננת האבק, שלב
= חזרה לערכי אבק 5שקיעת האבק או מעבר העננה מאזור הדגימה, שלב של טרום הסופה.
PM10 concentration (g/m3)
Stage 1
Stage 2
Stage 3
Stage 4
Stage 5
PM10 concentration– Min. Environ.
Stages of dust storm
(. בוורוד: 22-26.1.2004 )שורש - שקע קר( בזמן Pb EFריכוז אבק ומקדמי העשרה של עופרת ) מכלל האבק 85% בכיכר ספרא. ריכוז המקטע המינראלי בזמן שיא הסופה היה כ 10PMריכוז
הנשים. תופעה דומה של ירידה בערכי העשרה עם העלייה בכמות האבק קרתה במרבית סופות מצביעים על זיהום ודאי.5האבק. חשוב לזכור שרק ערכי העשרה גבוהים מ
החיצים השחורים מציינים את משך הדגימה
והם מחולקים לפי הפילטרים השונים. המספרים מעל החץ
מייצגים את יחס ההעשרה של עופרת
במרכיב הקרבונטי של האבק )הכולל גם זיהום שנספח על פני השטח
של האבק(. המספרים מתחת לחץ מייצגים את
יחס ההעשרה של עופרת במקטע הסיליקטי של
האבק.
ההרכב האיזוטופי של העופרת
, 1שנדגמה בשלב לפני הגעת עננת האבק הכי דומה בהרכבה לעופרת
הנפלטת בישראל. אם כי גם בשלב זה
ובמיוחד בשלבים הבאים של הסופה
ישנה תרומה משמעותית
מקרקעות מזוהמות
וממקורות ? נוספים
2.05
2.10
2.15
1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22
stage 1
stage 2
stage 3
stage 4
stage 5
endmembers
20
8P
b/2
06P
b L
1
206Pb/207Pb L1
4
6average EF = 102
4
Natural Pb in soils
Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in polluted soils
Petrol-Pb currently emittedin Israel
L1 = dilute HNO3 dissolution
יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק
median EFPb-Ca(L1dust) = 333
max EFPb-Ca(IL soils)300=
קרקעות ישראליות אינן יכולות להסביר
EF
2.05
2.10
2.15
1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22
stage 1
stage 2
stage 3
stage 4
stage 5
endmembers
20
8P
b/2
06P
b L
1
206Pb/207Pb L1
4
6average EF = 102
4
Natural Pb in soils
Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in polluted soils
Petrol-Pb currently emittedin Israel
Cairo Pb
[Pb]=(1000-10,000)x[Pb]jer
יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק
208P
b/20
6P
b L
2
206Pb/207Pb L2
2
Petrol-Pb curently emitted in Israel
Natural Pb in soils
8EF > 5
EF < 5
2.05
2.10
2.15
1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22
endmembers
stage 1
stage 2
stage 3
stage 4
stage 5
Petrol-Pb emitted in Israel before 1992 - now in soils
יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק
L2 = HF + HNO3
∴Al-Silicates
←אם מזוהם
קרקעות מזוהמות
ראוי לציין את ההתאמה בין
ערכי ההעשרה ובין היחסים האיזוטופים (הקו האנכי)
2.050
2.100
2.150
1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22
Red Sea
Eastern High
Sharav Cyclone
Cold Depression
endmembers
20
8P
b/2
06P
b L
1
206Pb/207Pb L1
Petrol-Pb currently emitted in Israel
Natural Pb in soils
Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in soils
Cairo Pb
Sharav cyclone
Red Sea trough
cold depression
יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק – השפעת המצב הסינופטי
2.03
2.05
2.07
2.09
2.11
2.13
2.15
1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22
carborgFe-oxAl-Si
208
Pb
/206
Pb
206 Pb/ 207 Pb
American petrol-Pb
NaturalPb
Europeanpetrol-Pb
Petrol-Pb currently emitted in Israel
Pre-1992 petrol-Pb
Natural Pb (non Al-Si)
Natural Pb in Al-Si
Teutsch et al., 2001
יחסים איזוטופיים של עופרת בקרקעות מזוהמות בצידי כבישים בישראל
)א( תמונה אופיינית של דוגמת אבק מדברי (ESEM בעיקר מינרלים סיליקטים וקרבונטים – )
)ב( חלקיק המורכב מעופרת מתכתית שנדגם בזמן (2004סופת חול של שקע קר )אפריל
שנדגם בזמן סופת )ג( חלקיק המורכב מאבץ וברזל (2003אבק של שקע שרבי )אפריל
ג
11 חלקיקים שנבחרו באפן אקראי מ 3176התפלגות גודל של דוגמאות המייצגות את כלל המצבים הסינופטיים הקשורים
לסופות האבק בישראל
90%
שנדגמו אפיק פרסי) לשלושת סוגי 72h BTמסלולי אוויר אופייניים (), (ב) אפיק פרסי רגיל PT-dבמהלך המחקר הנוכחי (א) אפיק פרסי עמוק (
)PT-r) (ג) אפיק פרסי רדוד ,(PT-s.(
Wanger et al. (2000) Some observational and modeling evidence of long range transport of air pollutants from Europe towards the Israeli coast
Lelieveld et al. (2002) Global Air Pollution Crossroads over the Mediterranean
Luria et al. (1996) Atmospheric sulfur over the east Mediterranean region.
