Radioactive aerosols as tracers in the study of atmospheric pollution
Creators: name: Ιωαννίδου, Ελευθερία Ι.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Ιχνηθέτες
Ραδιενεργά Ισότοπα
Ιχνοστοιχεία
Tracers
Radioactive Isotopes
Trace Elements

description: Στα πλαίσια της διατριβής γίνεται ανάλυση 16070 ημερήσιων και 608 εβδομαδιαίων φίλτρων αέρα από την μητροπολιτική περιοχή του Ελσίνκι, Φινλανδία, για μία περίοδο 44 ετών (1962-2005). Με βάση ένα τόσο μεγάλο σύνολο δεδομένων και με τη μελέτη των στοιχειακών και ραδιενεργών συγκεντρώσεων (ιδιαίτερα του 210Pb) σε φίλτρα αεροζόλ, που συλλέγονται στην πρωτεύουσα της Φινλανδίας, η αξιολόγηση της επίδρασης διαφορετικών ρύπων με ανθρωπογενή προέλευση στην ατμόσφαιρα και γενικά στο περιβάλλον μπορεί να επιτευχθεί. Τα ημερήσια φίλτρα αναλύθηκαν για τον προσδιορισμό των ατμοσφαιρικών συγκεντρώσεων του ραδιενεργού ισοτόπου 210Pb, ενώ ταυτόχρονα, τα εβδομαδιαία φίλτρα αναλύθηκαν και μετρήθηκαν για τον προσδιορισμό των συγκεντρώσεων 17 διαφορετικών ιχνοστοιχείων στην ατμόσφαιρα (Na, Al, Si, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Pb). Ο προσδιορισμός των συγκεντρώσεων του ραδιενεργού ισοτόπου, ολοκληρώθηκε με τον κατάλληλο αυτόματο αναλυτή ακτινοβολιών άλφα και βήτα. Επιπλέον, τα εβδομαδιαία φίλτρα, προετοιμάστηκαν κατάλληλα και μετρήθηκαν χρησιμοποιώντας το φασματοφωτόμετρο ακτινών Χ υψηλής ευκρίνειας Epsilon 5. Η πλειονότητα των στοιχείων παρουσιάζει μία πτωτική τάση με την πάροδο των ετών. Σε ποσοστιαία βάση, οι συγκεντρώσεις των ιχνοστοιχείων και του 210Pb έχουν μειωθεί σημαντικά. Η μικρότερη μείωση αφορά τα στοιχεία Cu, Br και Cl, ενώ η υψηλότερη έχει παρατηρηθεί για το στοιχείο Pb (Na: 74%, Al: 86%, Si: 88%, S: 82%, Cl: 22%, K: 82%, Ca: 89%, Ti: 80%, V: 89%, Cr: 82%, Mn: 77%, Fe: 77%, Ni: 61%, Cu: 37%, Zn: 72%, Br: 32%, Pb: 95%, 210Pb: 51.6%). Ο εντοπισμός των πηγών των ιχνοστοιχείων πραγματοποιήθηκε με βάση την Ανάλυση Παραγοντοποίησης Θετικής Μήτρας, με χρήση λογισμικού SoFi. Εντοπίστηκαν τέσσερις πηγές αιωρούμενων σωματιδίων (PM): οδική σκόνη (λόγω χρήσης καυσίμου μολύβδου), καύση βαρέως πετρελαίου/δευτερεύοντα θειικά άλατα, εκπομπές κυκλοφορίας και φυσική σκόνη (έδαφος). Για το σύνολο των 44 ετών που μελετήθηκαν, παρατηρήθηκαν σημαντικές μειώσεις στις συγκεντρώσεις για όλα τα στοιχεία, τα περισσότερα από τα οποία ήταν πάνω από 50%: Na(-74%), Al(-86%), Si(-88%), S(- 82%), K(-82%), Ca(-89%), Ti(-80%), V(-89%), Cr(-82%), Mn(-77%), Fe(-77 %), Ni(-61%), Zn(-72%) και Pb(-95%). Γενικά, έχει παρατηρηθεί σημαντική μείωση στην πλειονότητα των στοιχειακών συγκεντρώσεων από τα τέλη της δεκαετίας του 1970, γεγονός που αποτελεί τη βάση της αποτελεσματικότητας των διαφορετικών περιβαλλοντικών πολιτικών που εφαρμόστηκαν τις τελευταίες δεκαετίες. Για την κατανόηση της χωρικής προέλευσης και των πιθανών πηγών ρύπων, εφαρμόστηκε η ανάλυση Συνάρτησης Συνεισφοράς Πιθανής Πηγής (PSCF), η οποία υπολογίζει την πιθανότητα για κάθε πιθανή περιοχή πηγής ρύπων, με βάση τη συχνότητα των υψηλών συγκεντρώσεων. Από την ανάλυση τροχιάς, προέκυψε ότι η Φινλανδία είναι μια περιοχή που επηρεάζεται άμεσα από τη διασυνοριακή ρύπανση, κυρίως από ατμοσφαιρικές μάζες που προέρχονται από τα ανατολικά της σύνορα (αέριες μάζες που προέρχονται από τη Ρωσία), αλλά και από περιοχές της Βόρειας Ευρώπης. Σε αυτές τις περιοχές προέλευσης υπάρχει έντονη βιομηχανική δραστηριότητα και εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας, με αποτέλεσμα οι αέριες μάζες που προέρχονται από εκεί να εμπλουτίζονται με αρκετούς αέριους ρύπους, που περιέχουν τόσο ιχνοστοιχεία όσο και ραδιενεργά ισότοπα.
