Monitorowanie stabilnych izotopów metali w pyle atmosferycznym

Źródła zanieczyszczeń cząstkami można identyfikować przy pomocy stabilnych izotopów metali. Plazmowa spektrometria mas z wieloma kolektorami (MC-ICP-MS) wykorzystuje stabilne izotopy do określania stężeń metali, co umożliwia naukowcom prowadzenie badań chemicznych zanieczyszczeń środowiska metalami, takimi jak miedź (Cu) i cynk (Zn). Technikę tę można wykorzystywać do identyfikacji i wyjaśniania procesów transportu w atmosferze.

Uczestnicy projektu ISOTRACE (Stable isotopes of metals as pollutant tracers in the atmospheric environment) wykorzystali proporcje stabilnych izotopów do śledzenia źródeł zanieczyszczeń powietrza miejskiego metalami. Celem było wyjaśnienie mechanizmów frakcjonowania izotopów w materiale źródłowym i zmienności izotopów w pyle atmosferycznym w obrębie głównych miast Europy.

Naukowcy badali zawartość izotopów Zn w paliwie i produktach ubocznych spalania w trzech różnych elektrowniach węglowych i stworzyli model, odpowiadający zaobserwowanemu rozwarstwieniu izotopów. Wyniki pokazały, że specjacja pierwiastków w węglu, parowanie i kondensacja były procesami odpowiadającymi za zmienność izotopów w obrębie elektrowni opalanych węglem.

Model stworzony przez partnerów projektu ISOTRACE może być użyty do szacowania sygnatur izotopów Zn w pyle opuszczającym elektrownie w oparciu wyłącznie o analizę paliwa węglowego. Umożliwia to użycie izotopów jako ilościowych narzędzi do określania pochodzenia Zn w atmosferze w związku ze spalaniem węgla.

Naukowcy zebrali również pył z Londynu i Barcelony w różnych okresach czasu i z rożnych wysokości. Wyniki po raz pierwszy pokazały, że dominujące źródła cynku zależą od miasta i pory roku. W związku z tym każde z miast wymaga osobnej oceny źródeł zanieczyszczeń i strategii ich zmniejszania, które muszą też brać pod uwagę określoną porę roku.

Porównanie sygnatur izotopowych różnych źródeł i technik śledzenia tych źródeł wskazuje, że istotna jest niepochodząca ze spalin emisja wynikająca z ruchu ulicznego, np. z opon. Mimo tego emisja wynikająca z procesów wysokotemperaturowych, takich jak spalanie oleju, odpadów czy węgla, jest równie ważna w pewnych porach roku.

Uczestnicy projektu ISOTRACE udowodnili również, że różne podejścia analityczne mogą dawać dokładne i precyzyjne dane o izotopach, podkreślając jednocześnie potrzebę międzynarodowego, certyfikowanego standardu izotopowego dla aerozoli.