Chaque été, les météorologues diffusent des informations sur les panaches de poussière africains traversant le sud des États-Unis. Et pour la plupart des gens, ce n'est que de la poussière, mais pour les chercheurs de la Texas A&M University, c'est bien plus.

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode appelée bilan de masse chimique à résolution isotopique pour identifier les particules de poussière à l'aide de mesures isotopiques. Leurs nouvelles recherches s'appuient sur des études antérieures où ils ont identifié et quantifié la poussière en déterminant la composition élémentaire.

L'étude a été récemment publiée dans Environmental Science &Technology .

Pour faire ce travail, l'équipe - en particulier Sourav Das, assistante de recherche et doctorante au Département de génie civil et environnemental de Zachry - a collaboré avec Brent Miller, professeur de géologie et de géophysique à Texas A&M, et des chercheurs de l'Université de Miami.

"Nous sommes l'un des très rares groupes qui étudient comment cette poussière africaine ou tout type de sources de poussière mondiales ou régionales influencent la pollution atmosphérique locale en se mélangeant avec des aérosols provenant de diverses sources proximales", a déclaré le Dr Shankar Chellam, professeur de génie civil et environnemental. et AP et Florence Wiley Professeur III. "Sourav a d'abord dû développer une toute nouvelle méthode instrumentale pour mesurer la composition isotopique et élémentaire de la poussière, puis effectuer une modélisation à l'aide de ces mesures."

Auparavant, les étudiants de Chellam ont examiné et déterminé l'analyse élémentaire de la poussière africaine, mais cette nouvelle méthode quantifie la composition isotopique de trois métaux différents qui servent de traceurs uniques. Un élément pourrait être étiqueté simplement comme strontium (un métal alcalino-terreux), mais les géochimistes l'étiquetteraient soigneusement comme strontium 86 ou 87, selon la masse atomique, par exemple. Pour la poussière, ils ont analysé le néodyme, un métal de terre rare, ainsi que le strontium et l'hafnium.

Chellam a suggéré de considérer l'analyse élémentaire comme l'identification d'une empreinte digitale complète. Mais cette nouvelle méthode revient à identifier chaque courbe et rainure de l'empreinte digitale. Das a ajouté que l'analogie est que des sources chimiquement similaires sont comme des jumeaux avec le même visage, mais dont les empreintes digitales seraient uniques, ce qui peut être quantifié à l'aide d'isotopes.

"Comment pouvons-nous améliorer la précision non seulement de l'identification de la poussière africaine, mais aussi de la quantification de ses contributions (dans l'air) à de faibles niveaux avant l'arrivée du panache principal et après son départ ?" demanda Chelam. "Pour ce faire, c'est une tâche herculéenne. Si c'était difficile auparavant, il est maintenant dix fois plus difficile de rechercher de faibles concentrations."

Le suivi précis et quantitatif de la poussière saharienne à travers le monde est essentiel pour expliquer ses effets sur le climat de la Terre, le cycle de l'eau et des nutriments et la santé humaine. Dans des études précédentes, des échantillons d'air ont été prélevés à la Barbade et à Houston à des moments différents, mais cette étude est distincte car ils ont suivi les mêmes panaches de poussière d'Afrique à Houston en utilisant des images satellites de la NASA et des modèles à grande échelle.

"Personne n'a jamais déterminé ces trois isotopes dans la poussière africaine en rapport avec la pollution atmosphérique urbaine, il n'y a donc pas de modèle pour cela", a déclaré Chellam. "Sourav a dû améliorer le modèle existant pour ajouter la capacité de modéliser statistiquement les empreintes isotopiques en plus des données élémentaires."

Lorsque l'on regarde le sol d'Afrique ou de Houston, la composition élémentaire est essentiellement la même. Mais en approfondissant le domaine des isotopes, les chercheurs ont quantifié à quel point le matériel crustal remis en suspension est différent des deux continents, en particulier après avoir traversé l'océan Atlantique.

"Nous avons constaté que lorsque vous quantifiez avec précision la poussière africaine à Houston, nous mesurons également avec précision d'autres sources", a déclaré Das. "C'est plus une méthode universelle. Si vous avez deux ou trois sources qui se ressemblent en raison de leur composition (par exemple, la poussière d'Afrique du Nord et la poussière remise en suspension à Houston), nous pouvons les distinguer plus précisément. Cette méthode d'utilisation des isotopes n'est pas seulement applicable à une zone géographique ou à un sujet particulier, mais s'applique davantage à n'importe quel endroit et à de nombreux domaines de pollution de l'air."

La pollution de l'air peut être causée par le raffinage du pétrole dans les zones industrielles, les véhicules et des facteurs naturels tels que la poussière et la fumée des incendies, qui affectent la qualité de l'air. Selon les chercheurs, il est clairement nécessaire de mieux comprendre les propriétés chimiques et physiques de l'air pour évaluer les effets potentiels de la poussière sur la santé. Cette méthode isotopique peut être appliquée et mise en œuvre dans n'importe quelle région métropolitaine ou éloignée d'Amérique du Nord, d'Europe et d'Asie touchée par les aérosols du désert.

"Il existe de nombreuses autres possibilités où nous pouvons appliquer cette méthode basée sur les isotopes pour quantifier les aérosols anthropiques et naturels polluant l'air urbain", a déclaré Das. + Explorer plus loin

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