The effect of aerosols on pH of snow

Abstract

The pH and electrolytic conductivity of meltwater from fresh snow and snow covered by fly ash were examined to study the effect of aerosols from a coal-burning power plant in Fairbanks, Alaska, and an oil-burning heating plant in Hanover, New Hampshire.

New Hampshire fresh snow samples collected in 1985–1987 were found to have pH values from 3.76 to 5.20 and electrolytic conductivities from 4.23 to 104.5 μS cm⁻¹. Snow accompanied by southerly winds from densely populated areas averaged 3.69 times higher in hydrogen ion concentration than snow accompanied by northerly winds.

Oil fly ash examined by SEM and EDX analyzer were spherical in shape with a porous structure and were carbonaceous in nature with a relatively high content of sulfur and low content of calcium.

The correlations among pH, electrolytic conductivity, and oil fly ash concentration in snow were examined. The snow pH was slightly increased from 4.66 to 4.82 by increasing concentration of fly ash from 2.3 to 3314 mg kg⁻¹ due to the relatively low solubility of alkaline ions in the oil fly ash. The electrolytic conductivity was decreased from 10.0 to 7.1 μS cm⁻¹ by increasing concentration of oil fly ash due to its carbonaceous nature.

Alaskan fresh snow samples in 1985 were measured to have a mean pH of 5.60 and electrolytic conductivity of 6.10 μS cm⁻¹.

Alaskan coal fly ash particles were spherical in shape with high contents of calcium, silicon and aluminium and low contents of iron, titanium and sulfur.

The snow pH was increased from 5.40 to 8.51 by increasing the concentration of coal fly ash from 5.9 to 520 mg kg⁻¹; the electrolytic conductivity was also increased from 6.93 to 46.4 μS cm⁻¹ due to the relatively large solubility of alkaline ions in the calcium-rich coal fly ash.

Résumé

Le pH et la conductivité électrolytique de l'eau obtenue à partir de la fonte de neige fraîche et de neige couverte par des cendres volantes ont été examinés pour l'étude de l'effet des aérosols de la centrale électrique à combustion de charbon de Fairbanks, Alaska, et de la centrale de chauffage à combustion de mazout de Hanover, New Hampshire.

Les échantillons de neige fraîche prélevés au New Hampshire en 1985–1987 ont des valeurs de pH de 3,76 à 5,20 et une conductivité électrolytique de 4,23 à 104,5 μS cm⁻¹. La neige accompagnée de vents de sud provenant de régions très peuplées présente une concentration moyenne en ion hydrogène 3,69 fois plus élevée que celle de la neige associée à des vents venant du nord.

Les cendres volantes de mazout examinées par les analyseurs SEM et EDX sont de forme sphérique et de structure poreuse, et elles sont de nature carbonée avec une forte teneur en soufre et une faible teneur en calcium.

Les corrélations entre pH, conductivité électrolytique et concentration en cendres volantes de mazout ont été examinées. Le pH de la neige est légèrement augmenté de 4,66 à 4,82 par augmentation de la concentration en cendres volantes de 2,3 à 3314 mg kg⁻¹, en raison de la solubilité relativement basse des ions alkalins contenus dans les cendres volantes de mazout. La conductivitéélectrolytique est diminuée de 10,0 à 7,1 μS cm⁻¹ par concentration croissante de cendres volantes de mazout due à leur nature carbonée.

Les échantillons de neige fraîche d'Alaska prélevés en 1985 ont un pH moyen de 5,60 et une conductivité électrolytique de 6,10 μS cm⁻¹.

Les particules de cendres volantes de charbon d'Alaska sont de forme sphérique avec des teneurs élevées en calcium, silicium et aluminium, et des teneurs faibles en fer, titanium et soufre.

Le pH de la neige est augmenté de 5,40 à 8,51 par augmentation de concentration des cendres volantes de charbon de 5,9 à 520 mg kg⁻¹; la conductivité électrolytique est elle aussi augmentée de 6,93 à 46,4 μS cm⁻¹ en raison de la solubilité relativement grande des ions alkalins contenus dans les cendres volantes de charbon riches en calcium.