אנליזה מינרלוגית PM2.5של
באירוסולים של אפיק פרסי
ESEMבאמצעות
בעיקר לא – וסולפטים מינרלים
(לא גבס)
חרסיות (באפיק רדוד) מלח-ים (באפיק עמוק)
0
300
600
900
1200
Ni Cu Zn Pb
EF
Shallow PT
0
300
600
900
1200
Ni Cu Zn Pb
EF
Deep PT
יש קורלציה טובה מאד בין עופרת ושאר המתכות
הנפלטות ממקורות אנתרופוגנים
דוגמאות אפיק פרסי עמוק מזוהמות
לפחות כמו דוגמאות אפיק פרסי רדוד
למרות רוחות חזקות יותר ותנאי ערבוב
טובים יותר
% Uk Pb = 100*{(206Pb/207Pb)smp – (206Pb/207Pb)IL}/ {(206Pb/207Pb)Uk – (206Pb/207Pb)IL}
2.080
2.090
2.100
2.110
2.120
2.130
2.140
2.150
1.110 1.120 1.130 1.140 1.150 1.160 1.170
206Pb/207Pb
208 P
b/20
6 Pb PT r
PT d
PT s
endmembers
Israel
S. Italy
Turkey
Greece
Moldavia
Romania
UkraineN. Italy
Shallow PT: 45±18% Ukraine Pb
Deep PT: 74±13% Ukraine Pb
Additional source
שנדגם בזמן אירועים של 10PMיחסים איזוטופיים של עופרת ב אפיק פרסי
לשני מרכיבי הקצה יש EFדומים
לכן
יחסי ערבוב דומים בעופרת ובכמות
החלקיקים (המרכיב המינראלי)
מבחינה איזוטופית יש
מרכיבי 2קצה
עיקריים: אוקראיני
וישראלי
# particles*mass ~ measured [Pb, Cu, Zn]
) של חלקיק אבק בזמן אפיק פרסי. ESEMתמונות מיקרוסקופ אלקטרוני (החלקיקים הזוהרים בולטים במספרם הרב. חלקיקים אלה מכילים בעיקר
עופרת, נחושת, אבץ וברזל מתכתיים
אפיק פרסי עמוק: יש יותר חלקיקים מתכתיים לעומת אפיק פרסי רדוד
בתחנות ) PM2.5, g/m3 (עומס חלקיקים – המרכיב המינרליהדגימה במצבים סינופטיים שונים
העשרה בעופרת לעומת סידן בתחנות הדגימה במצבים סינופטיים שונים
מסקנות המחקר האבק מזוהמים החלקיקים האטמוספריים סופות אבקברוב .
מהווה מצע עליו שוקעים ואליו נספחים מזהמים תוך כדי הסעתו שהצטרפו קרקעות מזוהמותבאטמוספרה. האבק מכיל גם
מארצות לעננת האבק. חלק מהמזהמים מגיעים עם האבק המקומי וחלקם ממקורות זהום מקומיים. עיקר הזהום שכנות
הגעת עננת האבק. רק בסופות אבק גדולות במיוחד לפנימורגש .זניח הזהום אבק למטר מעוקב) מיקרוגרם1000(מעל
מיקרון2.5הקטן מ מרבית חלקיקי האבק נמצאים במקטע ועקב כך האבק מהווה סכנה בריאותית גם ללא קשר לדרגת
זיהומו. בזמן אפיק פרסי רוב החלקיקים המכילים את המתכות
אינם מינרלים טבעייםשנמדדו שמקורם מזהמים מכיל אחוז ניכר של אפיק פרסי האבק בזמן
ולא בישראל. במזרח אירופהלא תמיד גוש דן מזוהם וגוש דן ירושלים ניכרים בין הבדלים –
יותר. של מידת הזיהום בישראל כגון דרום הנגב נידחים גם באזורים
.במרכז הארץהאבק במתכות רעילות אינה נופלת ממידת הזהום