זהום אטמוספרי חוצה גבולות במזרח התיכון

, בוריאנה 3, עמיר סנדלר3, מרדכי שטיין2, אורי דיין1יגאל אראל1, ג'נה ג'נדורף1, רעות רבי1,3קלדרון

– המכון למדעי כדה"א, האוניברסיטה העברית1 – המחלקה לגיאוגרפיה, האוניברסיטה העברית2

– המכון הגיאולוגי של ישראל3תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית

לודויג הליץ, אירנה סגל, אולגה יופה, שרה ארליך – המכון הגיאולוגי

90% the air trajectories within the atmospheric mixed layer reach Israel from : 1) North West Europe, crossing the Mediterranean Sea; 2) Eastern Europe; 3) the Arabian

Peninsula; 4a) North African coast; 4b) inland North Africa. (After Dayan, 1986)

3, 4a, 4b can cause dust storms

(4a also dust before rain)

2 prevails during the summer (PT)

זהום אוויר – גורם מרכזי לעליה בתחלואה של דרכי הנשימה •בישראל (כולל תמותה) בעיקר בילדים ובזקנים

יש עניין לצמצם את זיהום האוויר על ידי הפחתת פליטות •ממקורות זהום מקומיים (תעשייה ותחבורה)

מה התרומה של זהום אוויר זר (מארצות שכנות) לסך הזהום •הנמדד בישראל?

מתוך מרכיבי הזהום נתמקד בחלקיקים אטמוספריים (אבק •ואירוסולים)

מרכזים עירוניםהאם ניתן לזהות זהום זר באוויר של בישראל?

מטרות המחקר:

לזהות ולכמת זיהום אוויר חוצה גבולות בישראל במצבים סינופטיים שונים:

בזמן סופות אבק (רוב האבק מגיע ממדבריות – כלומר ממקורות טבעיים)

בזמן אפיק פרסי (רוב ימות הקיץ) כאשר האוויר מגיע ממזרח אירופה

controllerpumppump

Filter holde

r

Time Resolution PM10 Sampler

~ 1 m3/hr

0.5 mm Teflon filters

Sensitive to changes in meteorological conditions

Small sample size

Sequential leaching (L0, L1, L2)

Chemical and Isotopic Analysis

Microscopy

Archive

:השכיחות הממוצעת היחסית של האיזוטופים היא ערכים אלה), אבל בדוגמת אבק 204(1:17:15):208(37

בהתאם ליחסים בין האיזוטופים במקורות יכולים להשתנותהשונים וליחסי הערבוב ביניהם (מקור: בצר, סלע - הערכים

נקבעים על פי ההיסטוריה הגיאולוגית וריכוזי אורניום, תוריום ועופרת)

לעופרת הנפלטת בארצות שונות סביב הים התיכון יחסים) עם ערכים שונים206Pb/207Pbאיזוטופים (

איזוטופים של עופרת)Pb(

238U

235U

232Th

206Pb

207Pb

208Pb

204Pb

4לעופרת איזוטופים

יציבים:

208Pb, 207Pb, 206Pb, 204Pb.

באטמוספרה עופרת נקשרת לחלקיקים וניתן להשתמש בהרכב האיזוטופי שלה למעקב אחרי החלקיקים ומקורותיהם

ניתן למדוד יחסים איזוטופים של עופרת ואפילו פחות!± ‰1בדיוק של

1.119

1.14

1.164

1.095

1.121.140

1.11

1.115

1.155

1.14

1.12

Bollhofer & Rosman, 2001,2002

Hopper et al., 1991

Veron et al., 1999

This work

1.159

1.153

1.123

של עופרת הנפלטת בארצות שונות 206Pb/207Pbיחסי סביב הים התיכון

באדום – ריכוזי עופרת גבוהים באטמוספרה

ריכוזי עופרת באוויר של ירושלים:

1.1980-82: ~500 ng/m3 (Malenky et al., 1983)

