Vol. 34, issue 12, article # 3

Arshinova V. G., Arshinov M. Yu., Belan B. D., Davydov D. K., Ivlev G. A., Kozlov A. V., Kozlov A. S., Rasskazchikova T. M., Simonenkov D. V., Tolmachev G. N. Vertical distribution of n-alkanes in atmospheric aerosol in the Russian Arctic in September 2020. // Optika Atmosfery i Okeana. 2021. V. 34. No. 12. P. . DOI: 10.15372/AOO20211203 [in Russian].
Copy the reference to clipboard

Abstract:

A combined experiment aimed at the study of the air composition over all the seas of the Russian Arctic was carried out in September 2020 with the Optik Tu-134 flying laboratory. The experiment included sampling the atmospheric aerosol in a layer of 200 to 9000 m above the sea level and determining the concentration of saturated hydrocarbons (n-alkanes) in aerosol particles. Saturated hydrocarbon compounds С9Н20–С27Н56 were detected. The main mass of this class of organic compounds is concentrated in the narrower range С10Н22–С20Н42. The concentrations of n-alkanes in aerosol over all the seas were low (9.3–12.6 ng/m3). The only exception was the Chukchi Sea, over which the concentrations reached 37.7 ng/m3.

Keywords:

Arctic, atmosphere, aerosol, saturated hydrocarbons (n-alkanes), vertical distribution

Figures:

References:

