Tendències decadals en la deposició atmosfèrica en una estació d’alta altitud

Els fluxos atmosfèrics són un component important del cicle global de molts elements. Aquests fluxos sovint són causats pel transport a llarg abast d’elements des de fonts d’emissió llunyanes cap a àrees receptores, on són recuperats per precipitació i dipositats a terra o a l’oceà. En cada entorn, els elements dipositats atmosfèricament poden tenir un efecte important en el cicle biogeoquímic dels ecosistemes existents.

El transport atmosfèric a llarg abast té lloc a l’atmosfera lliure per sobre de la capa límit de mescla, que generalment té una profunditat de 1.000-1.500 m. La química de l’atmosfera lliure es pot considerar que reflecteix millor la composició de l’atmosfera global que la capa límit que hi ha a sota. Altes muntanyes sobresurten per sobre de la capa límit, interceptant el flux global d’elements. Per tant, les estacions d’alta altitud són un dels millors entorns per monitoritzar el transport a llarg abast (és a dir, regional i global) d’elements químics. A més, les muntanyes altes solen estar lliures d’impactes locals directes que podrien amagar senyals globals de fons.

A l’estació del llac Redon hem estat monitorant la deposició d’elements traça des del 2004. Aquí analitzem les sèries temporals de dades per determinar la variació en la deposició durant l’última dècada i per examinar en detall la influència del clima i els canvis en les emissions antropogèniques en les tendències detectades.

La deposició per elements traça no mostrava una tendència senzilla. Més aviat, hi havia evidència estadística de diversos factors subjacents que governaven la variabilitat de les sèries temporals registrades: cicles estacionals, tendències, els efectes de la quantitat de precipitació, l’exportació de pols controlada pel clima i els canvis en les emissions antropogèniques.

**Sèries temporals de deposició** per als elements analitzats i la quantitat de precipitació (ppt, en mm) registrada durant períodes de mostreig de quatre setmanes del 2004 al 2013 a l’estació del llac Redon. Fixeu-vos en les interrupcions als eixos Y de la majoria de grafs. Les sèries temporals de deposició eren molt fluctuants. Una de les seves característiques era l’aparició d’esdeveniments extrems més o menys freqüents. Cap de les sèries temporals de la deposició mostrava una tendència monòtona evident. Només tenint en compte altres fonts subjacents de variació es van detectar tendències. Una anàlisi de regressió múltiple va mostrar que, en la majoria dels casos, hi havia un cicle estacional i un efecte de la quantitat de precipitació sobre la deposició. Quan es van eliminar, es va identificar una tendència a la baixa significativa (encara que feble) per a Al, Mn, Zn i Pb.

Tanmateix, vam identificar tres modes principals de variació. Per fer-ho, vam aplicar una Anàlisi Factorial (FA) a les nostres dades. L’AF és un mètode estadístic multivariant utilitzat per descriure la variabilitat entre variables observades i correlacionades en termes d’un nombre potencialment menor de variables no observades anomenades factors, que no estan correlacionades entre si. Els resultats de l’AF van ser que els elements analitzats es poden representar per tres factors. El primer factor (F1) incloïa els elements crustals (Al, Fe, Ti, Mn) i Pb. El segon factor (F2) incloïa el volum de precipitació, Ni, As i Cu (tot i que aquest últim amb una càrrega feble). Finalment, el tercer factor (F3) incloïa Zn, i dos elements que també es carregaven al primer factor: Mn i Pb.

**Canvis en el valor dels tres factors extrets per l’Anàlisi Factorial al llarg del temps.** Les línies vermelles mostren la sèrie suavitzada (LOESS) utilitzant dues proporcions de mostreig diferents per als valors suavitzats. Una proporció més gran (0,4 en aquest cas) produeix una línia més suau que revela variacions temporals més llargues; una proporció menor (0,1) preserva variacions més curtes com els cicles estacionals mostrats aquí.