2.1997: 20 – 25 ng/m3

3.2001 – 2003: 5 - 20 ng/m3 (up to 170 during dust storms)

החל מ 2005 :

אין יותר שימוש

בדלק עם עופרת בישראל

Pb emissions from cars in Israel

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1985 1990 1995 2000 2005

years

Pb

(t) Pb (leaded) (t)

Pb (unleaded) (t)

Pb (total) (t)

1980 – 85: 400 – 500 t

Source: Min. Environment

From 2005: 2 - 3 t

USA EU

EF = [TM]/[Al]sample/[TM]/[Al]crust

הריכוז בקרום כדה"א – ערך מפתח

)EF (מקדם העשרה

n

מקורות אנתרופוגנים של מתכות:

) – תחבורה, צריפת Pbעופרת (מתכות

) – תעשיה, תחבורהCuנחושת (

) – תעשיהZnאבץ (

) – דלק, תעשיהNiניקל (

זהום ודאי – רק כאשר

5 ≤ EF

Summary of dust storm eventsDust storm

s

Red SeaTrough

Eastern high western low

Sharav Cyclone

Cold Depressi

on

2001-12-

200222--

20031-32

2004--1

Sum3353

Total of 11(+3) dust events, 69 samples

Sampled in Givat Ram

Red Sea trough

cold depressionSharav cyclone

Chemical point analyses of PM2.5 using ESEM

אנליזה מינרלוגית של

PM2.5 באבק מדברי באמצעות

ESEM בעיקר חרסיות(אלומינו -סיליקטים) וקרבונטים, תחמוצות

ברזל, גבס

L1

0

60

120

180

Ni Cu Zn Pb

EF

Red Sea trough

Sharav cyclone

Cold depression

L2

0

15

30

45

60

Ni Cu Zn Pb

EF

Red Sea trough

Sharav cyclone

Cold depression

L1 = dilute HNO3 dissolution

L2 = HF + HNO3

∴Al-Silicates

→ אם מזוהםקרקעות מזוהמות

בזמן סופות אבק על פי המצבים EFערכי הסינופטיים

אפיק ים סוף מזוהם ביותר – רוחות

מזרחיות, מעבר האוויר מעל מרכז

ירושלים בדרכו לגבעת רם

= לפני ההגעה של 1) התפתחות סופת אבק טיפוסית. שלב stagesשלבי ( = 4 = שיא הסופה, שלב 3 = הגעת עננת האבק, שלב 2עננת האבק, שלב

= חזרה לערכי אבק 5שקיעת האבק או מעבר העננה מאזור הדגימה, שלב של טרום הסופה.

PM10 concentration (g/m3)

Stage 1

Stage 2

Stage 3

Stage 4

Stage 5

PM10 concentration– Min. Environ.

Stages of dust storm

(. בוורוד: 22-26.1.2004 )שורש - שקע קר( בזמן Pb EFריכוז אבק ומקדמי העשרה של עופרת ) מכלל האבק 85% בכיכר ספרא. ריכוז המקטע המינראלי בזמן שיא הסופה היה כ 10PMריכוז

הנשים. תופעה דומה של ירידה בערכי העשרה עם העלייה בכמות האבק קרתה במרבית סופות מצביעים על זיהום ודאי.5האבק. חשוב לזכור שרק ערכי העשרה גבוהים מ

החיצים השחורים מציינים את משך הדגימה

והם מחולקים לפי הפילטרים השונים. המספרים מעל החץ

מייצגים את יחס ההעשרה של עופרת

במרכיב הקרבונטי של האבק )הכולל גם זיהום שנספח על פני השטח

של האבק(. המספרים מתחת לחץ מייצגים את

יחס ההעשרה של עופרת במקטע הסיליקטי של

האבק.

