Spatial Distribution of North African Dust and Black Carbon Aerosols Across the Tropical Atlantic

Abstract

L'oceà Atlàntic troìcal rep grans aportacions de Carboni Negre (BC) i pols mineral associades a incendis forestals massius que tenen lloc durant l'estació seca de les sabanes tropicals i a les regions del Sàhara i el Sahel, respectivament. Les partícules atmosfèriques són transportades cap a l'Atlàntic a través dels vents alisis. La distribució estacional i espacial dels incendis africans i de la pols està relacionada amb la migració anual de la Zona de Convergència Intertropical (ZCIT). A l'hivern, quan la ZCIT es troba en la seva posició meridional, els incendis es situen al nord de l'equador. Tanmateix, quan la ZCIT es troba en la seva posició septentrional durant l'estiu, els incendis es situen al sud de l'equador. El carboni negre (BC) present en els aerosols atmosfèrics de l'oceà Atlàntic equatorial té el seu origen en la combustió incompleta de matèria orgànica durant els incendis forestals. Una manera de determinar la quantitat de BC en una mostra és analitzar els àcids benzènics policarboxílics (BPCAs). Aquesta metodologia transforma la fracció de compostos policondensats aromàtics del BC en anells de benzè que contenen entre tres i sis grups carboxílics. Així, els BPCA representen una estimació de la fracció policondensada aromàtica del BC. La pols mineral, un component significatiu del sistema climàtic terrestre, requereix una investigació detallada per comprendre el seu impacte en els processos climàtics. Aquest estudi utilitza un enfocament multiproxy comprensiu, que empra isòtops de Sr-Nd-Pb per identificar les fonts de la pols mineral procedent del nord d’Àfrica, una regió que contribueix aproximadament al 55% de la càrrega anual global de pols. La nostra recerca no només se centra en identificar la procedència, sinó que també explora la relació entre els processos climàtics a les àrees d’origen i les propietats dels aerosols en localitzacions remotes. Mitjançant una anàlisi detallada de la composició geoquímica dependent de la mida de les partícules, identifiquem l'origen i els patrons de transport. La diferenciació segons la mida de les partícules aporta informació rellevant sobre la dinàmica de la dispersió de la pols, revelant variacions en el comportament de la pols depenent de la mida. De manera notable, observem trajectòries diferenciades per a la massa dels elements, il·lustrant la complexa interacció entre Nd, Sr i Pb. Aquest estudi multiproxy va utilitzar mostres recollides durant tres campanyes oceanogràfiques realitzades el 2020, 2021 i 2022, abastant el final de l'hivern i períodes complets de primavera. L'aspecte interanual ens permet capturar variacions, millorant la comprensió de les dinàmiques d'emissió i transport de pols mineral i carboni negre.

El océano Atlántico tropical recibe grandes aportes de Carbono Negro (BC) y polvo mineral asociados a incendios forestales masivos que ocurren durante la estación seca de las sabanas tropicales y a las regiones del Sáhara y el Sahel, respectivamente. Las partículas atmosféricas son transportadas hacia el Atlántico a través de los vientos alisios. La distribución estacional y espacial de los incendios africanos y del polvo está relacionada con la migración anual de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT). En invierno, cuando la ZCIT se encuentra en su posición meridional, los incendios se sitúan al norte del ecuador. Sin embargo, cuando la ZCIT se encuentra en su posición septentrional durante el verano, los incendios se sitúan al sur del ecuador. El carbono negro (BC) presente en los aerosoles atmosféricos del océano Atlántico ecuatorial tiene su origen en la combustión incompleta de materia orgánica durante los incendios forestales. Una forma de determinar la cantidad de BC en una muestra es analizar los ácidos bencénicos policarboxílicos (BPCAs). Esta metodología transforma la fracción de compuestos policondensados aromáticos del BC en anillos de benceno que contienen entre tres y seis grupos carboxílicos. Así, los BPCA representan una estimación de la fracción policondensada aromática del BC. El polvo mineral, un componente significativo del sistema climático terrestre, requiere una investigación detallada para comprender su impacto en los procesos climáticos. Este estudio utiliza un enfoque multiproxy comprensivo, que emplea isótopos de Sr-Nd-Pb para identificar las fuentes del polvo mineral procedente del norte de África, una región que contribuye aproximadamente al 55% de la carga anual global de polvo. Nuestra investigación no solo se centra en identificar la procedencia, sino que también explora la relación entre los procesos climáticos en las áreas de origen y las propiedades de los aerosoles en localizaciones remotas. A través de un análisis detallado de la composición geoquímica dependiente del tamaño de las partículas, identificamos el origen y los patrones de transporte. La diferenciación según el tamaño de las partículas aporta información relevante sobre la dinámica de la dispersión del polvo, revelando variaciones en el comportamiento del polvo dependiendo del tamaño. De manera notable, observamos trayectorias diferenciadas para la masa de los elementos, ilustrando la compleja interacción entre Nd, Sr y Pb. Este estudio multiproxy utilizó muestras recogidas durante tres campañas oceanográficas realizadas en 2020, 2021 y 2022, abarcando el final del invierno y períodos completos de primavera. El aspecto interanual nos permite capturar variaciones, mejorando la comprensión de las dinámicas de emisión y transporte de polvo mineral y carbono negro.

The Tropical Atlantic Ocean receives large inputs of Black Carbon (BC) and dust associated to massive wildfires that take place during the dry season of the tropical savannas and to the Sahara and Sahel region respectively. The airborne particles are carried to the Atlantic through the trade winds. The stational and special distribution of African wildfires and dust is related to annual migration of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ). In winter, when the ITCZ is in its southern position the fires are situated north of the equator. However, when the ITCZ is situated in its northern position during summer, the fires are situated south of the equator. Black carbon (BC) in atmospheric aerosols of the equatorial Atlantic Ocean has its origin in the incomplete combustion of organic matter during wildfires. One way to determine the amount of BC in a sample is to analyze the benzene polycarboxylic acids (BPCAs). This methodology transforms the condensed polyaromatic aromatics fraction of BC to benzene rings which contains from three to six carboxylic groups. Therefore, BPCA represents an estimation of the condensed polyaromatic fraction of BC Mineral dust, a significant constituent of the Earth's climate system, warrants detailed investigation to comprehend its impact on climate processes. This study employs a comprehensive multiproxy approach, utilizing Sr-Nd-Pb isotopes, to discern the sources of mineral dust originating from North Africa, a region contributing approximately 55% of the global annual dust load. Our research not only focuses on identifying provenance but also explores the relationship between climate processes in source areas and aerosol properties at remote locations. Through a detailed analysis of particle size-dependent geochemical composition, this thesis uncover the origin and transport patterns. Differentiation based on particle size uncovers compelling insights into the dynamics of dust dispersion, revealing size-dependent variations in dust behavior. Notably, distinctive pathways for the mass of elements, elucidating the complex interplay between Nd, Sr, and Pb were observed. This multiproxy study used samples collected during three oceanographic campaigns conducted in 2020, 2021, and 2022, spanning late winter and entire spring periods. The interannual aspect allows us to capture variations, enhancing our understanding of dust and black carbon emission and transport dynamics.