Stagionalità del DMS: confronto Antartide Centrale vs Antartide Costiera

In figura 3.3.1 è riportato l’andamento della concentrazione atmosferica del DMS: si può osservare che durante il periodo Dicembre 2006 – Gennaio 2007 sono stati riscontrati livelli di DMS nell’atmosfera al di sotto del detection limit (0.5 pptv nelle conzioni di campionamento: volume di aria aspirata > di 100 L), eccetto che per il giorno 24 Gennaio. Nei mesi di Febbraio e Marzo il DMS ha iniziato ad essere rilevabile raggiungendo comunque valori di pochi pptv. Durante la prima parte dell’inverno (fine Aprile – Luglio) la concentrazione del DMS nell’aria ha raggiunto i valori massimi (fino a 11 pptv) mentre nella seconda parte dell’inverno, è gradualmente diminuita passando dai 4.5 pptv (osservati a fine Luglio) a 1 pptv (Settembre) fino a raggiungere valori inferiori a 0.5 pptv nel tardo Novembre. I valori veramente bassi registrati a metà estate a Concordia sono in accordo con quelli ottenuti durante le campagne ISCAT 1998 – 2000 a South Pole (Davis et al., 2004) dove dal 12 Novembre al 31 Dicembre sono stati registrati livelli di concentrazione di DMS (deteriminato mediante tecnica GC-MS) al di sotto del detection limit (2 pptv), raggiungendo 2.4 pptv il 12 Gennaio e 7.3 pptv il 1 Febbraio (Swanson et al., 2004).

E’ da notare che i dati del DMS ottenuti per l’intera durata del periodo invernale a Concordia, sono fino adesso “unici” per l’Antartide Centrale.

Il ciclo stagionale del DMS a Concordia, caratterizzato da valori minimi durante l’estate, si differenzia da quello osservato nel sito costiero di Dumont d’Urville (figura

3.3.1). C’è anche da notare che le concentrazioni misurate a DDU nel 2007 sono

notevolmente più basse se comparate con quelle dei precedenti periodi estivi. Una variabilità interannuale così forte dei livelli atmosferici del DMS nei siti costieri antartici è da attribuire principalmente alle variazioni stagionali delle concentrazioni di DMS prodotte dall’attività biogenica marina (Preunkert et al., 2007). Considerando il valore medio della concentrazione di DMS nei due siti e dato il suo tempo di vita nell’atmosfera di 1.2 giorni nel mese di Gennaio e considerando solamente le reazioni di ossidazione da parte dell’ OH, sarebbe necessario un trasporto delle masse d’aria della durata di 7 giorni dalle zone antartiche costiere alle zone più interne del continente, perché i livelli di DMS di 40 pptv osservati a DDU (figura 3.3.1) cadano al di sotto del detection limit a Concordia. Questo è in accordo con un tipico trasporto delle masse d’aria dai siti costieri ai siti più interni dell’Antartide, di circa 9 giorni (Swanson et al.,

2004). Se si considerasse anche la reazione con la specie BrO, (oltre a quella con l’OH),

Figura 3.3.1 Valori di concentrazione medi mensili del DMS (nel 2007) e delle specie

MS- e nssSO42- (nel 2006) a Concordia (destra) e a Dumont d’Urville (DDU, sinistra).

Per quanto riguarda i dati registrati alla stazione di DDU, le linee sottili indicano la variabilità interannuale delle medie mensili (media + deviazione standard) per il periodo 1999-2006. l’area evidenziata in grigio si riferisce invece alla fine del 2006 per i dati del

tempo di vita del DMS rispetto alle reazioni con l’OH diventa più lungo (6 giorni per i siti costieri e 12 giorni per quelli di plateau) e i 24 pptv riscontrati a DDU dovrebbero scendere a 9 pptv a Concordia per un transito delle masse d’aria sempre di 9 giorni. Sebbene ci sia un’incertezza, questi calcoli mostrano chiaramente che il recupero del DMS a Concordia alla fine dell’estate è in relazione al fatto che si osserva un aumento del tempo di vita dello stesso, dovuto ad una diminuzione dei livelli di ossidanti nell’atmosfera, che contrasta la riduzione delle concentrazioni di DMS al di sopra dell’Oceano Antartico. Nel tardo inverno l’andamento del livello del DMS registrato nel sito costiero antartico è in buon accordo con quello registrato a Concordia (figura

3.3.2). In inverno (Aprile – Settembre) diminuisce il rapporto della quantità di DMS

passando dai siti costieri a quelli antartici più interni e resta al di sotto di un fattore 2.6. Questa “relativamente” piccola differenza tra la concentrazione del DMS presente nello strato limite marino (marine boundary layer) e nell’atmosfera al di sopra dell’Antartide Centrale, suggerisce che in quel momento dell’anno, la fotochimica che interessa la specie DMS resta molto debole. Sicuramente il tempo di vita del DMS rispetto alle reazioni con l’OH è maggiore in questa stagione (per esempio a Maggio il tempo di vita è 60 giorni) ma devono essere prese in considerazione anche le reazioni con il radicale NO3. Ad oggi non esiste un data set di misure di questa specie per l’atmosfera antartica:

l’unica informazione disponibile è che le concentrazioni di NO3 restano al di sotto di 2

pptv nei siti costieri anche durante il periodo invernale (Jones et al., 2007). Il modello di trasporto chimico (IMAGE) simula per l’NO3 una concentrazione massima a DDU

nel mese di Luglio, pari a 0.06 pptv (Pham et al., 1995). La costante di velocità della reazione tra DMS e NO3 (1.8 x 10-12 cm3 molecole-1 s-1 a 230 K, http://www.iupac-

kinetic.ch.cam.ac.uk/) porterebbe ad un tempo di vita del DMS in Luglio pari a 4 giorni.

Così, i dati di DMS da DDU a Concordia tenderebbero a suggerire che la concentrazione di 0.06 pptv per la specie NO3 in Antartide nel periodo invernale

rappresenta il limite massimo. C’è da notare anche che un tempo di vita del DMS della durata di pochi giorni in inverno dovrebbe suggerire anche un basso livello della specie BrO (cioè minore di 0.1 pptv per un tempo di vita di 4 giorni). Una così bassa concentrazione di BrO a metà inverno è in buon accordo con le osservazioni effettuate nelle regioni antartiche costiere.

Figura 3.3.2 Confronto delle concentrazioni delle specie DMS (dalla fine del 2006 al

2007), MS-, nssSO42- e Na+ (dalla fine del 2005 al 2006) e del rapporto MS-/nssSO42-

(w/w, dalla fine del 2005 al 2006) a DDU (linea sottile) e a Concordia (linea marcata). (Preunkert et al., 2008)