ההרכב האיזוטופי של העופרת

, 1שנדגמה בשלב לפני הגעת עננת האבק הכי דומה בהרכבה לעופרת

הנפלטת בישראל. אם כי גם בשלב זה

ובמיוחד בשלבים הבאים של הסופה

ישנה תרומה משמעותית

מקרקעות מזוהמות

וממקורות ? נוספים

2.05

2.10

2.15

1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22

stage 1

stage 2

stage 3

stage 4

stage 5

endmembers

20

8P

b/2

06P

b L

1

206Pb/207Pb L1

4

6average EF = 102

4

Natural Pb in soils

Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in polluted soils

Petrol-Pb currently emittedin Israel

L1 = dilute HNO3 dissolution

יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק

median EFPb-Ca(L1dust) = 333

max EFPb-Ca(IL soils)300=

קרקעות ישראליות אינן יכולות להסביר

EF

2.05

2.10

2.15

1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22

stage 1

stage 2

stage 3

stage 4

stage 5

endmembers

20

8P

b/2

06P

b L

1

206Pb/207Pb L1

4

6average EF = 102

4

Natural Pb in soils

Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in polluted soils

Petrol-Pb currently emittedin Israel

Cairo Pb

[Pb]=(1000-10,000)x[Pb]jer

יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק

208P

b/20

6P

b L

2

206Pb/207Pb L2

2

Petrol-Pb curently emitted in Israel

Natural Pb in soils

8EF > 5

EF < 5

2.05

2.10

2.15

1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22

endmembers

stage 1

stage 2

stage 3

stage 4

stage 5

Petrol-Pb emitted in Israel before 1992 - now in soils

יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק

L2 = HF + HNO3

∴Al-Silicates

←אם מזוהם

קרקעות מזוהמות

ראוי לציין את ההתאמה בין

ערכי ההעשרה ובין היחסים האיזוטופים (הקו האנכי)

2.050

2.100

2.150

1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22

Red Sea

Eastern High

Sharav Cyclone

Cold Depression

endmembers

20

8P

b/2

06P

b L

1

206Pb/207Pb L1

Petrol-Pb currently emitted in Israel

Natural Pb in soils

Petrol-Pb emitted in Israel before 1992- now in soils

Cairo Pb

Sharav cyclone

Red Sea trough

cold depression

יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק – השפעת המצב הסינופטי

2.03

2.05

2.07

2.09

2.11

2.13

2.15

1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20 1.22

carborgFe-oxAl-Si

208

Pb

/206

Pb

206 Pb/ 207 Pb

American petrol-Pb

NaturalPb

Europeanpetrol-Pb

Petrol-Pb currently emitted in Israel

Pre-1992 petrol-Pb

Natural Pb (non Al-Si)

Natural Pb in Al-Si

Teutsch et al., 2001

יחסים איזוטופיים של עופרת בקרקעות מזוהמות בצידי כבישים בישראל

)א( תמונה אופיינית של דוגמת אבק מדברי (ESEM בעיקר מינרלים סיליקטים וקרבונטים – )

)ב( חלקיק המורכב מעופרת מתכתית שנדגם בזמן (2004סופת חול של שקע קר )אפריל

שנדגם בזמן סופת )ג( חלקיק המורכב מאבץ וברזל (2003אבק של שקע שרבי )אפריל

ג

11 חלקיקים שנבחרו באפן אקראי מ 3176התפלגות גודל של דוגמאות המייצגות את כלל המצבים הסינופטיים הקשורים

לסופות האבק בישראל

90%

שנדגמו אפיק פרסי) לשלושת סוגי 72h BTמסלולי אוויר אופייניים (), (ב) אפיק פרסי רגיל PT-dבמהלך המחקר הנוכחי (א) אפיק פרסי עמוק (

)PT-r) (ג) אפיק פרסי רדוד ,(PT-s.(

Wanger et al. (2000) Some observational and modeling evidence of long range transport of air pollutants from Europe towards the Israeli coast

Lelieveld et al. (2002) Global Air Pollution Crossroads over the Mediterranean

Luria et al. (1996) Atmospheric sulfur over the east Mediterranean region.

