Formaldehyde in the Alaskan Arctic snowpack: Partitioning and physical processes involved in air-snow exchanges

International audience The snowpack is a photochemically active medium which produces numerous key reactive species involved in the atmospheric chemistry of polar regions. Formaldehyde (HCHO) is one such reactive species produced in the snow, and which can be released to the atmospheric boundary lay...

Full description

Bibliographic Details
Published in:Journal of Geophysical Research
Main Authors: Barret, M., Domine, F., Houdier, S., Gallet, J. C., Weibring, P., Walega, J., Fried, A., Richter, D.
Other Authors: CHANG (CHANG), Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Earth Observing Laboratory Boulder (EOL), National Center for Atmospheric Research Boulder (NCAR)-University Corporation for Atmospheric Research (UCAR), French Polar Institute (IPEV) grant 1017 , Harry Beine through grant NSF ATM-0807702
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: HAL CCSD 2011
Subjects:
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id ftunivnantes:oai:HAL:insu-00646140v1
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Université de Nantes: HAL-UNIV-NANTES
op_collection_id ftunivnantes
language English
topic adsorption
carbonyls
diffusion
halogen
solid-solution
[SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
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[SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
Barret, M.
Domine, F.
Houdier, S.
Gallet, J. C.
Weibring, P.
Walega, J.
Fried, A.
Richter, D.
Formaldehyde in the Alaskan Arctic snowpack: Partitioning and physical processes involved in air-snow exchanges
topic_facet adsorption
carbonyls
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halogen
solid-solution
[SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
description International audience The snowpack is a photochemically active medium which produces numerous key reactive species involved in the atmospheric chemistry of polar regions. Formaldehyde (HCHO) is one such reactive species produced in the snow, and which can be released to the atmospheric boundary layer. Based on atmospheric and snow measurements, this study investigates the physical processes involved in the HCHO air-snow exchanges observed during the OASIS 2009 field campaign at Barrow, Alaska. HCHO concentration changes in a fresh diamond dust layer are quantitatively explained by the equilibration of a solid solution of HCHO in ice, through solid-state diffusion of HCHO within snow crystals. Because diffusion of HCHO in ice is slow, the size of snow crystals is a major variable in the kinetics of exchange and the knowledge of the snow specific surface area is therefore crucial. Air-snow exchanges of HCHO can thus be explained without having to consider processes taking place in the quasi-liquid layer present at the surface of ice crystals. A flux of HCHO to the atmosphere was observed simultaneously with an increase of HCHO concentration in snow, indicating photochemical production in surface snow. This study also suggests that the difference in bromine chemistry between Alert (Canadian Arctic) and Barrow leads to different snow composition and post-deposition evolutions. The highly active bromine chemistry at Barrow probably leads to low HCHO concentrations at the altitude where diamond dust formed. Precipitated diamond dust was subsequently undersaturated with respect to thermodynamic equilibrium, which contrasts to what was observed elsewhere in previous studies.
author2 CHANG (CHANG)
Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE)
Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Earth Observing Laboratory Boulder (EOL)
National Center for Atmospheric Research Boulder (NCAR)-University Corporation for Atmospheric Research (UCAR)
French Polar Institute (IPEV) grant 1017 , Harry Beine through grant NSF ATM-0807702
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Domine, F.
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Gallet, J. C.
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Journal of Geophysical Research: Atmospheres
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CHANG (CHANG) Laboratoire d'étude des transferts en hydrologie et environnement (LTHE) Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG) Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG) Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Laboratoire de glaciologie et géophysique de l'environnement (LGGE) Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut national de recherche en sciences et technologies pour l'environnement et l'agriculture (IRSTEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB Université de Savoie Université de Chambéry )-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Earth Observing Laboratory Boulder (EOL) National Center for Atmospheric Research Boulder (NCAR)-University Corporation for Atmospheric Research (UCAR) French Polar Institute (IPEV) grant 1017 , Harry Beine through grant NSF ATM-0807702 2011 https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140 https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140/document https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140/file/2011JD016038.pdf https://doi.org/10.1029/2011JD016038 en eng HAL CCSD American Geophysical Union info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.1029/2011JD016038 insu-00646140 https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140 https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140/document https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140/file/2011JD016038.pdf doi:10.1029/2011JD016038 info:eu-repo/semantics/OpenAccess ISSN: 2169-897X EISSN: 2169-8996 Journal of Geophysical Research: Atmospheres https://hal-insu.archives-ouvertes.fr/insu-00646140 Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2011, 116, 12 pp. ⟨10.1029/2011JD016038⟩ adsorption carbonyls diffusion halogen solid-solution [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology info:eu-repo/semantics/article Journal articles 2011 ftunivnantes https://doi.org/10.1029/2011JD016038 2023-03-01T02:37:46Z International audience The snowpack is a photochemically active medium which produces numerous key reactive species involved in the atmospheric chemistry of polar regions. Formaldehyde (HCHO) is one such reactive species produced in the snow, and which can be released to the atmospheric boundary layer. Based on atmospheric and snow measurements, this study investigates the physical processes involved in the HCHO air-snow exchanges observed during the OASIS 2009 field campaign at Barrow, Alaska. HCHO concentration changes in a fresh diamond dust layer are quantitatively explained by the equilibration of a solid solution of HCHO in ice, through solid-state diffusion of HCHO within snow crystals. Because diffusion of HCHO in ice is slow, the size of snow crystals is a major variable in the kinetics of exchange and the knowledge of the snow specific surface area is therefore crucial. Air-snow exchanges of HCHO can thus be explained without having to consider processes taking place in the quasi-liquid layer present at the surface of ice crystals. A flux of HCHO to the atmosphere was observed simultaneously with an increase of HCHO concentration in snow, indicating photochemical production in surface snow. This study also suggests that the difference in bromine chemistry between Alert (Canadian Arctic) and Barrow leads to different snow composition and post-deposition evolutions. The highly active bromine chemistry at Barrow probably leads to low HCHO concentrations at the altitude where diamond dust formed. Precipitated diamond dust was subsequently undersaturated with respect to thermodynamic equilibrium, which contrasts to what was observed elsewhere in previous studies. Article in Journal/Newspaper Arctic Barrow Alaska Université de Nantes: HAL-UNIV-NANTES Arctic Journal of Geophysical Research 116