Til tross for generelt lavere nivåer av skadelige utslipp fra kraftverk og kjøretøy gjennom året, er vinterluftforurensningen i Øst-USA fortsatt høy. En ny studie forklarer hvorfor.
Sommer pleide å være plakatbarnet for tåkeholdige partikler som forårsaker astma, lungekreft og andre sykdommer, sier forskere.
"I de siste 10 årene har sommeren luftforurensningsnivåer gått ned raskt, mens vinterluftforurensningsnivået ikke har det. Luftkvaliteten om sommeren er nå nesten den samme som om vinteren i øst-USA, sier tilsvarende forfatter Viral Shah, som gjorde jobben som en del av doktorgrad i atmosfæriske vitenskap ved University of Washington. "Vi har funnet de kjemiske prosessene som forklarer sesongforskjellen som følge av utslippsreduksjoner."
Studien, som vises i Proceedings of National Academy of Sciences, viser at partiklene følger forskjellige veier om vinteren.
Smog smaker
Resultatene kom fra å analysere observasjoner samlet under kampanjen 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER). Under denne innsatsen tilbrakte forskere seks uker om vinteren som flyr gjennom forurensingsplumer over New York City, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC, og langs kullkraftverkene i Ohio River Valley.
"Vi har nå et bedre verktøy for å se på hva som er den beste strategien for å forbedre vinterkvaliteten ..."
Partikler som danner smog kommer i forskjellige smaker. To viktige er sulfater, fra svoveldioksid som hovedsakelig utgis av kullkraftverk, og nitrater, skapt av nitrogenoksider kjent kollektivt som NOx. Luftkvalitetsforskriftene har senket svoveldioksid i USA med 68 prosent mellom 2007 og 2015, og NOx med omtrent en tredjedel i løpet av den tiden.
Sommertidsnivåer av partikler - når de to smaker av oksider knytter seg til vannige pakker med nitrater og sulfater som skaper vakre solnedganger, men skader menneskers helse - har falt i det østlige USA med om lag en tredjedel i den tiden. Men vinterkonsentrasjonen av partikler har redusert med bare halvparten så mye av grunner som hadde vært uklare.
"Luftkvalitetsmodellene som vi bruker for å forstå opprinnelsen til luftforurensning, virker ganske bra om sommeren, men har noen problemer om vinteren. Før denne studien kunne vi ikke reprodusere den observerte partikulære sammensetningen om vinteren, sier Lyatt Jaeglé, som var papirets andre forfatter og medforskerforsker av feltkampanjen.
"Vi har nå et bedre verktøy for å se på hva som er den beste strategien for å forbedre vinterkvaliteten på regionale skalaer i Øst-USA, og muligens andre steder, som Europa og Asia."
Vinterluftkjemi
Om sommeren forblir noe av det utslippte NOx og svoveldioksid i gassfasen og blir zapped av sollys eller deponert på land, og resten danner partikler i form av nitrater og sulfater. Som de primære ingrediensene faller, så gjør nivåene av partikler.
Men den nye analysen viser at kjemien til vinterluft følger en mer kompleks sti. Med mindre sollys og kaldere temperaturer, skjer mer av kjemien i væskefasen, på overflatene av eksisterende partikler eller væske og isskyer. I den fasen, som de primære ingrediensene faller, øker effektiviteten ved omdannelse av svoveldioksid til sulfat, fordi flere oksidanter er tilgjengelige. Og når sulfat går ned, blir partiklene mindre sure, noe som gjør NOx enklere å konvertere til nitrater.
Så selv om luftkvalitetskravene har redusert begge typer primære utslipp, har den totale mengden partikler som skader menneskers helse, falt sakte.
"Det er ikke at reduksjonene ikke virker. Det er bare at reduksjonene har en avbruddseffekt, og avbrytingseffekten har en fast styrke, sier Shah, som nå er postdoktoral ved Harvard University. "Vi må gjøre ytterligere reduksjoner. Når reduksjonene blir større enn avbruddseffekten, vil vinteren begynne å opptre mer som sommer. "
Hvordan endrer luftkvaliteten?
Studien forutser at med mindre utslippsreduksjoner overskrider nåværende prognoser, vil luftkvaliteten om vinteren fortsette å forbedre seg gradvis til minst 2023. I denne hastigheten vil det være flere år før utslippene når nivåer når vintertidens forurensning begynner å falle raskere.
"Dette papiret viser at forståelsen av den underliggende atmosfæriske kjemi som konverterer primære forurensninger til finpartikler, er avgjørende for å kalibrere våre forventninger om hvilke utslippsreduksjoner som vil oppnå, og dermed for å optimalisere fremtidige utslippsreduksjoner for å fortsette å få det største bang for pengene "når det gjelder å redusere fine partikkelformige konsentrasjoner", sier tredje forfatter Joel Thornton, som var hovedforsker på feltkampanjen.
Funnene antyder at flere utslippsreduksjoner, både svovel og nitrogenoksyder, vil være nødvendig for å forbedre vinterkvaliteten i Øst-USA og andre kaldt klima.
"Denne undersøkelsen bidrar til å forklare hvorfor utslippskontroll for å redusere luftforurensende stoffer, som sulfat og nitrat, ikke har vært så vellykket som forventet i øst-USA om vinteren," sier Sylvia Edgerton, programleder i National Science Foundations divisjon for atmosfærisk og Geospace Sciences, som finansierte forskningen.
"WINTER-feltkampanjen produserte et unikt sett med vinterobservasjoner. De demonstrerer at kjemiske tilbakemeldinger i vintermånedene motvirker forventede reduksjoner i luftforurensning på grunn av reduserte utslipp. "
Ytterligere medforfattere er fra University of Washington; Georgia Tech; University of Colorado Boulder; Colorado State University; North Carolina A&T State University; Nasjonalt senter for atmosfærisk forskning i Boulder; og National Oceanic and Atmospheric Administration i Boulder. National Science Foundation, med støtte in natura fra NASA og National Oceanic and Atmospheric Administration, finansierte arbeidet.
kilde: University of Washington
Relaterte bøker:
at InnerSelf Market og Amazon