Cada factor mostrava un patró diferent de variació al llarg del temps: F1 mostrava una fluctuació aparentment cíclica, amb cicles d’uns 8 anys. F2 va mostrar una tendència creixent constant. F3 va mostrar valors constants fins a mitjans de 2009 i després una tendència a la baixa, que va ser més pronunciada al principi que en els últims anys. A partir d’aquests resultats vam concloure que:

1) La deposició d’elements de l’escorça i Pb seguia la variació en NAO. Amb una NAO positiva, les condicions més seques al nord d’Àfrica poden afavorir l’incorporació de pols a l’atmosfera i, per tant, augmentar el transport dels elements associats. Les nostres dades mostraven una fluctuació que podria encaixar amb el cicle de ~8 anys descrit per a la NAO. La declaració va respondre a la fluctuació de la NAO amb un retard de sis mesos

2) La deposició de Ni, As i Cu va seguir una tendència alcista en la precipitació. L’augment de la precipitació al llarg del temps va ser causat per un nombre més gran d’esdeveniments en lloc d’esdeveniments més abundants. Una freqüència més alta, en lloc d’una intensitat més gran, pot conduir a un augment de l’eliminació d’aquests elements de l’atmosfera per precipitació. Per reflectir el canvi en la precipitació, els fluxos atmosfèrics dels elements en qüestió havien de ser força constants. En cas contrari, variacions marcades en l’oferta atmosfèrica (com les causades per la NAO o per canvis en les taxes d’emissió de contaminants) anul·larien l’efecte de la precipitació.

3) La deposició de Pb i Zn (i Mn en menor mesura) va seguir les emissions urbanes i industrials a Europa i Amèrica del Nord amb un retard d’uns 1-2 anys. La característica més important va ser una davallada pronunciada de les emissions que va començar cap al 2007-2008 (amb la crisi financera global i la posterior Gran Recessió), i va ser seguida per una disminució en la deposició a partir del 2009.

En conjunt, la deposició de fons dels elements traça semblava un procés complex, impulsat no per un únic factor subjacent sinó per una combinació, incloent-hi factors climàtics i antropogènics.

**Els patrons de variació de la F1 i de l’índex d’Oscil·lació de l’Atlàntic Nord** (NAOI) eren similars, però el Factor 1 es va retardar gairebé sis mesos (a), com mostra el gràfic de correlació creuada (b) entre les dues sèries temporals. La correlació màxima s’assoleix quan el Factor 1 es desplaça cap enrere respecte al NAOI amb un retard de ~6 mesos. Per tant, és possible que la deposició d’elements associats a F1 estigués influïda per les condicions meteorològiques (representades per NAOI) dels mesos anteriors. L’exportació de pols del nord d’Àfrica cap a la zona mediterrània està influenciada per la NAO, igual que la deposició d’elements associats a la pols, com ara la P, per exemple: valors més alts de la pols NAOI corresponen a condicions meteorològiques més seques al nord d’Àfrica i a la península Ibèrica del Sud, que afavoreixen l’exportació de pols, tant a la baixa humitat del sòl com a la poca esborrallada atmosfèrica a les zones font. Per explicar el desacoblament de 6 mesos entre el NAOI i la diposició, hipotetitzem que el NAO a l’hivern i a principis de primavera (la temporada de pluges a la zona) és crucial per determinar les condicions de sequedat al llarg de l’any, que al seu torn determinaran la producció de pols: els hiverns més secs a les zones font signifiquen una exportació de pols més alta, que es registra principalment com a major deposició estiuenca als Pirineus.

**Emissions totals de Pb i Zn a l’atmosfera procedents de França i Espanya durant el període 2004-2013**, expressades com a percentatge referint-se a les emissions de 2004. Les dades provenen de l’inventari d’emissions de la UE compilat dins del Conveni de la UNECE sobre la Contaminació Atmosfèrica Transfronterera de Llarg Abast (LRTAP), disponible aquí. La característica principal de la sèrie temporal és una disminució marcada al punt mig. Tot i que la introducció de tecnologia més neta ha jugat sens dubte un paper en la reducció de les emissions a llarg termini, la caiguda sobtada de les emissions s’atribueix a la crisi financera global de 2007-2008. La disminució coincident de la producció d’acer, tant un indicador de l’activitat industrial com una de les principals fonts d’emissió de Pb a Europa, recolza aquesta idea.

Camarero, L., Bacardit, M., De Diego, A. & Arana, G. (2017) Tendències decadals en la deposició atmosfèrica en una estació d’alta altitud: efectes del clima i la contaminació sobre el flux a llarg termini de metalls i elements traça al sud-oest d’Europa. Ambient atmosfèric, 167, 542-552.

Descarrega les dades aquí