En undersökning som syftade till att lösa en del av osäkerheten i källorna och mängderna av föroreningar som når Antarktis har tagit fram en ny experimentell teknik för att identifiera och karakterisera nyligen markinfluerad luft som når Antarktis.

Studien, som publicerades i Journal of Geophysical Research :Atmosfärer, genomfördes i samarbete med Korea Polar Research Institute, universitetet i Bologna, och Brazilian National Institute of Space Research, och finansierades delvis av Australia-Korea Foundation.

Antarktisforskning ger möjligheter att förstå långsiktiga förändringar i det globala klimatet och få en bättre förståelse för atmosfärisk cirkulation på hemisfärisk och global skala.

Studien förlitade sig på radonmätningar som samlats in med tvåfilterradondetektorer med dubbelflödesslingor, tillverkad och installerad av ANSTO, som fanns på två koreanska stationer i Antarktis. Detektorerna anses vara de bästa i världen.

Radon ger otvetydiga bevis på markbunden påverkan på luftmassor under de senaste två till tre veckorna.

"Våra kollegor vid Korean Polar Research Institute ville veta mer om föroreningar som når Antarktis, " sa huvudförfattaren Dr. Scott Chambers (nedan till höger).

"De letade efter de typer av föroreningar som kommer dit, var det kommer ifrån, hur det späds ut på resan och hur mycket som går förlorat genom blandning och diffusion."

Korea Polar Research Institute driver två baser där de mäter koncentrationerna av radon, spårgaser, och aerosoler, den nya Jang Bogo-stationen vid Terra Nova Bay på en latitud av 75 grader söder, och vid King Sejong Station på King George Island vid 62 grader söderut.

Radonkoncentrationer från Jang Bogo station var utsatta för katabatiska vindar (matade av troposfäriska sättningar), samt utsläpp från de transantarktiska bergen och närliggande vulkaner, medan radonkoncentrationerna från King Sejong-stationen var mer karakteristiska för "baslinje" marina förhållanden.

Denna skillnad ledde till att Chambers och hans kollegor undersökte ytterligare för att säkerställa effektiviteten av att använda radon som ett atmosfäriskt spår av nyligen inflytande på jorden.

"Jag var nyfiken på hur mycket variation det fanns i antropogena föroreningar som når Antarktis genom olika delar av atmosfären."

Atmosfärisk transport av föroreningar till Antarktis sker i två lager:det marina gränsskiktet och troposfären; var och en påverkas av olika processer.

Synoptiska väderhändelser transporterar mycket föroreningar inom gränsskiktet, som sträcker sig från en till en och en halv kilometer över land och 400 till 600 meter över havet.

Konvektionshändelser och kalla fronter, å andra sidan, kan lyfta föroreningar från nära ytan till troposfären, där de kan transporteras med andra mekanismer. I extrema fall kan föroreningar också nå stratosfären.

Det mesta av föroreningarna som når Antarktis antingen inom det marina gränsskiktet eller troposfären kommer från regioner på södra halvklotet. Dock, en liten andel av föroreningarna på norra halvklotet når också Antarktis efter transport inom stratosfären.

Radonavläsningar i Antarktis kan kompliceras av katabatiska flöden som orsakas av den kombinerade påverkan av kalla yttemperaturer och höga höjder av den kontinentala landmassan och inlandsisen.

Jang Bogo station, i Terra Nova Bay, ligger vid kusten där den är utsatt för katabatiska flöden. Nära denna plats ändras terränghöjden från havsnivå till över 3, 000 meter över en sträcka på mindre än 100 kilometer.

På läsidan av bergskedjan, en ström av mycket kall luft, som har svalnat över den förhöjda frusna platån i det inre östra Antarktis kommer flygande ner.

"Om du suger luft från den antarktiska hyllan, det måste ersättas någonstans från och det kommer från troposfären eller stratosfären, sa Chambers.

"Jag tittade på händelser i nedförsbackar och märkte att de katabatiska flödena i synnerhet, blåsiga perioder som inträffar mellan midnatt och soluppgång, är både mycket kallare och torrare än luft som synoptiskt har tvingats över den antarktiska kontinenten."

Chambers förmodade att om man mäter vid kustnära platser i östra Antarktis, där interiören har hög höjd, fuktobservationer kan användas för att separera gränsskikt och troposfäriska luftmassor, och radonobservationer kan sedan användas för att "sortera" dessa kategorier efter tiden sedan senaste landkontakt, där de flesta föroreningskällor finns.

"Den meteorologiska informationen kan skilja mellan föroreningstransportmekanismerna, och radonobservationerna kan användas för att rangordna varje luftpaket med en "föroreningspotential" - tiden sedan senaste landkontakt."

"Även om inte all luft som har varit över havet under lång tid kommer att vara ren, tidigare studier har visat att luft som har varit borta från land längst med (de lägsta radonkoncentrationerna), ger de bästa uppskattningarna av "baslinje" (ren luft) förhållanden för globala växthusgasutredningar."

"Denna nyfunna experimentella förmåga att helt enkelt identifiera troposfäriska sättningar, och därefter karakterisera deras omfattning av den senaste markkontakten, ger viktig information om atmosfäriska transportmekanismer och tidsskalor på södra halvklotet.

De globala klimatmodellernas trohet dikterar träffsäkerheten i våra klimatförutsägelser. Det är därför mycket viktigt att kontinuerligt förbättra de parametrar som beskriver systemet och bestämmer deras transport och blandning.

Kostnaden och den betydande logistiska bördan som är förknippad med att göra mätningar i Antarktis och det avlägsna södra havet begränsar antalet observationer som kan göras i denna viktiga del av världen.

Det är också viktigt att lämna regionen så orörd som möjligt. Vi måste jobba smartare, inte svårare, med det begränsade antalet tillgängliga observationsstationer för att se till att vi kan få ut så mycket värde som möjligt av dem. Naturliga radioaktiva spårämnen som Radon-222 är en viktig del av den nödvändiga verktygslådan för denna uppgift, och med detta leder ANSTO för närvarande vägen, sa Chambers.

Medan Chambers första studie var fokuserad endast på radonmätningar, han har sedan visat att analystekniken kan användas för att karakterisera koncentrationer av andra gaser, som metan, CO2, ozon eller kvicksilver, separat inom den antarktiska troposfären och det marina gränsskiktet.

"Kollegor från Europa och USA har erbjudit datamängder eftersom de är intresserade av att utvärdera påverkan av olika transportprocesser och att bättre begränsa kemikaliecykling i kustnära Antarktis och den antarktiska platån."