Source areas and atmospheric transport processes of chemical compounds and pollen in the NE Iberian Peninsula and the Canary Islands

Abstract

Els ecosistemes forestals reben una entrada important de nutrients per deposició atmosfèrica. Per conèixer millor els mecanismes de deposició s'han realitzat mesures en paral·lel de la deposició humida, seca i global en una estació de mostreig al Montseny. La comparació entre els fluxos humit i sec va revelar que els compostos atmosfèrics en aquesta zona es dipositen principalment via deposició humida (74% de deposició humida+seca). Els nostres resultats indiquen que la deposició global representa bé la deposició atmosfèrica total, ja que la deposició global més les partícules dipositades després de l'última pluja van representar el 97% de la deposició total (humida+seca). Els models de canvi climàtic per a la regió Mediterrània prediuen modificacions en els patrons de circulació de vent i de precipitació. La caracterització de la climatologia sinòptica i el transport a llarga distància de contaminants atmosfèrics al Montseny va mostrar una disminució de les adveccions atlàntiques i un augment de les masses d'aire africanes i europees en la circulació general en del NE d'Espanya. S'han aplicat Mètodes d'Anàlisi Estadístic de Trajectòries (TSMs) per interpretar els canvis de la química de la precipitació durant els últims 25 anys en alguns ions que mostren tendències significatives (ex. SO42-, H+ i NO3-). En el període inicial (1984-1993) els contaminants antropogènics (SO42-, H+ i NO3-) que es dipositaven al Montseny procedien principalment d’Europa Central i Oriental. La disminució significativa de SO42- i H+ a la precipitació del Montseny reflecteix la reducció de les emissions de sofre al centre d'Europa. En el període recent (1998-2009), els TSMs indiquen que l’origen del SO42-, H+ i NO3- es pot atribuir al tràfic marítim en el Mar del Nord i a països de l’Est d'Europa i el Nord d'Àfrica. Cal tenir això en compte per a la protecció dels ecosistemes i la salut humana. La pols mineral és un aerosol atmosfèric d'origen natural que presenta una entrada en polsos irregulars i massius a l'atmosfera que pot produir nombrosos impactes ambientals. En aquest context, s'ha descobert que els elements derivats de la pols mineral influeixen en els ecosistemes terrestres i marins del NE d’Espanya. Cal tenir en compte que la pols actua com a substrat on reaccionen els contaminants antropogènics, per tant, no s’ha de considerar com a font natural pura. Al Montseny, la pols africana va aportar el 66% dels 576μmols m-2 a-1 de fòsfor (P) particulat total dipositat. Assumint que les mostres recollides a 25km de la costa són representatives de l'entrada P atmosfèric a les aigües costaneres, el P atmosfèric soluble representa <1% de la producció primària nova anual de la Mediterrània Occidental. Tot i això, un únic episodi de pols africana (22-27 maig, 2008) va representar el 24-33% de la producció nova anual induïda pel P atmosfèric. Aquests resultats destaquen la importància biogeoquímica dels aerosols dipositats a la mar Mediterrània Occidental. El transport a llarga distància de pol·len s'ha estudiat a Tenerife (Illes Canàries). Les principals procedències van ser: (1) La regió Mediterrània a través dels vents alisis en la capa límit marina (MBL). Aquests episodis es van caracteritzar per la presència de pol·len d'arbres (Casuarina, Olea i Quercus) barrejat amb pol·len d'herbes (Artemisia, Chenopodiaceae-Amaranthaceae i Poaceae). (2) El sector del Sàhara, a través del transport de pol·len principalment d'herbes (Chenopodiaceae-Amaranthaceae, Cyperaceae i Poaceae) a nivell de la MBL i, en un cas, el pol·len de Casuarina en la troposfera lliure. I (3) la regió del Sahel, amb episodis associats al transport de pol·len de palmeres (Arecaceae) i herbes (Chenopodiaceae-Amaranthaceae, Cyperaceae i Poaceae). Cal tenir en compte aquests episodis a Tenerife com a possible causa dels episodis d'al·lèrgia respiratòria.

Forest ecosystems receive an important input of nutrients from the atmosphere. To better understand the mechanisms of deposition measurements in parallel of wet, dry and bulk deposition have been performed. The comparison between wet and dry fluxes revealed that the removal of atmospheric compounds at Montseny occurred mainly by wet deposition, which accounted for 74% of total deposition (wet+dry). Bulk deposition at Montseny was considered representative of total atmospheric deposition, since bulk deposition plus the recovery of deposited particles after the last rain accounted for 97% of total deposition (wet+dry). Climate change models predict modifications in the wind circulation and precipitation patterns for the Mediterranean region. Our study on the characterisation of the synoptic climatology for the last 25 years showed a decrease of Atlantic advections and the increase of African and European air flows in the general circulation over NE Spain. Trajectory Statistical analysis Methods (TSMs) have been used to interpret the variation of precipitation chemistry during the last 25 years for some ions that show significant variation trends (e.g. SO42-, H+ and NO3-). A source-receptor model indicates that in the initial period (1984-1993) anthropogenic pollutants (SO42-, H+ and NO3-) deposited at Montseny originated from central and eastern Europe. The significant temporal decrease of SO42- and H+ in precipitation collected in Montseny reflects the abatement of sulphur emissions in central Europe. In the recent period (1998-2009), the model indicates that the sources of SO42-, H+ and NO3- can be attributed to maritime traffic in the North Sea and from countries in Eastern Europe and North Africa. This must be taken into account for a further protection of ecosystems and human health. Mineral dust is an atmospheric aerosol from natural origin which, entrained massively into the atmosphere, can have significant environmental impacts. In this context, mineral dust-derived element fluxes have been found to influence terrestrial and marine ecosystems of the eastern Iberian Peninsula. Dust is considered as a “natural” pollutant, but it should be noted that it acts as a substrate for reaction of anthropogenic pollutants. Therefore dust can not be considered a pure natural source. In Montseny, African dust accounted for 66% of the 576 µmols m-2 y-1 of total particulate phosphorus (P) deposited. Samples (collected 25 km inland from the coast) were assumed to represent the atmospheric P input into coastal waters. Based on this assumption, the atmospheric-derived soluble P contributed only <1% of annual new primary production in the western Mediterranean. However, one strong African dust event (22-27 May, 2008) accounted for 24-33% of the atmospheric P-induced annual new production. These results highlight the biogeochemical importance of aerosols deposited in the Western Mediterranean Sea. The long-range transport of pollen was studied in Tenerife (Canary Islands). The main were: (1) The Mediterranean region through the trade winds in the marine boundary layer (MBL). These episodes were characterized by the presence of pollen from trees (Casuarina, Olea and Quercus) mixed with pollen from herbs (Artemisia, Chenopodiaceae-Amaranthacea and Poaceae). (2) The Saharan sector, through transport at the MBL level carrying principally pollen from herbs (Chenopodiaceae-Amaranthaceae, Cyperaceae and Poaceae) and, in one case, Casuarina pollen uplifted to the free troposphere. And (3) the Sahel, which appears as episodes associated to transport of pollen from palm trees (Arecaceae) and herbs (Chenopodiaceae-Amaranthaceae, Cyperaceae and Poaceae). Sporadic events of long-range pollen transport need to be taken into consideration in Tenerife as possible cause of respiratory allergy episodes.