תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית

1. זהום אטמוספרי חוצה גבולות במזרח התיכוןיגאל אראל1, אורי דיין2, מרדכי שטיין3, עמיר סנדלר3, בוריאנה קלדרון1,3, רעות רבי1, ג'נה ג'נדורף11 – המכון למדעי כדה"א, האוניברסיטה העברית2 – המחלקה לגיאוגרפיה, האוניברסיטה העברית3 – המכון הגיאולוגי של ישראל תודות: רבקה ניסן – האוניברסיטה העברית לודויג הליץ, אירנה סגל, אולגה יופה, שרה ארליך – המכון הגיאולוגי

2. 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)

3. 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) האם ניתן לזהות זהום זר באוויר של מרכזים עירונים 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

4. Time Resolution PM10 Sampler • Sensitive to changes in meteorological conditions • Small sample size Filter holder 0.5 mm Teflon filters controller pump ~ 1 m3/hr Sequential leaching (L0, L1, L2) Chemical and Isotopic Analysis Microscopy Archive

5. 238U 206Pb 235U 207Pb 232Th 208Pb 204Pb איזוטופים של עופרת(Pb) באטמוספרה עופרת נקשרת לחלקיקים וניתן להשתמש בהרכב האיזוטופי שלה למעקב אחרי החלקיקים ומקורותיהם לעופרת 4 איזוטופים יציבים: 208Pb, 207Pb, 206Pb, 204Pb. ניתן למדוד יחסים איזוטופים של עופרת בדיוק של ‰1 ± ואפילו פחות! • השכיחות הממוצעת היחסית של האיזוטופים היא: 37(208):1:17:15(204), אבל בדוגמת אבק ערכים אלהיכולים להשתנותבהתאם ליחסים בין האיזוטופים במקורות השונים וליחסי הערבוב ביניהם (מקור: בצר, סלע - הערכים נקבעים על פי ההיסטוריה הגיאולוגית וריכוזי אורניום, תוריום ועופרת) • לעופרת הנפלטת בארצות שונות סביב הים התיכון יחסים איזוטופים (206Pb/207Pb) עם ערכים שונים

6. יחסי 206Pb/207Pb של עופרת הנפלטת בארצות שונות סביב הים התיכון 1.153 1.164 1.11 1.159 1.12 1.115 1.123 1.140 1.14 1.12 1.14 1.119 1.095 1.155 Bollhofer & Rosman, 2001,2002 Hopper et al., 1991 Veron et al., 1999 This work באדום – ריכוזי עופרת גבוהים באטמוספרה

7. 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) 1980 – 85: 400 – 500 t Source: Min. Environment החל מ 2005: אין יותר שימוש בדלק עם עופרת בישראל USA EU From 2005: 2 - 3 t

8. מקדם העשרה (EF) EF = [TM]/[Al]sample/[TM]/[Al]crust הריכוז בקרום כדה"א – ערך מפתח מקורות אנתרופוגנים של מתכות: עופרת (Pb) – תחבורה, צריפת מתכות נחושת (Cu) – תעשיה, תחבורה אבץ (Zn) – תעשיה ניקל (Ni) – דלק, תעשיה זהום ודאי – רק כאשר 5≤EF n

9. cold depression Sharav cyclone Red Sea trough Summary of dust storm events Total of 11(+3) dust events, 69 samples Sampled in Givat Ram

10. אנליזה מינרלוגית של PM2.5 באבק מדברי באמצעות ESEM Chemical point analyses of PM2.5 using ESEM בעיקר חרסיות (אלומינו -סיליקטים) וקרבונטים, תחמוצות ברזל, גבס

11. ערכי EF בזמן סופות אבק על פי המצבים הסינופטיים אפיק ים סוף מזוהם ביותר – רוחות מזרחיות, מעבר האוויר מעל מרכז ירושלים בדרכו לגבעת רם L1 = dilute HNO3 dissolution L2 = HF + HNO3 ∴Al-Silicates אם מזוהם→קרקעות מזוהמות

12. Stage 3 PM10 concentration– Min. Environ. Stages of dust storm Stage 2 Stage 4 Stage 1 PM10 concentration (mg/m3) Stage 5 שלבי (stages) התפתחות סופת אבק טיפוסית. שלב 1 = לפני ההגעה של עננת האבק, שלב 2 = הגעת עננת האבק, שלב 3 = שיא הסופה, שלב 4 = שקיעת האבק או מעבר העננה מאזור הדגימה, שלב 5 = חזרה לערכי אבק של טרום הסופה.

13. ריכוז אבק ומקדמי העשרה של עופרת (Pb EF) בזמן שקע קר (שורש - 22-26.1.2004). בוורוד: ריכוז 10PM בכיכר ספרא. ריכוז המקטע המינראלי בזמן שיא הסופה היה כ 85% מכלל האבק הנשים. תופעה דומה של ירידה בערכי העשרה עם העלייה בכמות האבק קרתה במרבית סופות האבק. חשוב לזכור שרק ערכי העשרה גבוהים מ 5 מצביעים על זיהום ודאי. 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.

14. יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק L1 = dilute HNO3 dissolution ההרכב האיזוטופי של העופרת שנדגמה בשלב 1, 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? median EFPb-Ca(L1dust) = 333 max EFPb-Ca(IL soils)300= קרקעות ישראליות אינן יכולות להסביר EF

15. יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים קרבונטים ובזיהום שנספח על האבק Cairo Pb [Pb]=(1000-10,000)x[Pb]jer

16. יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק ראוי לציין את ההתאמה בין ערכי ההעשרה ובין היחסים האיזוטופים (הקו האנכי) L2 = HF + HNO3 ∴Al-Silicates אם מזוהם ← קרקעות מזוהמות

17. יחסים איזוטופיים של עופרת במינרלים סיליקטים באבק – השפעת המצב הסינופטי Sharav cyclone Red Sea trough cold depression Cairo Pb

18. יחסים איזוטופיים של עופרת בקרקעות מזוהמות בצידי כבישים בישראל Petrol-Pb currently emitted in Israel Natural Pb in Al-Si Pre-1992 petrol-Pb Natural Pb (non Al-Si) Teutsch et al., 2001

19. ג (א) תמונה אופיינית של דוגמת אבק מדברי (ESEM) – בעיקר מינרלים סיליקטים וקרבונטים (ב) חלקיק המורכב מעופרת מתכתית שנדגם בזמן סופת חול של שקע קר (אפריל 2004) (ג) חלקיק המורכב מאבץ וברזל שנדגם בזמן סופת אבק של שקע שרבי (אפריל 2003)

20. 90% התפלגות גודל של 3176 חלקיקים שנבחרו באפן אקראי מ 11 דוגמאות המייצגות את כלל המצבים הסינופטיים הקשורים לסופות האבק בישראל

21. מסלולי אוויר אופייניים (72hBT) לשלושת סוגי אפיק פרסי שנדגמו במהלך המחקר הנוכחי (א) אפיק פרסי עמוק (PT-d), (ב) אפיק פרסי רגיל (PT-r), (ג) אפיק פרסי רדוד (PT-s).

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

23. אנליזה מינרלוגית של PM2.5 באירוסולים של אפיק פרסי באמצעות ESEM בעיקר לא – מינרלים וסולפטים (לא גבס) חרסיות (באפיק רדוד) מלח-ים (באפיק עמוק)

24. Shallow PT דוגמאות אפיק פרסי עמוק מזוהמות לפחות כמו דוגמאות אפיק פרסי רדוד למרות רוחות חזקות יותר ותנאי ערבוב טובים יותר Deep PT יש קורלציה טובה מאד בין עופרת ושאר המתכות הנפלטות ממקורות אנתרופוגנים

25. יחסים איזוטופיים של עופרת ב 10PM שנדגם בזמן אירועים של אפיק פרסי Israel Turkey S. Italy Greece Moldavia Romania N. Italy Ukraine מבחינה איזוטופית יש 2 מרכיבי קצה עיקריים: אוקראיני וישראלי Shallow PT: 45±18% Ukraine Pb Deep PT: 74±13% Ukraine Pb לשני מרכיבי הקצה יש EF דומים לכן יחסי ערבוב דומים בעופרת ובכמות החלקיקים (המרכיב המינראלי) Additional source % Uk Pb = 100*{(206Pb/207Pb)smp – (206Pb/207Pb)IL}/ {(206Pb/207Pb)Uk – (206Pb/207Pb)IL}

26. תמונות מיקרוסקופ אלקטרוני (ESEM) של חלקיק אבק בזמן אפיק פרסי. 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 # particles*mass ~ measured [Pb, Cu, Zn]

27. עומס חלקיקים – המרכיב המינרלי (PM2.5, mg/m3) בתחנות הדגימה במצבים סינופטיים שונים

28. העשרה בעופרת לעומת סידן בתחנות הדגימה במצבים סינופטיים שונים

29. מסקנות המחקר • ברוב סופות אבק החלקיקים האטמוספריים מזוהמים. האבק מהווה מצע עליו שוקעים ואליו נספחים מזהמים תוך כדי הסעתו באטמוספרה. האבק מכיל גם קרקעות מזוהמות שהצטרפו לעננת האבק. חלק מהמזהמים מגיעים עם האבק מארצות שכנות וחלקם ממקורות זהום מקומיים. עיקר הזהום המקומי מורגש לפני הגעת עננת האבק. רק בסופות אבק גדולות במיוחד (מעל 1000 מיקרוגרם אבק למטר מעוקב) הזהוםזניח. • מרבית חלקיקי האבק נמצאים במקטע הקטן מ 2.5 מיקרון ועקב כך האבק מהווה סכנה בריאותית גם ללא קשר לדרגת זיהומו. • בזמן אפיק פרסי רוב החלקיקים המכילים את המתכות שנמדדו אינם מינרלים טבעיים • האבק בזמן אפיק פרסי מכיל אחוז ניכר של מזהמים שמקורם במזרח אירופה ולא בישראל. • הבדלים ניכרים בין ירושליםוגוש דן – לא תמיד גוש דן מזוהם יותר. • גם באזורים נידחים בישראל כגון דרום הנגב מידת הזיהום של האבק במתכות רעילות אינה נופלת ממידת הזהום במרכז הארץ.