STUDYING LONG AND SHORT-TERM AIRBORNE PARTICULATE MATTER OVER THE ARABIAN PENINSULA

STUDYING LONG AND SHORT-TERM AIRBORNE PARTICULATE MATTER OVER THE ARABIAN PENINSULA. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]
Preview
PDF (STUDYING LONG AND SHORT-TERM AIRBORNE PARTICULATE MATTER OVER THE ARABIAN PENINSULA)
STUDYING_LONG_AND_SHORT-TERM_AIRBORNE_PARTICULATE_MATTER_OVER_THE_ARABIAN_PENINSULA.pdf - Accepted Version

Download (9MB) | Preview

Arabic Abstract

ملخص الرسالة الاسم الكامل: محمد حمود العتيبي عنوان الرسالة: دراسة الجسيمات طويلة وقصيرة المدى المنقولة جواً فوق شبه الجزيرة العربية التخصص: علوم البيئة تاريخ الدرجة العلمية: فبراير 2019 خلال السنوات العشرون الماضية، اكتسب تلوث الهواء أهمية بالغة؛ وذلك بسبب الخطورة التي قد يتسبب بها على كل من البيئة وصحة الإنسان. ولهذا أُجرِيت هذه الدراسة للتحقيق في التوزيع المكاني والزماني للجسيمات المحمولة جواً – الطويلة وقصيرة المدى – وذلك فوق شبة الجزيرة العربية باستخدام بيانات تم الحصول عليها من خلال شبكة محطات قياس الهباء الجوي الروبوتيك "ايرونت"، وأجهزة استشعار التصوير الطيفي الراديو مترية المحمولة فوق أقمار فضائية صناعية تعرف بـ "تيرا"، بالإضافة الى أجهزة قياس أرضية تعتمد في عملها على المرشحات حيث يتم تمرير الهواء عبرها ليترسب كل ما هو محمول جواً فيها. ويتركز هذا البحث – أيضاً – على دراسة الخصائص الشكلية والكيميائية، وذلك باستخدام أجهزة تحليل عدة وهي: المجهر الإلكتروني الماسح، حيود الأشعة السينية، فلورية الأشعة السينية وطيف الانبعاث الذري/ بلازما. بالإضافة إلى أنه تم التنبؤ بتراكيز هذه الجسيمات على مدار السنوات القادمة حتى عام 2030 وذلك بالاستعانة ببرامج رياضية تعتمد على الانحدار المتوسط المتحرك المتكامل والذي يعرف بـ “أريما". أظهرت نتائج تحليل بيانات شبكة محطات قياس الهباء الجوي الروبوتيك "ايرونت" وأجهزة استشعار التصوير الطيفي الراديو مترية المحمولة فوق أقمار فضائية صناعية تعرف بـ "تيرا" أن هناك ارتفاعًا في تراكيز الجسيمات فوق كل من المنطقتين الشرقية والوسطى من شبة الجزيرة، وتعزى هذه الزيادة الى زيادة الجسيمات ذات النشأ الطبيعي. بالإضافة لذلك، فقد كان هناك – أيضاً – ارتفاع في تراكيز هذه الجسيمات على كل من المنطقتين الغربية والجنوبية، ولكن هذه المرة فقد عزى هذا الارتفاع إلى الزيادة في الجسيمات ذات النشأ البشري "الناتج عن الأنشطة البشرية المختلفة". وبصورة عامة، فإن تراكيز الجسيمات في كل مناطق شبة الجزيرة التي شملتها هذه الدراسة هي في ارتفاع، ولكن بنسب مئوية متفاوتة. النسب هي 58 ٪، 15 ٪، 13 ٪، 8 ٪ و6 ٪ في كل من المناطق الوسطى، الغربية، الجنوبية، الشمالية والشرقية، وذلك على التوالي. غير أن النتائج نفسها أظهرت أن هناك انخفاضًا في تراكيز الجسيمات ذات النشأ البشري وذلك بنسب 29٪، 28٪ و21٪ في كل من المناطق الشمالية، الوسطى والشرقية على التوالي. وعلى العكس فقد لوحظ زيادة كبيرة في التراكيز على كل من المناطق الغربية (72 ٪) والجنوبية (18 ٪). وتظهر نتائج تحليل العينات باستخدام جهاز المجهر الإلكتروني الماسح أن متوسط حجم الجسيمات فوق مدينة الجبيل يتراوح ما بين 1.4 و2.8 ما يكرون، وهي أصغر من نظائرها فوق مدينة رأس تنورة حيث تراوحت ما بين 5 و7 ما يكرون وذلك على الرغم من أن أشكال الجسيمات غير منتظم، بل كروي ومصحوب بعديد من التكتلات على أماكن متفرقة من المرشحات خاصة في منطقة الجبيل. وبرهنت نتائج التحليل باستخدام جهاز فلورية الأشعة السينية على وجود عناصر الزنك، الباريوم، الكبريت، الصوديوم، والبوتاسيوم وذلك بتراكيز أعلى في مدينة الجبيل منها في رأس تنورة. وبالمقابل، فإن تراكيز عناصر الكالسيوم، الكلور، الألومنيوم، الحديد والمغنيسيوم هي الأعلى في مدينة رأس تنورة. وباستخدام جهاز حيود الأشعة السينية اتضح أن العينات في كلتا المدينتين تحتوي على السليكا، كوكتايت، الماسكجنيت وكربونات الكالسيوم. وتوصلت – أيضاً – نتائج التحاليل باستخدام جهاز طيف الانبعاث الذري/ بلازما إلى أن تراكيز العناصر الثقيلة: الليثيوم، الكوبالت، الفناديوم، الزرنيخ، الفضة، المنغنيز، النيكل، المولبيديوم، النحاس، الكروم، الكادميوم والرصاص هي في حدود التعرض المسموح بها من قبل السلطات التنظيمية "الهيئة الملكية بالجبيل وينبع". وفيما يتعلق بالتكهن بالنتائج المستقبلية، فإن نتائج التنبؤ باستخدام برامج رياضية تعتمد على الانحدار المتوسط المتحرك المتكامل تعرف بـ “أريما" أشارت إلى أن تراكيز الجسيمات في المنطقة الوسطى ازداد بمرور الوقت ولكنها سوف تنخفض وذلك حتى أواخر عام 2030. وفي المنطقة الشمالية سيكون هناك زيادة في التراكيز ومن ثم انخفاض كبير وذلك بحلول عام 2020 وسيستمر هذا الانخفاض حتى عام 2030. وفي المنطقة الجنوبية وخلال عام 2019، سيكون هناك – أيضاً – ارتفاع يتبعه انخفاض، حيث سيبدأ في منتصف عام 2019 حتى الربع الرابع من نفس العام، وتبقى القيم المتوسطة متقلبة بمرور الوقت حتى وصولنا عام 2030.