אנליזה מינרלוגית PM2.5של

באירוסולים של אפיק פרסי

ESEMבאמצעות

בעיקר לא – וסולפטים מינרלים

(לא גבס)

חרסיות (באפיק רדוד) מלח-ים (באפיק עמוק)

0

300

600

900

1200

Ni Cu Zn Pb

EF

Shallow PT

0

300

600

900

1200

Ni Cu Zn Pb

EF

Deep PT

יש קורלציה טובה מאד בין עופרת ושאר המתכות

הנפלטות ממקורות אנתרופוגנים

דוגמאות אפיק פרסי עמוק מזוהמות

לפחות כמו דוגמאות אפיק פרסי רדוד

למרות רוחות חזקות יותר ותנאי ערבוב

טובים יותר

% Uk Pb = 100*{(206Pb/207Pb)smp – (206Pb/207Pb)IL}/ {(206Pb/207Pb)Uk – (206Pb/207Pb)IL}

2.080

2.090

2.100

2.110

2.120

2.130

2.140

2.150

1.110 1.120 1.130 1.140 1.150 1.160 1.170

206Pb/207Pb

208 P

b/20

6 Pb PT r

PT d

PT s

endmembers

Israel

S. Italy

Turkey

Greece

Moldavia

Romania

UkraineN. Italy

Shallow PT: 45±18% Ukraine Pb

Deep PT: 74±13% Ukraine Pb

Additional source

שנדגם בזמן אירועים של 10PMיחסים איזוטופיים של עופרת ב אפיק פרסי

לשני מרכיבי הקצה יש EFדומים

לכן

יחסי ערבוב דומים בעופרת ובכמות

החלקיקים (המרכיב המינראלי)

מבחינה איזוטופית יש

מרכיבי 2קצה

עיקריים: אוקראיני

וישראלי

# particles*mass ~ measured [Pb, Cu, Zn]

) של חלקיק אבק בזמן אפיק פרסי. ESEMתמונות מיקרוסקופ אלקטרוני (החלקיקים הזוהרים בולטים במספרם הרב. חלקיקים אלה מכילים בעיקר

עופרת, נחושת, אבץ וברזל מתכתיים

אפיק פרסי עמוק: יש יותר חלקיקים מתכתיים לעומת אפיק פרסי רדוד

בתחנות ) PM2.5, g/m3 (עומס חלקיקים – המרכיב המינרליהדגימה במצבים סינופטיים שונים

העשרה בעופרת לעומת סידן בתחנות הדגימה במצבים סינופטיים שונים

מסקנות המחקר האבק מזוהמים החלקיקים האטמוספריים סופות אבקברוב .

מהווה מצע עליו שוקעים ואליו נספחים מזהמים תוך כדי הסעתו שהצטרפו קרקעות מזוהמותבאטמוספרה. האבק מכיל גם

מארצות לעננת האבק. חלק מהמזהמים מגיעים עם האבק המקומי וחלקם ממקורות זהום מקומיים. עיקר הזהום שכנות

הגעת עננת האבק. רק בסופות אבק גדולות במיוחד לפנימורגש .זניח הזהום אבק למטר מעוקב) מיקרוגרם1000(מעל

מיקרון2.5הקטן מ מרבית חלקיקי האבק נמצאים במקטע ועקב כך האבק מהווה סכנה בריאותית גם ללא קשר לדרגת

זיהומו. בזמן אפיק פרסי רוב החלקיקים המכילים את המתכות

אינם מינרלים טבעייםשנמדדו שמקורם מזהמים מכיל אחוז ניכר של אפיק פרסי האבק בזמן

ולא בישראל. במזרח אירופהלא תמיד גוש דן מזוהם וגוש דן ירושלים ניכרים בין הבדלים –

יותר. של מידת הזיהום בישראל כגון דרום הנגב נידחים גם באזורים

.במרכז הארץהאבק במתכות רעילות אינה נופלת ממידת הזהום