1. Semenov V.A. Sovremennye issledovaniya klimata Arktiki: progress, smena kontseptsij, aktual'nye zadachi // Izv. RAN. Fiz. atmosf. i okeana. 2021. V. 57, N 1. P. 21–35.
2. Richter-Menge J., Druckenmiller M.L. The Arctic // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2020. V. 101, N 8. P. S245–S285. DOI: 10.1175/BAMS-D-20-0086.1.
3. Yamanouchi T., Takata K. Rapid change of the Arctic climate system and its global influences – overview of GRENE Arctic climate change research project (2011–2016) // Polar Sci. 2020. V. 25. P. 100548.
4. Vasiliev A.A., Drozdov D.S., Gravis A.G., Malkova G.V., Nyland K.E., Streletskiy D.A. Permafrost degradation in the Western Russian Arctic // Environ. Res. Lett. 2020. V. 15, N 4. P. 045001.
5. Box J.E., Colgan W.T., Christensen T.R., Schmidt N.M., Lund M., Parmentier F.-J.W., Brown R., Bhatt U.S., Euskirchen E.S., Romanovsky V.E., Walsh J.E., Overland J.E., Wang M., Corell R.W., Meier W.N., Wouters B., Mernild S., Mård J., Pawlak J., Olsen M.S. Key indicators of Arctic climate change: 1971–2017 // Environ. Res. Lett. 2019. V. 14, N 4. P. 045010.
6. Vinogradova A.A., Vasileva A.V., Ivanova Yu.A. Zagryaznenie vozduha chernym uglerodom v rajone o-va Vrangelya: sravnenie istochnikov i vkladov territorij Evrazii i Severnoj Ameriki // Optika atmosf. i okeana. 2020. V. 33, N 12. P. 907–912; Vinogradova A.A., Vasileva A.V., Ivanova Yu.A. Air pollution by black carbon in the region of Wrangel Island: Comparison of Eurasian and American sources and their contributions // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 2. P. 97–103.
7. Witze A. Why Arctic fires are bad news for climate change // Nature. 2020. V. 585, N 7825. P. 336–337.
8. Sharma S., Barrie L.A., Magnusson E., Brattström G., Leaitch W.R., Steffen A., Landsberger S. A factor and trends analysis of multidecadal lower tropospheric observations of arctic aerosol composition, black carbon, ozone, and mercury at alert, Canada // J. Geophys. Res.: Atmos. 2019. V. 124, N 24. P. 14133–14161.
9. Willis M.D., Leaitch W.R., Abbatt J.P. Processes controlling the composition and abundance of Arctic aerosol // Rev. Geophys. 2018. V. 56, N 4. P. 621–671.
10. Chen X., Millet D.B., Singh H.B., Wisthaler A., Apel E.C., Atlas E.L., Blake D.R., Bourgeois I., Brown S.S., Crounse J.D., de Gouw J.A., Flocke F.M., Fried A., Heikes B.G., Hornbrook R.S., Mikoviny T., Min K.-E., Müller M., Neuman J.A., O’Sullivan D.W., Peischl J., Pfister G.G., Richter D., Roberts J.M., Ryerson T.B., Shertz S.R., Thompson C.R., Treadaway V., Veres P.R., Walega J., Warneke C., Washenfelder R.A., Weibring P., Yuan B. On the sources and sinks of atmospheric VOCs: An integrated analysis of recent aircraft campaigns over North America // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 14. P. 9097–9123.
11. Pernov J.B., Bossi R., Lebourgeois T., Nøjgaard J.K., Holzinger R., Hjorth J.L., Skov H. Atmospheric VOC measurements at a High Arctic site: Characteristics and source apportionment // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 4. P. 2895–2916.
12. Siegel K., Karlsson L., Zieger P., Baccarini A., Schmale J., Lawler M., Salter M., Leck C., Ekman A.M.L., Riipinen I., Mohr C. Insights into the molecular composition of semivolatile aerosols in the summertime central Arctic Ocean using FIGAERO-CIMS // Environ. Sci.: Atmos. 2021. DOI: 10.1039/D0EA00023J.
13. Barret T.E., Sheesley R.J. Year-round optical properties and source characterization of Arctic organic carbon aerosols on the North Slope Alaska // J. Geophys. Res. Atmos. 2017. V. 122, N 17. P. 9319–9331.
14. Haque M.M., Kawamura K., Deshmukh D.K., Kunwar B., Kim Y. Biomass burning is an important source of organic aerosols in Interior Alaska // J. Geophys. Res.: Atmos. 2021. V. 126, N 12. P. e2021JD034586.
15. Zawadowicz M.A., Suski K., Liu J., Pekour M., Fast J., Mei F., Sedlacek A.J., Springston S., Wang Y., Zaveri R.A., Wood R., Wang J., Shilling J.E. Aircraft measurements of aerosol and trace gas chemistry in the eastern North Atlantic // Atmos. Chem. Phys. 2021. V. 21, N 10. P. 7983–8002.
