Pomimo ogólnie niższych poziomów szkodliwych emisji z elektrowni i pojazdów w ciągu roku, zimowe zanieczyszczenie powietrza we wschodnich Stanach Zjednoczonych pozostaje wysokie. Nowe badanie wyjaśnia dlaczego.

Naukowcy twierdzą, że lato było przykładem dla cząstek zawierających zamglenie, które powodują astmę, raka płuc i inne choroby.

„W ciągu ostatnich 10 lat poziom zanieczyszczenia powietrza w lecie gwałtownie spadł, podczas gdy w zimie nie. Jakość powietrza latem jest teraz prawie taka sama jak zimą we wschodnich Stanach Zjednoczonych”, mówi korespondent Viral Shah, który wykonał tę pracę w ramach swojego doktoratu z nauk o atmosferze na Uniwersytecie Waszyngtońskim. „Zidentyfikowaliśmy procesy chemiczne, które wyjaśniają sezonowe różnice w odpowiedzi na redukcję emisji”.

Badanie, które pojawia się w Proceedings of the National Academy of Sciences, pokazuje, że cząstki poruszają się zimą różnymi drogami.

Smaki smogowe

Wyniki pochodzą z analizy obserwacji zebranych podczas kampanii Zimowe badanie transportu, emisji i reaktywności w 2015 r. (ZIMA). Podczas tego wysiłku naukowcy spędzili sześć tygodni w zimie, przelatując przez smugi zanieczyszczeń nad Nowym Jorkiem, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Waszyngtonem i wzdłuż opalanych węglem elektrowni w dolinie rzeki Ohio.

„Mamy teraz lepsze narzędzie, aby przyjrzeć się, jaka jest najlepsza strategia poprawy zimowej jakości powietrza…”

Cząsteczki tworzące smog występują w różnych smakach. Dwa ważne to siarczany, pochodzące z dwutlenku siarki emitowanego głównie przez elektrownie węglowe, oraz azotany, powstające z tlenków azotu zwanych pod wspólną nazwą NOx. Przepisy dotyczące jakości powietrza obniżyły poziom dwutlenku siarki w USA o 68 procent w latach 2007-2015, a NOx o około jedną trzecią w tym czasie.

Poziom cząstek stałych w okresie letnim – kiedy dwa aromaty tlenków zbijają się w wodniste pakiety azotanów i siarczanów, które tworzą piękne zachody słońca, ale szkodzą zdrowiu ludzkiemu – spadł w tym czasie we wschodnich Stanach Zjednoczonych o około jedną trzecią. Ale zimowe stężenia pyłów spadły tylko o połowę mniej, z niejasnych powodów.

„Modele jakości powietrza, których używamy do zrozumienia pochodzenia zanieczyszczenia powietrza, sprawdzają się całkiem dobrze latem, ale mają pewne problemy w okresie zimowym. Przed tym badaniem nie mogliśmy odtworzyć obserwowanego składu cząstek w zimie” – mówi Lyatt Jaeglé, który był drugim autorem artykułu i współkierownikiem kampanii terenowej.

„Mamy teraz lepsze narzędzie, aby przyjrzeć się najlepszej strategii poprawy zimowej jakości powietrza w skali regionalnej we wschodnich Stanach Zjednoczonych i potencjalnie w innych miejscach, takich jak Europa i Azja”.

Zimowa chemia powietrza

Latem część emitowanych NOx i dwutlenku siarki pozostaje w fazie gazowej i zostaje zniszczona przez światło słoneczne lub osadzana na lądzie, a reszta tworzy cząstki w postaci azotanów i siarczanów. Wraz ze spadkiem podstawowych składników spadają również poziomy cząstek stałych.

Jednak nowa analiza pokazuje, że chemia zimowego powietrza podąża bardziej złożoną ścieżką. Przy mniejszej ilości światła słonecznego i niższych temperaturach więcej chemii zachodzi w fazie ciekłej, na powierzchni istniejących cząstek stałych lub chmur cieczy i lodu. W tej fazie, wraz ze spadkiem podstawowych składników, wzrasta wydajność przekształcania dwutlenku siarki w siarczan, ponieważ dostępnych jest więcej utleniaczy. A gdy siarczan spada, cząstki stają się mniej kwaśne, dzięki czemu NOx łatwiej przekształca się w azotany.

Tak więc, mimo że przepisy dotyczące jakości powietrza zmniejszyły oba rodzaje emisji pierwotnych, całkowita ilość cząstek szkodliwych dla zdrowia ludzkiego spadała wolniej.

„Nie chodzi o to, że redukcje nie działają. Po prostu redukcje mają efekt anulowania, a efekt anulowania ma określoną siłę” – mówi Shah, który jest obecnie badaczem podoktoranckim na Uniwersytecie Harvarda. „Musimy dokonać dalszych redukcji. Gdy redukcje staną się większe niż efekt anulowania, zima zacznie zachowywać się bardziej jak lato”.

Jak zmieni się jakość powietrza?

Badanie przewiduje, że o ile redukcje emisji nie przekroczą obecnych prognoz, jakość powietrza w zimie będzie się poprawiać tylko stopniowo do co najmniej 2023 r. W tym tempie upłynie kilka lat, zanim emisje osiągną poziom, kiedy zanieczyszczenie w okresie zimowym zacznie spadać szybciej.

„Ten artykuł pokazuje, że zrozumienie podstawowej chemii atmosfery, która przekształca pierwotne zanieczyszczenia w drobny pył, ma kluczowe znaczenie dla kalibracji naszych oczekiwań dotyczących tego, co przyniesie redukcja emisji, a zatem dla tego, jak zoptymalizować przyszłe redukcje emisji, aby nadal uzyskiwać „największy zwrot z inwestycji”. „pod względem zmniejszenia stężenia drobnych cząstek stałych” — mówi trzeci autor Joel Thornton, który był głównym badaczem kampanii terenowej.

Odkrycia sugerują, że potrzebne będą dalsze redukcje emisji, zarówno tlenków siarki, jak i tlenków azotu, aby poprawić jakość powietrza w okresie zimowym we wschodnich stanach USA i innych zimnych klimatach.

„Badania te pomagają wyjaśnić, dlaczego kontrola emisji w celu zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza takimi substancjami, jak siarczany i azotany, nie była tak skuteczna, jak oczekiwano zimą we wschodnich Stanach Zjednoczonych”, mówi Sylvia Edgerton, dyrektor programowa w Oddziale Atmospheric and National Science Foundation. Geospace Sciences, która sfinansowała badania.

„Kampania terenowa ZIMA dała unikalny zestaw obserwacji zimowych. Pokazują, że chemiczne sprzężenia zwrotne w miesiącach zimowych przeciwdziałają oczekiwanemu zmniejszeniu zanieczyszczenia powietrza dzięki zmniejszeniu emisji”.

Dodatkowi współautorzy pochodzą z Uniwersytetu Waszyngtońskiego; Georgia Tech; Uniwersytet Kolorado Boulder; Uniwersytet Stanowy Kolorado; Uniwersytet Stanowy Karoliny Północnej A&T; Narodowe Centrum Badań Atmosferycznych w Boulder; oraz Narodowa Administracja Oceaniczna i Atmosferyczna w Boulder. Prace sfinansowała Narodowa Fundacja Nauki, przy wsparciu rzeczowym NASA i Narodowej Administracji Oceanicznej i Atmosferycznej.

Źródło: uniwersytet Waszyngtoński

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon