Perché l'aria invernale negli Stati Uniti orientali è ancora così sporca

Perché l'aria invernale negli Stati Uniti orientali è ancora così sporca

Nonostante i livelli più bassi di emissioni nocive da centrali elettriche e veicoli durante tutto l'anno, l'inquinamento atmosferico invernale negli Stati Uniti orientali rimane elevato. Un nuovo studio spiega perché.

L'estate era il bambino dei poster per le particelle contenenti foschia che causano l'asma, il cancro ai polmoni e altre malattie, dicono i ricercatori.

"In passato 10 anni o giù di lì, i livelli di inquinamento atmosferico estivo sono diminuiti rapidamente, mentre i livelli di inquinamento atmosferico invernale no. La qualità dell'aria in estate è ora quasi la stessa che in inverno negli Stati Uniti orientali ", dice l'autore corrispondente Viral Shah, che ha fatto il lavoro come parte del suo dottorato in scienze atmosferiche all'Università di Washington. "Abbiamo individuato i processi chimici che spiegano la differenza stagionale in risposta alla riduzione delle emissioni".

Lo studio, che appare nel Atti della National Academy of Sciences, mostra che le particelle seguono percorsi diversi in inverno.

Sapori di smog

I risultati provengono dall'analisi delle osservazioni raccolte durante la campagna 2015 Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER). Durante questo sforzo, i ricercatori trascorsero sei settimane in inverno volando attraverso pennacchi di inquinamento su New York, Baltimora, Cincinnati, Columbus, Pittsburgh, Washington, DC e lungo le centrali elettriche a carbone della Ohio River Valley.

"Ora abbiamo uno strumento migliore per valutare quale sia la migliore strategia per migliorare la qualità dell'aria invernale ..."

Le particelle che formano lo smog sono disponibili in diversi gusti. Due importanti sono i solfati, dal biossido di zolfo emesso principalmente dalle centrali elettriche a carbone, e i nitrati, creati da ossidi di azoto noti collettivamente come NOx. Le norme sulla qualità dell'aria hanno abbassato il biossido di zolfo negli Stati Uniti del 68 percentuale tra 2007 e 2015 e di NOx di circa un terzo durante quel periodo.

I livelli estivi di particolato - quando i due sapori di ossidi si accumulano in pacchetti acquosi di nitrati e solfati che creano magnifici tramonti ma danneggiano la salute umana - sono diminuiti negli Stati Uniti orientali di circa un terzo in quel periodo. Ma le concentrazioni invernali di particolato sono diminuite solo della metà, per ragioni che non erano chiare.

"I modelli di qualità dell'aria che utilizziamo per capire l'origine dell'inquinamento atmosferico si comportano piuttosto bene in estate, ma hanno alcuni problemi durante l'inverno. Prima di questo studio, non siamo riusciti a riprodurre la composizione del particolato osservato in inverno ", afferma Lyatt Jaeglé, che è stato il secondo autore del paper e co-principale investigatore della campagna sul campo.

"Ora abbiamo uno strumento migliore per valutare quale sia la migliore strategia per migliorare la qualità dell'aria invernale su scala regionale negli Stati Uniti orientali e potenzialmente in altri luoghi, come Europa e Asia".

Chimica dell'aria invernale

In estate, alcuni NOx emessi e anidride solforosa rimangono nella fase gassosa e vengono zappati dalla luce solare o depositati sulla terra, e il resto forma particolati sotto forma di nitrati e solfati. Con la caduta degli ingredienti primari, aumentano anche i livelli di particolato.

Ma la nuova analisi mostra che la chimica dell'aria invernale segue un percorso più complesso. Con meno luce solare e temperature più fredde, più chimica avviene nella fase liquida, sulle superfici di particelle esistenti o di nubi liquide e ghiacciate. In questa fase, mentre gli ingredienti primari diminuiscono, aumenta l'efficienza della conversione dell'anidride solforosa in solfato, perché sono disponibili più ossidanti. E quando il solfato scende, il particolato diventa meno acido, rendendo i NOx più facilmente trasformabili in nitrati.

Pertanto, anche se le normative sulla qualità dell'aria hanno ridotto entrambi i tipi di emissioni primarie, la quantità totale di particolato che danneggia la salute umana è diminuita più lentamente.

"Non è che le riduzioni non funzionino. È solo che le riduzioni hanno un effetto di cancellazione, e l'effetto di cancellazione ha una forza impostata ", dice Shah, che ora è un ricercatore post-dottorato presso l'Università di Harvard. "Dobbiamo fare ulteriori riduzioni. Una volta che le riduzioni diventano più grandi dell'effetto di cancellazione, l'inverno inizierà a comportarsi più come l'estate. "

Come cambierà la qualità dell'aria?

Lo studio prevede che, a meno che le riduzioni delle emissioni non superino le previsioni correnti, la qualità dell'aria in inverno continuerà a migliorare solo gradualmente fino ad almeno 2023. Di questo passo sarebbero diversi anni prima che le emissioni raggiungano livelli quando l'inquinamento invernale inizia a calare più rapidamente.

"Questo documento mostra che la comprensione della chimica atmosferica alla base che converte gli inquinanti primari in particolato fine è fondamentale per calibrare le nostre aspettative su ciò che le riduzioni delle emissioni si realizzeranno, e quindi su come ottimizzare le future riduzioni delle emissioni per continuare a ottenere il" big bang for the buck " "in termini di riduzione delle concentrazioni di particolato fine", afferma il terzo autore Joel Thornton, che è stato il principale investigatore sulla campagna sul campo.

I risultati suggeriscono che saranno necessarie maggiori riduzioni delle emissioni, sia di zolfo che di ossidi di azoto, per migliorare la qualità dell'aria invernale negli Stati Uniti orientali e in altri climi freddi.

"Questa ricerca aiuta a spiegare perché i controlli delle emissioni per ridurre le sostanze inquinanti dell'aria, come solfato e nitrato, non hanno avuto il successo come previsto negli Stati Uniti orientali in inverno", dice Sylvia Edgerton, direttore del programma della Divisione di Atmosferica e della National Science Foundation Geospace Sciences, che ha finanziato la ricerca.

"La campagna sul campo WINTER ha prodotto una serie unica di osservazioni invernali. Dimostrano che i feedback chimici durante i mesi invernali contrastano le previste riduzioni dell'inquinamento atmosferico a causa della riduzione delle emissioni. "

Altri coautori sono dell'Università di Washington; Georgia Tech; l'Università del Colorado Boulder; Colorado State University; Università statale A & T della Carolina del Nord; il Centro nazionale per la ricerca atmosferica a Boulder; e la National Oceanic and Atmospheric Administration di Boulder. La National Science Foundation, con il supporto in natura della NASA e la National Oceanic and Atmospheric Administration, ha finanziato il lavoro.

Fonte: Università di Washington

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