16. Willis M.D., Bozem H., Kunkel D., Lee A.K.Y., Schulz H., Burkart J., Aliabadi A.A., Herber A.B., Leaitch W.R., Abbatt J.P.D. Aircraft-based measurements of High Arctic springtime aerosol show evidence for vertically varying sources, transport and composition // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 1. P. 57–76.
17. Hodzic A., Campuzano-Jost P., Bian H., Chin M., Colarco P.R., Day D.A., Froyd K.D., Heinold B., Jo D.S., Katich J.M., Kodros J.K., Nault B.A., Pierce J.R., Ray E., Schacht J., Schill G.P., Schroder J.C., Schwarz J.P., Sueper D.T., Tegen I., Tilmes S., Tsigaridis K., Yu P., Jimenez J.L. Characterization of organic aerosol across the global remote troposphere: A comparison of ATom measurements and global chemistry models // Atmos. Chem. Phys. 2020. V. 20, N 8. P. 4607–4635.
18. Fu P.Q., Kawamura K., Chen J., Charriere B., Sempere R. Organic molecular composition of marine aerosols over the Arctic Ocean in summer: Contributions of primary emission and secondary aerosol formation // Biogeosciences. 2013. V. 10, N 2. P. 653–667.
19. Boreddya S.K.R., Md. Haquea M.M., Kawamuraa K., Fua P., Kim Y. Homologous series of n-alkanes (C19–C35), fatty acids (C12–C32) and nalcohols (C8–C30) in atmospheric aerosols from central Alaska: Molecular distributions, seasonality and source indices // Atmos. Environ. 2018. V. 184. P. 87–97.
20. Verma S.K., Kawamura K., Deshmukh D.K., Haque M.M., Pavuluri C.M. Seasonal characteristics of biogenic secondary organic aerosols over Chichijima Island in the western North Pacific: Impact of biomass burning activity in East Asia // J. Geophys. Res.: Atmos. 2021. V. 126, N 12. P. e2020JD032987.
21. Anohin G.G., Antohin P.N., Arshinov M.Yu., Barsuk V.E., Belan B.D., Belan S.B., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov V.S., Morozov M.V., Panchenko M.V., Penner I.E., Pestunov D.A., Sikov G.P., Simonenkov D.V., Sinitsyn D.S., Tolmachev G.N., Filippov D.V., Fofonov A.V., Chernov D.G., Shamanaev V.S., Shmargunov V.P. Samolet-laboratoriya Tu-134 «Optik» // Optika atmosf. i okeana. 2011. V. 24, N 9. P. 805–816.
22. Voronetskaya N.G., Pevneva G.S., Golovko A.K., Kozlov A.S., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N. Uglevodorodnyj sostav troposfernogo aerozolya yuga Zapadnoj Sibiri // Optika atmosf. i okeana. 2014. V. 27, N 6. P. 496–505; Voronetskaya N.G., Pevneva G.S., Golovko A.K., Kozlov A.S., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N. Hydrocarbon composition of tropospheric aerosol in the south of Western Siberia // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 4. P. 547–557.
23. Arnold S.R., Law K.S., Brock C.A., Thomas J.L., Starkweather S.M., Salzen K., Stohl A., Sharma S., Lund M.T., Flanner M.G., Petaja T., Tanimoto H., Gamble J., Dibb J.E., Melamed M., Johnson N., Fider M., Tynkkynen V.-P., Baklanov A., Eckhardt S., Monks S.A., Browse J., Bozem H. Arctic air pollution: Challenges and opportunities for the next decade // Elementa: Sci. Atmos. 2016. N 4. 16 p.
24. Law K.S., Stohl A. Arctic air pollution: Origins and impacts // Science. 2007. V. 315, N 5818. P. 1537–1540.
25. Law K.S., Stohl A., Quinn P.K., Brock C.A., Burkhart J.F., Paris J.D., Ancellet G., Singh B., Roiger A., Schlager H. Arctic air pollution // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2014. V. 95, N 12. P. 1873–1895.
26. Roiger A., Thomas J.-L., Schlager H., Law K.S., Kim J., Schafler A., Weinzierl B., Dahlkotter F., Krisch I., Marelle L., Minikin A., Raut J.-C., Reiter A., Rose M., Scheibe M., Stock P., Baumann R., Clerbaux C., George M., Onishi T., Flemming J. Quantifying emerging local anthropogenic emissions in the Arctic region // Bull. Am. Meteorol. Soc. 2015. V. 96, N 3. P. 441–460.
27. Schroder J.C., Campuzano-Jost P., Day D.A., Shah V., Larson K., Sommers J.M., Sullivan A.P., Campos T., Reeves J.M., Hills A., Hornbrook R.S., Blake N.J., Scheuer E., Guo H., Fibiger D.L., McDuffie E.E., Hayes P.L., Weber R.J., Dibb J.E., Apel E.C., Jaeglé L., Brown S.S., Thornton J.A., Jimenez J.L. Sources and secondary production of organic aerosols in the northeastern United States during winter // J. Geophys. Res.: Atmos. 2018. V. 123, N 14. P. 7771–7796.