English Abstract

ABSTRACT Full Name : [MOHAMMED HAMOUD ALOTAIBI] Thesis Title : [STUDYING LONG AND SHORT-TERM AIRBORNE PARTICU-LATE MATTER OVER THE ARABIAN PENINSULA] Major Field : [ENVIRONMENTAL SCIENCES] Date of Degree : [FEBRUARY 2019] In recent years, air pollution has been of special importance because of its potential dan-ger to the environment. This study investigates the distribution of long and short-term airborne particulate matter over the Arabian Peninsula using data gathered from AERO-NET Ground-Based Stations, Space-Borne Sensors, and Real-Time Ground Monitoring stations. The study also examines the morphological and chemical characteristics of APM using SEM/EDXS; XRD; XRF; FTIR and ICP instruments. Importantly, the study pre-dicts the future trends of PM using mathematical models. Results from ground monitor-ing stations (AERONET) and satellite (Terra/ MODIS) analysis showed that the increase in particulate matter concentration over the East and Center of the Arabian Peninsula can be attributed to the increase in natural particles; while the increase in the particulate mat-ter over the West and South of the Peninsula can be attributed to the increase in man-made particles. It showed that the trend for particulate matter concentration over the five regions increased with time, although in uneven percentages. The percentages are 58%, 15%, 13%, 8%, and 6% in the Central, Western, Southern, Northern and Eastern regions, respectively. However, the same results also showed that the trend for man-made particu-late matter decreased over time by 29%, 28% and 21% in the Northern, Central and East-ern Regions, respectively. Conversely, it increased significantly in the Western (72%) and Southern (18%) regions. SEM showed that the average size of particles in Jubail city (1.4 - 2.8 µm) is smaller than Ras Tanura (5 - 7 µm). Although, in both cities, the particle shape is irregular and spherical, it is accompanied by many clusters deposited in different spots on the Jubail filters. XRF showed that the APM collected over Jubail Industrial City contains zinc, barium, sulfur, sodium, and potassium in higher concentrations than the APM collected over Ras Tanura. Conversely, Ras Tanura APM samples have a higher concentration of calcium, chlorine, aluminum, iron, and magnesium. The XRD analysis revealed that the APM is composed of silica, koktaite, mascagnite, and calcium car-bonate. The analysis of trace metals using the ICP-MS showed that the levels of lithium, cobalt, vanadium, arsenic, silver, manganese, nickel molybdenum, copper, chromium, cadmium, and lead, are within the regulatory authority limits. R-Studio showed that par-ticulate matter concentration over the Central region is increasing. This will be followed by a decrease until the end of 2030. However, over the north area, the predicated values indicated that there was an overall increase in the particulate matter concentration fol-lowed by a significant drop in 2020 which will continue until 2030. Lastly, over the south area during 2019, a rise in particulate matter concentration was followed by a decrease starting from mid-2019 until the fourth quarter of the same year. After that, the mean values will keep fluctuating as we move forward to 2030.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Environmental
Divisions: College Of Sciences > Earth Sciences Dept
Committee Advisor: Tawabini, Dr Bassam
Committee Members: Farahat, Dr Ashraf and Omar, Dr Mohammad
Depositing User: MOHAMMED ALOTAIBI (g201410300)
Date Deposited: 23 Apr 2019 08:15
Last Modified: 01 Nov 2019 21:00
URI: http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140932