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Primary marine aerosol physical flux and chemical composition during a nutrient enrichment experiment in mesocosms in the Mediterranean Sea

Authors :
Schwier, Allison
Sellegri, Karine
Mas, Sébastien
Charrìère, Bruno
Pey, Jorge
Rose, Clémence
Temime-Roussel, Brice
Jaffrezo, Jean-Luc
Parin, David
Picard, David
Ribeiro, Mickaël
Roberts, Greg
SEMPERE, Richard
Marchand, Nicolas
D'ANNA, Barbara
Laboratoire de Météorologie Physique - Clermont Auvergne (LaMP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne (UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'Ecologie marine expérimentale (MEDIMEER)
Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre de Formation et de Recherche sur les Environnements Méditérranéens (CEFREM)
Université de Perpignan Via Domitia (UPVD)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut méditerranéen d'océanologie (MIO)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Toulon (UTLN)
Laboratoire Chimie de l'environnement (LCE)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)
Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology [2007-2019] (Grenoble INP [2007-2019])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Centre national de recherches météorologiques (CNRM)
Météo France-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de recherches sur la catalyse et l'environnement de Lyon (IRCELYON)
Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL)
Université de Lyon-Université de Lyon-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Clermont Auvergne (UCA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Dynamique des capacités humaines et des conduites de santé (EPSYLON)
Université Montpellier 1 (UM1)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UPVM)-Université de Montpellier (UM)
Laboratoire de MicrobiologiE de Géochimie et d'Ecologie Marines (LMGEM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de la Méditerranée - Aix-Marseille 2
Spanish Geological Survey
Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])
Scripps Institution of Oceanography (SIO)
University of California [San Diego] (UC San Diego)
University of California-University of California
ANR-11-BS56-0022,SAM,Source d'aérosols marins dans l'atmosphère méditerranéenne(2011)
Université Montpellier 1 (UM1)-Université Paul-Valéry - Montpellier 3 (UM3)-Université de Montpellier (UM)
Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
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Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)
SYSCO (GIPSA-SYSCO)
Département Automatique (GIPSA-DA)
Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab)
Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Stendhal - Grenoble 3-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Stendhal - Grenoble 3-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Grenoble Images Parole Signal Automatique (GIPSA-lab)
Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Stendhal - Grenoble 3-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Pierre Mendès France - Grenoble 2 (UPMF)-Université Stendhal - Grenoble 3-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
ANR: 022 04,SIMI 5/6,Environnement, terre et espace
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Scripps Institution of Oceanography (SIO - UC San Diego)
University of California (UC)-University of California (UC)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Toulon (UTLN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Agence Nationale de la Recherche (France)
Université Clermont Auvergne [2017-2020] (UCA [2017-2020])-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Atmospheric Chemistry and Physics, Atmospheric Chemistry and Physics, European Geosciences Union, 2017, 17 (23), pp.14645-14660. ⟨10.5194/acp-17-14645-2017⟩, Atmospheric Chemistry and Physics, 2017, 17 (23), pp.14645-14660. ⟨10.5194/acp-17-14645-2017⟩, Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC, instname
Publication Year :
2017
Publisher :
HAL CCSD, 2017.

Abstract

While primary marine aerosol (PMA) is an important part of global aerosol total emissions, its chemical composition and physical flux as a function of the biogeochemical properties of the seawater still remain highly uncharacterized due to the multiplicity of physical, chemical and biological parameters that are involved in the emission process. Here, two nutrient-enriched mesocosms and one control mesocosm, both filled with Mediterranean seawater, were studied over a 3-week period. PMA generated from the mesocosm waters were characterized in term of chemical composition, size distribution and size-segregated cloud condensation nuclei (CCN), as a function of the seawater chlorophyll a (Chl a) concentration, pigment composition, virus and bacteria abundances. The aerosol number size distribution flux was primarily affected by the seawater temperature and did not vary significantly from one mesocosm to the other. The aerosol number size distribution flux was primarily affected by the seawater temperature and did not vary significantly from one mesocosm to the other. Particle number and CCN aerosol fluxes increase by a factor of 2 when the temperature increases from 22 to 32 °C, for all particle submicron sizes. This effect, rarely observed in previous studies, could be specific to oligotrophic waters and/or to this temperature range. In all mesocosms (enriched and control mesocosms), we detected an enrichment of calcium (+500 %) and a deficit in chloride (−36 %) in the submicron PMA mass compared to the literature inorganic composition of the seawater. There are indications that the chloride deficit and calcium enrichment are linked to biological processes, as they are found to be stronger in the enriched mesocosms. This implies a non-linear transfer function between the seawater composition and PMA composition, with complex processes taking place at the interface during the bubble bursting. We found that the artificial phytoplankton bloom did not affect the CCN activation diameter (Dp, 50, average = 59.85±3.52 nm and Dp,50,average = 93.42±5.14 nm for supersaturations of 0.30 and 0.15 % respectively) or the organic fraction of the submicron PMA (average organic to total mass = 0.31±0.07) compared to the control mesocosm. Contrary to previous observations in natural bloom mesocosm experiments, the correlation between the particle organic fraction and the seawater Chl a was poor, indicating that Chl a is likely not a straightforward proxy for predicting, on a daily scale, PMA organic fraction in models for all types of sea and ocean waters. Instead, the organic fraction of the Aitken mode particles were more significantly linked to heterotrophic flagellates, viruses and dissolved organic carbon (DOC). We stress that different conclusions may be obtained in natural (non-enriched) or non-oligotrophic systems.<br />Laboratoire de Météorologie Physique, Observatoire de Physique du Globe de Clermont-Ferrand, Francia<br />Centre d’écologie marine expérimentale, Université de Montpellier, Francia<br />Centre de Formation et de Recherche sur les Environnements Méditerranéens, Université de Perpignan, Francia<br />Aix-Marseille Université, Francia<br />Unidad de Zaragoza, Instituto Geológico y Minero de España, España<br />Université Grenoble Alpes, Francia<br />Centre National de Recherches Météorologiques, Francia<br />Mediterranean Institute of Oceanography, Aix-Marseille University, Francia<br />Mediterranean Institute of Oceanography, Centre National de la Recherche Scientifique, Francia<br />Mediterranean Institute of Oceanography, Institut de Recherche pour le Développement, Francia<br />Institut de Recherches Sur la Catalyse et l’Environnement de Lyon, Université Claude Bernard Lyon I, Francia

Details

Language :
English
ISSN :
16807316 and 16807324
Database :
OpenAIRE
Journal :
Atmospheric Chemistry and Physics, Atmospheric Chemistry and Physics, European Geosciences Union, 2017, 17 (23), pp.14645-14660. ⟨10.5194/acp-17-14645-2017⟩, Atmospheric Chemistry and Physics, 2017, 17 (23), pp.14645-14660. ⟨10.5194/acp-17-14645-2017⟩, Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC, instname
Accession number :
edsair.dedup.wf.001..d2874e19324d58684503fc3801c53758