Debrecenben mért szálló por forrásának meghatározása trajektóriák segítségével Török Zsófia Kertész Zsófia, Szikszai Zita, Szoboszlai Zoltán, Angyal Anikó, Furu Enikő és Borbélyné Kiss Ildikó MTA ATOMKI Ez a munka a TÁMOP-4.2.2/B-1/1-1-24 projekt, az NFM és az OTKA (NNF78829) valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj keretében és
Bevezetés 1993-óta rendszeresen gyűjtjük az aeroszol mintákat az Atomki udvarán, másfél kilométerre a városközponttól Az adatbázis feldolgozását BorbélynéKiss Ildikó és munkatársai kezdték meg CÉL: Forrás-meghatározás a szálló por terjedését követve időben vissza-számolt légpályák segítségével Európa lehetséges aeroszolforrásterületeinek meghatározása
Debrecen morfológiája Löszös talaj (Hajdúhát) és futóhomok (Nyírség) határán fekszik Éghajlata nedves kontinentális Átlaghőmérséklet: 1 C Évi csapadékátlag: 55 mm Lakónépesség közel
Mintavétel Heti két alkalommal 24 órán keresztül az ATOMKI udvarán Gent típusú kétfokozatú mintavevővel 8 µm és.4 µm pórusátmérőjű Nuclepore Costar polikarbonát membránszűrő szívósebesség: 17 l/min
Analízis Az aeroszol tömegét mérlegeléssel (Sartorius mikromérleg) határozzuk meg Elemi szén meghatározása fényabszorpciós módszerrel (ELL Model 43 smokestain refelctometer) Az elemkoncentrációk meghatározása PIXE (Particle Induced X-ray Emission) módszerrel az Atomki Ionnyalábalkalmazások laboratóriumában besugárzás: na áramerősségű 2 MeV energiájú protonnyalábbal
Adatbázis 1993 11 PM2.5, PM1, PM1-PM2.5 koncentrációt, BC és Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Ba, Br és Pb vonatkozó elemösszetételt 1256 nap, ~6 adat 1993 7-ig szektorba sorolás az uralkodó szélirányok alapján 655 nap, 5 szektor A szálló por légpályája: a NOAA HYSPLIT Model A PM2.5 lehetséges forrásainak meghatározása a különböző szektorokban Spearman-féle rangkorrelációs együttható Faktoranalízis: EPA PMF
Backward trajektória A mintavételi napokra, 3 időpontban (12 óra, óra és 6 óra), 3 különböző magasságban ( m, 5 m, 1 m) 72 órára visszaszámolt légpálya
Milyen messzire juthat egy emittált részecske 3 nap alatt?
Szektorok 5 szektor kijelölése az uralkodó szélirányok alapján S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 öss z Napok száma Átlag PM2.5 (µg/m3) "koszos napok" száma 18% 29% 116 77 163 11 189 655 fűtési nem fűtési fűtési nem fűtési 19 19 22 26 19 21 12 13 15 17 12 14 25% 27 15 34 25 43 144 21 19 44 22 146 17% Borbély-Kiss I., Koltay E., Szabó Gy., Bozó L., Tar K. 1999. Composition and sources of urban and rural atmospheric aerosol in Eastern Hungary. Journal of Aerosol Science, 3, 369391
Szezonális változások S3 5 Fűtési és nem fűtési szezon PM2.5 éves átlaga [µg/m3] az egyes szektorokban 3 1 1993 1996 1998 S1 2 4 6 2 4 6 2 4 6 S4 5 3 1 1993 1996 1998 2 4 6 5 fűtési szezon Nem fűtési szezon 3 1 1993 1996 1998 S5 S2 5 3 1 1994 5 3 1 1997 1999 1 3 5 7 1993 1996 1998
S3 Koncentráció arányok PM2.5 és a PM2.5-PM1 átlagkoncentrációja [µg/m3] fűtési és nem fűtési szezonban 7 6 5 3 1 S1 7 6 5 3 1 S4 7 6 5 3 1 S2 7 6 5 3 1 S5 7 6 5 3 1
