Ondanks de algehele lagere niveaus van schadelijke emissies van krachtcentrales en voertuigen gedurende het hele jaar, blijft de luchtvervuiling in de winter in de oostelijke Verenigde Staten hoog. Een nieuw onderzoek legt uit waarom.
De zomer was vroeger het posterkind voor nevelbevattende deeltjes die astma, longkanker en andere ziekten veroorzaken, zeggen onderzoekers.
"In het verleden 10 een jaar of zo, zijn de luchtverontreinigingsniveaus in de zomer snel gedaald, terwijl de niveaus van de luchtverontreiniging in de winter dat niet zijn. Luchtkwaliteit in de zomer is nu bijna hetzelfde als in de winter in het oosten van de VS ", zegt de overeenkomstige auteur Viral Shah, die het werk deed als onderdeel van zijn doctoraat in de atmosferische wetenschappen aan de universiteit van Washington. "We hebben de chemische processen vastgesteld die het seizoensgebonden verschil verklaren in reactie op emissiereducties."
De studie, die verschijnt in de Proceedings van de National Academy of Sciences, laat zien dat de deeltjes in de winter verschillende paden volgen.
Smog smaken
De resultaten kwamen uit het analyseren van observaties die tijdens de campagne 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER) zijn verzameld. Tijdens die inspanning brachten onderzoekers zes weken door in de winter door vervuilingspluimen over New York City, Baltimore, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC, en langs de kolengestookte elektriciteitscentrales van de Ohio River Valley.
"We hebben nu een betere tool om te kijken naar wat de beste strategie is om de luchtkwaliteit in de winter te verbeteren ..."
Deeltjes die smog vormen, komen in verschillende smaken. Twee belangrijke zijn sulfaten, van zwaveldioxide voornamelijk uitgestoten door kolengestookte elektriciteitscentrales, en nitraten, gemaakt van stikstofoxiden collectief bekend als NOx. Luchtkwaliteitsnormen hebben het zwaveldioxide in de VS met 68 procent tussen 2007 en 2015 verlaagd, en NOx in die tijd met ongeveer een derde.
Zomerspiegelniveaus van deeltjes - wanneer de twee smaken oxiden zich opstapelen in waterige pakketten van nitraten en sulfaten die prachtige zonsondergangen creëren maar de menselijke gezondheid schaden - zijn in de oostelijke VS in die tijd met ongeveer een derde gedaald. Maar de winterconcentraties van deeltjes zijn met de helft afgenomen, om onduidelijke redenen.
"De luchtkwaliteitsmodellen die we gebruiken om de oorsprong van luchtvervuiling te begrijpen, presteren behoorlijk goed in de zomer, maar hebben enkele problemen in de winter. Vóór deze studie konden we de waargenomen samenstelling van de deeltjes in de winter niet reproduceren, "zegt Lyatt Jaeglé, de tweede auteur van het papier en co-promotor van de veldcampagne.
"We hebben nu een betere tool om te kijken naar wat de beste strategie is om de luchtkwaliteit in de winter te verbeteren op regionale schaal in de oostelijke VS en mogelijk op andere plaatsen, zoals Europa en Azië."
Lucht chemie in de winter
In de zomer blijft een deel van de uitgestoten NOx en zwaveldioxide in de gasfase en wordt door zonlicht onderdrukt of op het land afgezet en de rest vormt deeltjes in de vorm van nitraten en sulfaten. Naarmate de primaire ingrediënten vallen, nemen ook de niveaus van deeltjes toe.
Maar de nieuwe analyse laat zien dat de chemie van de winterlucht een complexer pad volgt. Bij minder zonlicht en koudere temperaturen gebeurt er meer chemie in de vloeistoffase, op de oppervlakken van bestaande deeltjes of vloeistof en ijswolken. In die fase stijgt de efficiëntie van het omzetten van zwaveldioxide in sulfaat naarmate de primaire ingrediënten vallen, omdat er meer oxidanten beschikbaar zijn. En als sulfaat naar beneden gaat, worden de deeltjes minder zuur, waardoor NOx gemakkelijker wordt omgezet in nitraten.
Dus hoewel luchtkwaliteitsnormen beide soorten primaire emissies hebben verminderd, is de totale hoeveelheid deeltjes die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid langzamer gedaald.
"Het is niet dat de kortingen niet werken. Het is alleen zo dat de verminderingen een annulerend effect hebben en het annuleringseffect een vaste sterkte heeft ", zegt Shah, die nu een postdoctoraal onderzoeker is aan de Harvard University. "We moeten verdere kortingen doen. Zodra de reducties groter worden dan het opheffend effect, zal de winter zich meer als zomer gaan gedragen. "
Hoe zal de luchtkwaliteit veranderen?
De studie voorspelt dat tenzij de emissiereducties de huidige prognoses overtreffen, de luchtkwaliteit in de winter slechts geleidelijk verder zal verbeteren tot ten minste 2023. In dit tempo zou het enkele jaren duren voordat de emissies een niveau bereiken wanneer de wintervervuiling sneller begint af te nemen.
"Dit artikel laat zien dat het begrijpen van de onderliggende atmosferische chemie die primaire polluenten omzet in fijne deeltjes, van cruciaal belang is voor het kalibreren van onze verwachtingen over wat emissiereducties zullen bereiken, en daarom voor het optimaliseren van toekomstige emissiereducties om de 'grootste knal voor de dollar' te krijgen 'in termen van het verminderen van fijnstofconcentraties', zegt de derde auteur Joel Thornton, die de belangrijkste onderzoeker was van de veldcampagne.
De bevindingen suggereren dat meer emissiereducties, zowel van zwavel- als stikstofoxiden, nodig zullen zijn om de luchtkwaliteit in de winter in de oostelijke Verenigde Staten en andere koude klimaten te verbeteren.
"Dit onderzoek helpt verklaren waarom emissiecontroles om luchtvervuilende stoffen, zoals sulfaat en nitraat, te verminderen, in de winter in de VS niet zo succesvol zijn als verwacht", zegt Sylvia Edgerton, programmadirecteur bij de afdeling Atmosferische en Geospace Sciences, die het onderzoek financierde.
"De WINTER-veldcampagne leverde een unieke reeks winterobservaties op. Ze tonen aan dat chemische feedback tijdens de wintermaanden de verwachte vermindering van de luchtvervuiling door verminderde uitstoot tegengaat. "
Extra co-auteurs zijn van de Universiteit van Washington; Georgia Tech; de Universiteit van Colorado in Boulder; Colorado State University; North Carolina A&T State University; het Nationaal Centrum voor Atmosferisch Onderzoek in Boulder; en de National Oceanic and Atmospheric Administration in Boulder. De National Science Foundation, met steun in natura van NASA en de National Oceanic and Atmospheric Administration, financierde het werk.
Bron: Universiteit van Washington
Related Books:
at InnerSelf Market en Amazon
