Chemical composition of summertime High Arctic aerosols

• Main Author: Siegel, Karolina
• Format: Others
• Language: English
• Published: Stockholms universitet, Meteorologiska institutionen (MISU) 2020
• Subjects: aerosol; chemical composition; Arctic climate; Meteorology and Atmospheric Sciences; Meteorologi och atmosfärforskning
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:su:diva-184291

This thesis presents new insights into the chemical composition of semi-volatile compounds in aerosol samples collected in the central Arctic Ocean close to the North Pole in September 2018. The central Arctic Ocean is an inaccessible location due to the lack of land areas along with heavy pack ice conditions. Therefore, large knowledge gaps remain to understand the Arctic climate system, and in particular the role of aerosol particles in its pristine atmosphere. The chemical composition of the aerosol samples was analysed on a molecular level using High Resolution Time-of-Flight Chemical Ionization Mass Spectrometry coupled to a Filter Inlet for Gases and AEROsols (FIGAERO-HRToF-CIMS). The analysis revealed a significant signal from compounds that are likely from marine sources. One important precursor for marine aerosols is dimethyl sulfide (DMS), a gas released by phytoplankton and ice algae in the Arctic Ocean. DMS oxidises in the atmosphere to produce oxidation products that can contribute to aerosol growth. Analysis of air mass origin with backward trajectories showed that the highest ambient DMS concentrations originated from marine areas around the pack ice. However, no correlation could be shown within the pack ice between ambient DMS and its oxidation product methanesulfonic acid (MSA) in the particle phase. As FIGAERO-HRToF-CIMS is commonly used in areas with higher particle concentrations and has never been used in the central Arctic before, this thesis further demonstrates its suitability for measurements of aerosol chemical composition in this remote region. === Denna avhandling ämnar att presentera nya kunskaper om den kemiska sammansättningen av halvflyktiga föreningar i aerosolprover som samlades in i Norra ishavet nära Nordpolen i september 2018. Den innersta delen av Norra ishavet är svårtillgängligt på grund av bristen på fasta landområden ihop med kompakt packis. Därför kvarstår stora kunskapsluckor i förståelsen av klimatsystemet i Arktis, och i synnerhet aerosolpartiklars roll i dess orörda atmosfär. Den kemiska sammansättningen av aerosolproverna analyserades på molekylnivå med högupplöst kemisk joniseringsmasspektrometri kopplad till ett filterinsläpp för gaser och aerosoler (FIGAERO-HRToF-CIMS). Analysen visade på en tydlig signal från föreningar som sannolikt har marina källor. En viktig kemisk föregångare till marina aerosoler är dimetylsulfid (DMS), en gas som frigörs av fytoplankton och isalger i Ishavet. DMS oxiderar i atmosfären till oxidationsprodukter som kan bidra till en storleksökning av aerosoler. Genom analys av provluftens ursprung med trajektorieanalys visades att de högsta DMS-koncentrationerna kom från havsområdena runt packisen. Ingen korrelation kunde emellertid visas inom packisområdet mellan DMS i gasfas och dess oxidationsprodukt metansulfonsyra (MSA) i partikelfas. Eftersom FIGAERO-HRToF-CIMS ofta används i områden med högre partikelkoncentrationer och aldrig har använts i de inre delarna av Arktis tidigare, visar denna avhandling även att tekniken är lämplig för att mäta den kemiska sammansättningen av aerosoler i detta avlägsna polarområde.