Relazione tra valori δ e il rapporto di mescolamento

La composizione isotopica del vapore acqueo pu`o essere misurata in qualsiasi condizione meteorologica (a differenza delle precipitazioni) e pu`o essere mes- sa in relazione alla concentrazione di vapore in atmosfera.

Figura 4.11: Composizione isotopica del vapore in funzione del rapporto di mescola- mento (w). (a) δ18_{O in funzione di w, la curva verde e la curva blu sono calcolate con il}

modello di mescolamento di equazione 2.52 con δF pari alla composizione isotopica delle

precipitazioni e all’intercetta del KP, rispettivamente. (b) KP di δ18_{O (−11.8 ± 0.4h).}

(c) e (d), δD vs w e KP di δD (−80 ± 4h), rispettivamente. Stessi colori di (a) e (b). I campioni segnati come outliers in rosso, sono stati esclusi dalla regressione lineare del KP.

La correlazione che pu`o esistere tra composizione isotopica e concentrazione di vapore (in questo caso rapporto di mescolamento, w) pu`o essere associata a due principali processi: una distillazione di tipo Rayleigh oppure a me- scolamento tra due (o pi`u) membri. Nel primo caso, le osservazioni della composizione isotopica del vapore sul piano δ-w possono essere descritte da una curva di tipo logaritmico. Nel secondo caso invece `e possibile distinguere una curva iperbolica sul piano δ-w (Noone, 2012). Le osservazioni compiu- te durante la campagna 2015-2016 riportate sul piano δ18_{O-w e δD-w sono}

visibili nelle Figure 4.11a e 4.11c, rispettivamente. Dato che la forma della distribuzione appare chiaramente iperbolica, viene assunto come principale processo il mescolamento tra due membri. Per utilizzare il semplice modello di mescolamento di equazione 2.52 sono stati identificati un potenziale Dry End Member (w0 e δ0) e due potenziali valori per δF (le linee Mix ET e Mix

KP di Figura 4.11a e 4.11b).

Il Dry End Member pu`o essere paragonato ad una massa d’aria che rag- giunge il sito di campionamento discendendo dall’atmosfera libera caratte- rizzata quindi da bassi valori δ e w, come riportato da diversi studi (He e Smith, 1999; Rozanski e Sonntag, 1982; Strong et al., 2007; Tsujimura et al., 2007). Dato che non sono disponibili profili verticali della composizione iso- topica nell’area di campionamento `e stato utilizzato un semplice approccio Trial and error utilizzando le retrotraiettorie.

Figura 4.12: Retrotraiettoria media del 25 Novembre 2015 usata come riferimento per la stima del Dry End Member. (a) Provenienza della massa d’aria e andamento del rapporto di mescolamento durante il percorso. La posizione della massa d’aria `e riportata ogni 6 ore con dei circoletti bianchi. (b) Andamento verticale della massa d’aria e stima della composizione isotopica del vapore al suo interno partendo dalla quota pi`u alta (∼ 2500m, w0= 2.5 mmol mol-1, δ18O0= −34h e δD0= −260h).

Nel caso ideale, una massa d’aria che giunge da nord attraversando l’Europa sar`a impoverit`a d’umidit`a presentando bassi valori δ, perch´e fortemente di- stillata, ed elevati valori di eccesso di deuterio perch´e mescolata con vapore di origine continentale (vapore riciclato). La retrotraiettoria calcolata per il 25 Novembre 2015 `e quella che pi`u si avvicina alle condizioni ideali ed `e

stata utilizzata come riferimento per la stima del Dry End Member. Come si pu`o vedere da Figura 4.12a, la retrotraiettoria usata come riferimento `e caratterizzata da bassi valori di w durante il passaggio sopra l’Europa con- tinentale. La quasi totalit`a dell’umidit`a viene acquisita durante le ultime 48 ore, dove passa da 2.5 mmol mol-1 _{(stimato da dati ERA-Interim) a 4.8}

mmol mol-1_{(misurati a Venezia). Come si pu`o osservare dal grafico di Figura}

4.12b, durante le ultime 48 ore il vapore viene acquisito dalla massa d’aria al di sotto della quota media del PBL ed `e quindi ragionevole assumere che si tratti di vapore di origine continentale. Utilizzando il box model di sezione 2.3.4 `e stata calcolata la composizione isotopica iniziale del vapore nota la composizione isotopica finale misurata a Venezia. Per semplicit`a sono state fatte le seguenti assunzioni durante le ultime 48 ore:

❼ il rapporto di mescolamento della massa d’aria varia in maniera costan- te (0.05 mmol mol-1 _h-1_),

❼ la temperatura `e costante ed `e pari a quella stimata da dati ERA- Interim (T2m=-3➦C),

❼ la composizione isotopica della sorgente di vapore `e uguale a quella stimata per Novembre da dati IAEA/WMO (2016) e cio`e δ18_{O = −11h}

e δD = −78h,

❼ il modello Craig-Gordon `e stato parametrizzato con θ = 1 e n = 0.7510_.

Partendo da una composizione isotopica iniziale di δ18_O

0 = −34h e δD0 =

−260h, con w0 = 2.5 mmol mol-1`e stata stimata una composizione isotopica

finale pari a δ18_{O = −25h e δD = −179h, confrontabile con quella misurata}

a Venezia e cio`e δ18_{O = −24.7±0.8h e δD = −179±8h (media e deviazione}

standard dei valori misurati tra le 17:00 del 24 Novembre e le 9:00 del 25 Novembre 2015, UTC+1). L’elevato valore di d misurato (18.6h) pu`o essere dovuto al mescolamento di vapore locale con vapore di origine continentale. Come accennato, sono stati utilizzati due valori δF nel modello di mesco-

lamento di equazione 2.52 e cio`e:

❼ Mix ET, dove la composizione isotopica del flusso di vapore `e ugua- le alla composizione isotopica delle precipitazioni per il sito di cam- pionamento: δ18_O

F = −6.7h e δDF = −45h (media pesata per la

precipitazione),

10_{Non essendo possibile determinare θ e n come `e stato fatto nel capitolo 6, per questa}

simulazione sono stati utilizzati valori comunemente accettati in letteratura (Horita et al., 2008).

❼ Mix KP, dove la composizione isotopica del flusso di vapore `e uguale all’intercetta del KP: δ18_O

F = −11.8h e δDF = −80h.I KP per δ18O

e δD sono visibili in Figura 4.11b e 4.11d, rispettivamente.

Si pu`o chiaramente vedere in Figura 4.11 che Mix ET rappresenta il massimo valore δ che pu`o assumere il vapore in determinate condizioni di rapporto di mescolamento, infatti la quasi totalit`a (96%) delle osservazioni si trova sotto la linea verde. Il modello Mix KP invece descrive con buona approssima- zione l’andamento delle osservazioni, come visibile d’altronde dall’evidente relazione lineare che emerge dal KP. Considerando l’errore standard del- la regressione lineare del KP, il 95% delle osservazioni ricade nella banda di predizione.Tuttavia, alcuni campioni evidentemente fuori dalla semplice relazione lineare non sono stati presi in considerazione per il calcolo della regressione. Queste osservazioni sono riportate in Figura 4.11 come Outliers. In ogni caso, da quanto emerge dal confronto tra Mix ET e Mix KP `e pos- sibile affermare che, per l’area di studio, il processo di evaporazione domina sul processo di traspirazione (dove δF `e uguale alla composizione isotopica

delle precipitazioni).