Frequentere bosbranden en hitte verergeren luchtkwaliteitsproblemen in Amerikaanse megasteden

Luchtkwaliteit in de grootste steden van Amerika verbetert, maar nieuwe uitdagingen ontstaan

De luchtkwaliteit in de grootste steden van Amerika is gestaag verbeterd dankzij strengere regelgeving op belangrijke bronnen van deeltjesvervuiling. Echter, toenemende hitte, rook van bosbranden en andere opkomende wereldwijde factoren van stedelijke aerosolvervuiling veroorzaken nieuwe uitdagingen voor de volksgezondheidsfunctionarissen die verantwoordelijk zijn voor de bescherming van miljoenen mensen aan de oostkust.

Onderzoek van de Colorado State University, gepubliceerd in npj Climate and Atmospheric Science, begint deze ontwikkelende relaties te ontrafelen en te karakteriseren, met New York City als achtergrond. Het onderzoek kwantificeert hoe bestaande deeltjesvervuiling van bronnen zoals voertuiguitstoot of consumentenproducten nu samenkomt met rook van bosbranden, die duizenden kilometers verderop zijn ontstaan, om secundaire, vaak meer toxische, vervuiling te creëren of bij te dragen aan de vorming van ozon in warm weer.

Professor Delphine Farmer van de afdeling Chemie leidde het onderzoek met gegevens die zijn verzameld uit continue metingen ter plaatse op Long Island tijdens de zomer van 2023. “We hadden niet de bedoeling om luchtkwaliteit, bosbranden en hitte op deze manier te bestuderen, maar de rook van branden in Canada kwam binnen en helaas zal dit in de toekomst steeds gebruikelijker worden,” zei Farmer. “Steden aan de westkust hebben deze gecombineerde problemen al een tijdje, maar de zich ontwikkelende situatie in New York is een goed testcase om te begrijpen hoe factoren zoals de nabijheid van natuurlijke bossen en de hogere bevolkingsdichtheid aan de oostkust kunnen bijdragen aan deze opkomende oorzaken van luchtvervuiling in megasteden.”

Aerosolvervuiling bestaat uit microscopisch kleine deeltjes rook of andere verbindingen van veel voorkomende bronnen, zoals schoonmaakmiddelen of koken in restaurants. Het kan ook natuurlijk optreden door de gassen die planten dagelijks uitstoten. Hogere temperaturen kunnen ervoor zorgen dat planten meer van die gassen uitstoten en de verdamping van sommige consumentenproducten in deeltjesluchtvervuiling versnellen.

Ondertussen absorberen en reageren de deeltjes van bosbrandrook op diezelfde gassen, waardoor zowel natuurlijke als door de mens veroorzaakte vervuilingsbronnen verder worden versterkt. Omdat deze deeltjes in de longen kunnen binnendringen, kunnen ze leiden tot hartziekten, kanker en zelfs dementie, wat hen tot een belangrijke focus maakt voor gezondheidsregulering.

Farmer merkte op dat de situatie in New York een kans bood om de relaties tussen de bronnen en hun algehele impact te ontrafelen. Haar team vond bewijs dat 90% van de aerosolvervuiling boven de stad inderdaad gevoelig was voor ten minste één aspect van deze wereldwijde veranderingen, zoals hoge temperaturen. Dit betekent dat de effecten van de vervuilende stoffen tijdens een hittegolf verergerd werden.

Enkele vluchtige chemische producten, zoals verven en oplosmiddelen, zijn gevoelig voor deze veranderingen, en het werk van het team toont aan dat deze bronnen verantwoordelijk zijn voor meer dan het dubbele van de geschatte bijdrage van auto’s aan de totale luchtvervuiling in de stad in deze categorie. New York heeft ook veel restaurants waar de dagelijkse kook- en schoonmaakactiviteiten bijdragen aan de totale vervuiling. Het team ontdekte echter dat hoewel die emissies ook gevoelig waren voor de introductie van rook of hogere temperaturen, de effecten lokaal waren.

“We hebben ontdekt dat restaurants een grote impact hebben op hun eigen lokale buurten, maar dat hun bijbehorende aerosolen slechts een klein onderdeel zijn van de totale gemiddelde belasting in de regio,” zei Farmer. “Toch kan elke verslechtering van die omstandigheden door de komst van rook van bosbranden, bijvoorbeeld, leiden tot ongelijkheid in de milieu-gezondheid voor die gebieden waar beleidsmakers rekening mee moeten houden.”

Ze voegde eraan toe dat context zoals deze beleidsmakers zal helpen om bronnen van vervuiling te prioriteren die gericht zijn op zowel hun algehele bijdragen aan de luchtkwaliteit van het gebied als hun lokale impact op de volksgezondheid.

Machine learning technieken ondersteunen onderzoek naar luchtvervuiling in steden

Emily Franklin leidde de verzameling van aerosolgegevens op de grond en de vervolganalyses voor het project als postdoctoraal fellow aan CSU. Ze heeft inmiddels een functie als onderzoekswetenschapper bij CSIRO, het nationale wetenschapsagentschap van Australië. Franklin zei dat het team metingen verzamelde van verschillende instrumenten op de locatie en nauw samenwerkte met collega-onderzoekers van de universiteiten van Minnesota, Columbia, Michigan en de Universiteit van Californië, Berkeley voor het project. Samen genereerden deze instrumenten duizenden individuele indicatoren van aerosol-samenstelling, waaronder de karakterisering van honderden unieke maar niet identificeerbare verbindingen in de atmosfeer. Om gebruik te maken van deze complexe metingen, maakte ze gebruik van machine learning technieken.

“Dit was een ongelooflijk rijke en complexe dataset. In een plaats als New York heb je verbindingen van bomen in stadsparken, branden in Canada, bouwplaatsen mijlenver weg, en de barbecuezaak om de hoek,” zei Franklin. “Machine learning was een krachtig hulpmiddel dat ons in staat stelde deze complexiteit te omarmen en te gebruiken om beter te begrijpen hoe al deze bronnen met het klimaat interageren om de luchtvervuiling te vormen die de gemeenschap ervaart.”

Het CSU-team zal nu doorgaan met het bestuderen van de luchtkwaliteit in de regio via de GOTHAAM-campagne, waarbij een C-130-vliegtuig als een vliegend chemielaboratorium wordt gebruikt om de atmosferische samenstelling in real-time over New York, New Jersey en Connecticut te meten. Dat project richt zich op vluchtige organische verbindingen – een brede term voor gassen uit auto-uitlaat, industrie, vegetatie en consumentenproducten die in de atmosfeer reageren om ozon op grondniveau, secundaire organische aerosolen en fijnstof te vormen.

Farmer zei dat metingen van het vliegtuig het team een beter inzicht zullen geven in de chemie die in de regio plaatsvindt, omdat ze in staat zullen zijn om metingen boven de oceaan en op verschillende hoogtes te verkrijgen. Idealiter zullen ze meer informatie kunnen verstrekken aan de miljoenen bewoners in de bredere regio over hun luchtkwaliteit en de mogelijke gezondheidsrisico’s daarvan.

“We maken ons zorgen over wat we op de grond inademen, maar in werkelijkheid heeft de chemie die boven ons plaatsvindt een grote impact daarop. Dit onderzoeksproject zal ons weer helpen om belangrijke interacties beter te begrijpen en onze mogelijkheid om potentieel gevaarlijke luchtkwaliteitscondities te voorspellen te verbeteren,” zei ze.