description: In the framework of the thesis, 16070 daily and 608 weekly air filters from the metropolitan area of Helsinki, Finland, are analyzed for a period of 44 years (1962-2005). Based on such a large data set and by studying the elemental and radioactive concentrations (especially of 210Pb) in aerosol filters, collected in the capital of Finland, the assessment of the impact of different anthropogenic pollutants on the atmosphere and the environment in general can be achieved. The daily filters were analyzed to determine the atmospheric concentrations of the radioactive isotope 210Pb, while at the same time, the weekly filters were analyzed and measured to determine the concentrations of 17 different trace elements in the atmosphere (Na, Al, Si, S, Cl, K, Ca, Ti , V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Br, Pb). The determination of the concentrations of the radioactive isotope was completed with the appropriate automatic alpha and beta radiation analyzer. In addition, the weekly filters were properly prepared and measured using the Epsilon 5 high-resolution X-ray spectrophotometer. The majority of elements show a downward trend over the years. On a percentage basis, concentrations of trace elements and 210Pb have decreased significantly. The smallest reduction concerns the elements Cu, Br and Cl, while the highest has been observed for the element Pb (Na: 74%, Al: 86%, Si: 88%, S: 82%, Cl: 22%, K: 82 %, Ca: 89%, Ti: 80%, V: 89%, Cr: 82%, Mn: 77%, Fe: 77%, Ni: 61%, Cu: 37%, Zn: 72%, Br: 32 %, Pb: 95%, 210Pb: 51.6%). Trace element sources were identified based on Positive Matrix Factorization Analysis, using SoFi software. Four sources of particulate matter (PM) were identified: road dust (due to the use of leaded fuel), heavy oil/secondary sulphate combustion, traffic emissions and natural dust (soil). For the total of 44 years studied, significant decreases in concentrations were observed for all elements, most of which were over 50%: Na(-74%), Al(-86%), Si(-88%) , S(- 82%), K(-82%), Ca(-89%), Ti(-80%), V(-89%), Cr(-82%), Mn(-77%), Fe(-77 %), Ni(-61%), Zn(-72%) and Pb(-95%). In general, a significant decrease in the majority of elemental concentrations has been observed since the late 1970s, which underlies the effectiveness of the different environmental policies implemented in recent decades. To understand the spatial origin and potential sources of pollutants, Probable Source Contribution Function (PSCF) analysis was applied, which calculates the probability for each potential pollutant source area, based on the frequency of high concentrations. From the trajectory analysis, it emerged that Finland is an area directly affected by transboundary pollution, mainly from air masses coming from its eastern border (air masses coming from Russia), but also from areas of Northern Europe. In these source areas there is intense industrial activity and energy production facilities, with the result that the air masses coming from there are enriched with several gaseous pollutants, containing both trace elements and radioactive isotopes.