Forrásanalízis - korreláció A korreláció erőssége az elemek közötti viszonyt mutatja meg. Minél erősebb a korreláció (.7 r 1, p.1), annál biztosabb, hogy a vizsgált elemek egy forrásból származnak A Spearman-féle rangkorreláció segítségével az egyes szektorokra jellemző elemarányokat határoztunk meg 1. szektor: Al, Cl, Mn és Pb - vasércbányászat és kohászat (Svédország, Lengyelország és Kanada) 2. szektor: K, Si, Ca és Fe műanyagipar, polietilén előállítása és égetése (Oroszországban és Fehér-oroszországban) 3. szektor: Pb, Zn, K acélgyártás (Oroszország, Ukrajna) 4. szektor: Cr/BC - króm-bányászat 5. szektor: Pb, Zn, K acélgyártás (Németország, Franciaország, Anglia)
Faktoranalízis Az EPA PMF program segítségével a 1 éves adatsorra vonatkozó faktoranalízist végeztünk az egyes szektorokra külön-külön Ez az analízis segít a szektorokra jellemző források azonosításában, valamint a szektorok összehasonlításában
Lokális források löszös talaj homokos talaj 8 7 6 5 3 1 5 3 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb 1 BC Si S K Ti Cr Fe Cu Fe Cu As Ba nehéz olaj égetése Közlekedés/ hulladékégetés 8 7 6 5 3 1 8 6 BC Si S K Ti Cr Fe Cu Br Pb y tengely: százalékos elemarány BC Si S K Ti Cr As Ba
Közlekedéshez kapcsolódó források fékek és gumi kopása fékek kopása 8 7 6 5 3 1 9 8 7 6 5 3 1 BC Si S K Ti Cr Fe Cu Br BC Pb közúti jelek, aszfalt kopása/ipar Si S K Ti Cr Fe Cu Br Pb szénégetés/ dízel 5 1 8 3 6 1 BC Si S K Ti Cr Fe Cu Br Pb BC Al Si P S Cl K Ca Ti V CrMnFe Ni CuZn Br Ba Pb
Szektorokra jellemző antropogén források 6 5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb acélgyártás (Svédország, Lengyelország) 7 6 5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb közút pora/ipar
8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb nikkel-klorid korrózióvédelem gépipar, hajógyártás 7 6 5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb színesfémkohászat
5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb vasércbányászat (Ukrajna) 8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb ipar - szulfát 8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb nehézipar, mangánérc bányászata (Ukrajna)
6 5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb gumi-, műanyaggyártás 8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb kohászat 1 8 6 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb műtrágya, vegyipar BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb krómérc bányászata/kohászata (Albánia)
6 5 3 1 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn Br Ba Pb finomító, olajégetés 8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb gumi-, műanyaggyártás 1 8 6 BC Al Si P S Cl K Ca Ti V Cr Mn Fe Ni Cu Zn As Br Ba Pb ipar, kohászat
Mégsem Európa? Forrás: Környezetvédelmi információ növényvédőszerrel szennyezett vegyipari területek üzemek fémekkel szennyezett területek hulladékégetők
Összefoglalás Meghatároztuk a hosszú távú transzportfolyamatok pályáját hátrafelé számított trajektóriák segítségével Európát felosztottuk 5 szektorra az uralkodó szélirányok alapján, majd a kapott szektorokra forrás-meghatározást végeztünk Minden szektorban azonos forrás a talaj degradációjából származó szálló por, de a szektorok eltérő geológiája miatt ezek az elemek eltérő koncentrációkban és arányokban vannak jelen. A közlekedés és az olaj-, szén- és biomassza égetéséből származó források szintén minden szektorban jelen vannak lokális források A különböző ipari eredetű szennyezők jól elkülöníthetők az egyes szektorokban
Köszönöm a figyelmet! Ez a munka a TÁMOP-4.2.2/B1/1-1-24 projekt, az NFM és az OTKA (NNF78829) valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj keretében és támogatásával készült.