28. Sherstyukov B.G. Inertsionnost' izmenenij temperatury v pripoverhnostnom sloe // Meteorol. i gidrol. 201. N 4. P. 5–16.
29. Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B., Voronetskaya N.G., Golovko A.K., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.S., Malyshkin S.B., Pevneva G.S., Simonenkov D.V., Fofonov A.V. Organicheskij aerozol' v atmosfere Sibiri i Arktiki. Pt. 2. Vertikal'noe raspredelenie // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 9. P. 733–739.
30. Arshinov M.Yu., Arshinova V.G., Belan B.D., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.S., Kujbida L.V., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Anomal'noe vertikal'noe raspredelenie organicheskogo aerozolya nad yugom Zapadnoj Sibiri v sentyabre 2018 year. Anomal'noe vertikal'noe raspredelenie organicheskogo aerozolya nad yugom Zapadnoj Sibiri v september 2018 year // Optika atmosf. i okeana. 2020. V. 33, N 10. P. 791–797; Arshinov M.Yu., Arshinova V.G., Belan B.D., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.S., Kuibida L.V., Rasskazchikova T.M., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V. Anomalous vertical distribution of organic aerosol over the South of Western Siberia in september 2018 // Atmos. Ocean. Opt. 2021. V. 34, N 5. P. 495–502.
31. Zheng C., Wu Y., Ting M., Orbe C., Wang X., Tilmes S. Summertime transport pathways from different northern hemisphere regions into the Arctic // J. Geophys. Res.: Atmos. 2021. V. 126, N 4. P. e2020JD033811.
32. Arshinov M.Yu., Belan B.D., Voronetskaya N.G., Golovko A.K., Davydov D.K., Kozlov A.S., Pevneva G.S., Simonenkov D.V., Fofonov A.V. Organicheskij aerozol' v atmosfere Sibiri i Arktiki. Pt. 1. Geograficheskie osobennosti i vremennaya dinamika // Optika atmosf. i okeana. 2017. V. 30, N 8. P. 716–722.
33. Chen Z., Millet D.B., Singh H.B., Wisthaler A., Apel E.C., Atlas E.L., Blake D.R., Bourgeois I., Brown S.S., Crounse J.D., de Gouw J.A., Flocke F.M., Fried A., Heikes B.G., Hornbrook R.S., Mikoviny T., Min K.-E., Müller M., Neuman J.A., O’Sullivan D.W., Peischl J., Pfister G.G., Richter D., Roberts J.M., Ryerson T.B., Shertz S.R., Thompson C.R., Treadaway V., Veres P.R., Walega J., Warneke C., Washenfelder R.A., Weibring P., Yuan B. On the sources and sinks of atmospheric VOCs: An integrated analysis of recent aircraft campaigns over North America // Atmos. Chem. Phys. 2019. V. 19, N 14. P. 9097–9123.
34. Alwe H.D., Millet D.B., Chen X., Raff J.D., Payne Z.C., Fledderman K. Oxidation of volatile organic compounds as the major source of formic acid in a mixed forest canopy // Geophys. Res. Lett. 2019. V. 46, N 5. P. 2940–2948.
35. Rogge W.F., Hildemann L.M., Mazurek M.A., Cass G.R., Simoneit B.R.T. Sources of fine organic aerosol. 5. Natural gas home appliances // Environ. Sci. Technol. 1993. V. 27, N 13. P. 2736–2744.
36. Rogge W.F., Hildemann L.M., Mazurek M.A., Cass G.R., Simoneit B.R.T. Sources of fine organic aerosol. 2. Noncatalyst and catalyst-equipped automobiles and heavy-duty diesel trucks // Environ. Sci. Technol. 1993. V. 27, N 4. P. 636–651.
37. Mazurek M.A., Cass G.R., Simoneit B.R.T. Interpretation of high-resolution gas chromatography and high-resolution gas chromatography/mass spectrometry data acquired from atmospheric organic aerosol samples // Aerosol Sci. Technol. 1989. V. 10. P. 408–420.
38. Rogge W.F., Hildemann L.M., Mazurek M.A., Cass G.R., Simoneit B.R.T. Sources of fine organic aerosol. 4. Particulate abrasion products from leaf surfaces of urban plants // Environ. Sci. Technol. 1993. V. 27, N 13. P. 2700–2711.
39. Isidorov V.A. Organicheskaya himiya atmosfery. SPb.: Himiya, 2001. 352 p.
40. Bray E.E., Evans E.D. Distribution of n-paraffins as a clue to recognition of source beds // Geochim. Cosmochim. Acta. 1961. V. 22. P. 2–15.
41. Herrera-Herrera A.V., Leierer L., Jambrina-Enríquez M., Connolly R., Mallol C. Evaluating different methods for calculating the Carbon Preference Index (CPI): Implications for palaeoecological and archaeological research // Org. Geochem. 2020. V. 146. P. 104056.