Major and trace elements in aerosol of Central Antarctica (Dome C)

The knowledge of the chemical composition of the atmospheric aerosol in the Antarctic continent is essential to reconstruct the changes that occurred in the terrestrial atmosphere in the past, and at estimating the climatic and environmental changes expected for the future. In this scenario, the scientific objective of this project was to determine, for the first time in aerosol samples collected at Dome C, Antarctic plateau, the concentrations of major and trace elements. Moreover, the work was addressed at identifying their background levels and assessing temporal trends of these elements during the summer season. The study was also addressed at investigating the local impact generated directly by the scientific station activities and further ambitious targets of the research were to detect possible element associations and to infer, for each element/group of elements, on their main sources, and even their apportionment between the different sources. Advanced multivariate statistical techniques have been used for data analysis and further support tools have been employed for data interpretation: the analysis of local prevailing wind direction, the pathway of air masses coming to the sampling site from remote areas and the crustal and marine enrichment factors. Advanced statistical elaborations showed a good agreement and highlighted three groupings of elements, clustered around recognized marine, crustal and anthropic tracers. Results underline a general high pollution in the first part of the season, particularly in the proximity of the station, with decreasing level during the entire sampling period. Natural factors prevail in samples collected at the Astrophysic Tent, where aerosol atmospheric concentration is influenced also by air masses coming from remote sites. This Ph.D. project has opened new perspectives in understanding the major and trace element composition of the aerosol collected at the Antarctic Plateau, finding element associations deriving from either local or remote sources, reaching the most pristine area of the Planet. This aspect is considered fundamental, contributing to the knowledge of the atmospheric global circulation, in the view of estimating the climatic and environmental changes expected for the future.

La conoscenza della composizione chimica dell'aerosol atmosferico nel continente antartico è essenziale nello studio di cambiamenti climatici avvenuti nell’atmosfera del passato e per stimare i cambiamenti climatici e ambientali attesi in futuro. In questo scenario, l'obiettivo scientifico di questo progetto è stato la determinazione delle concentrazioni di elementi maggiori e in tracce in campioni di aerosol antartico prelevati nel sito remoto di Dome C. Sono stati identificati i livelli di fondo e i trend temporali di questi elementi durante la stagione estiva. Obiettivo ancor più ambizioso è stata l’individuazione di possibili associazioni di elementi, l’identificazione della loro provenienza fino alla loro ripartizione tra le diverse fonti. Si è inoltre indagato l'impatto locale determinato dalle attività della stazione scientifica. Per l'analisi dei dati sono state impiegate tecniche di statistica multivariata, supportate nell’interpretazione dei risultati, dall’analisi della direzione del vento prevalente, dalle retrotraiettorie delle masse d'aria pervenute al sito di campionamento e dai fattori di arricchimento crostale e marino. Le elaborazioni statistiche hanno mostrato un buon accordo tra loro e hanno evidenziato tre principali gruppi di elementi (marino, crostale e antropico), concentrati attorno a traccianti riconosciuti. I risultati hanno evidenziato un inquinamento generalizzato nella prima parte della stagione, in particolare in prossimità della base. Elementi di origine naturali hanno caratterizzato in prevalenza i campioni raccolti presso la Tenda Astrofisica, dove la concentrazione atmosferica di aerosol è influenzata soprattutto dalle masse d'aria provenienti da siti remoti. Questo progetto ha aperto nuove prospettive nella comprensione della composizione dell’aerosol antartico per quanto riguarda gli elementi maggiori e in tracce, trovando associazioni di elementi derivanti da fonti locali o remote. Questo aspetto è da considerarsi un contributo fondamentale alla conoscenza della circolazione atmosferica globale, nella prospettiva di stimare i cambiamenti climatici e ambientali attesi per il futuro.