Pandemier og forurening:En samtale med en atmosfærisk videnskabsmand

Du har måske set de slående før-og-efter-billeder:byer, der tidligere var dækket af en tæt tåge af luftforurening, nu med klar himmel, da COVID-19-ordrer til at blive hjemme stopper biltrafikken og industrien.

Men spørgsmålet om forbedret luftkvalitet er ikke så simpelt, som billederne kan antyde, siger Caltechs Paul Wennberg, R. Stanton Avery professor i atmosfærisk kemi og miljøvidenskab og teknik. Wennberg, en atmosfærisk kemiker og miljøgeokemiker, studerer indflydelsen af ​​menneskelig aktivitet på den globale atmosfære.

Vi talte med Wennberg af Zoom for at få sit bud på, hvad vi kan lære ved at observere COVID-19's indvirkning på luftforurening, og hvorfor vi ikke ser de samme dramatiske effekter i Los Angeles -området, som er blevet observeret andre steder i verden.

Kan du beskrive de påvirkninger på miljøet, der er blevet tilskrevet COVID-19-påbuddet om at blive hjemme?

Det afhænger virkelig af, hvor du er. Vi har set betydelige fald i luftforureningsniveauer som angivet af nitrogendioxid (NO2) niveauer, først i Kina og derefter i Europa og Nordamerika. Men der er mange nuancer i, hvordan du fortolker disse observationer, fordi de er meget følsomme over for ting som vejret.

For eksempel, Los Angeles havde en meget regnfuld periode efter starten af ​​ophold-at-home ordrerne, og regnen hjælper med at rense luften ved at fjerne en masse af de opløselige forurenende stoffer såsom aerosoler og partikler. Forbindelser mellem reduktionen i emissioner og forbedringer i luftkvaliteten er meget lettere at lave i steder som Indien og Kina end i et sted som Los Angeles.

Hvorfor det?

Folk indser det nogle gange ikke, men i Los Angeles menes biler kun at bidrage med en lille brøkdel af luftforureningen. Sammenlignet med tidligere årtier, biler er blevet utroligt rene. Vi forventer, at reduktionen af ​​biltrafikken reducerede emissionerne af store forurenende stoffer med måske 10 procent, som er væsentlig, men generelt ret lille. Disse dage, NOx [nitrogenoxid]-emissioner i Los Angeles kommer primært fra lastbiler og andre dieseldrevne motorer. Hvis du bare går ud på motorvejen nu, du vil se, at der stadig er masser af lastbiler.

Hvad med andre steder i verden?

Andre steder, sammenhængen mellem reduktionen i trafikken forbundet med COVID-19 og en reduktion af luftforurening er lettere at fastslå. I Europa, der er langt flere dieselbiler, som afgiver meget NOx. At tage dem af vejen har haft en meget mere mærkbar effekt.

I Indien, der er sket en betydelig reduktion i efterspørgslen efter elektricitet - et fald på 26 procent på bare 10 dage - så de slukker for kulværker, hvilket også fører til renere luft. Du kan sammenligne det med Californien, hvor elforbruget er faldet, men ikke så meget. Vi falder måske 5 til 10 procent. Vi er alle hjemme her, men vi er stadig online, ved at bruge vores computere. Mange af de aktiviteter, der kræver elektricitet, har virkelig ikke ændret sig på den måde, de ville have et sted som Indien eller Kina, hvor fremstillingssektoren er så dominerende.

Vil globale vejrmønstre med tiden have en homogeniserende effekt, forårsager renere luft overalt?

Til en vis grad. Vi forventer at se baggrundsniveauerne af ozon i atmosfæren falde på en mere global måde, hvilket er en god ting. Men en masse partikler rejser sig ikke langt, så miljøets reaktion på dette vil stadig være ret lokaliseret.

Hvilken indflydelse vil ændringerne i luftkvaliteten have på skydannelsen?

To aspekter af dette spores. Vi er interesserede i at kvantificere flyets rolle i at producere cirrusskyer i høj højde, som kan findes over 16, 500 fod og opvarme jorden. Undersøgelser udført efter 9/11 forsøgte at fastslå det ved at manglen på fly i den uge efter angrebet, og disse undersøgelser antydede, at oprettelse af cirrus-sky står for måske halvdelen af ​​luftfartens samlede klimapåvirkning, fanger varme og bidrager til global opvarmning.

Med antallet af flyvninger på verdensplan faldende med omkring to tredjedele fra slutningen af ​​februar til slutningen af ​​marts, vi ser 9/11-effekten på globalt plan. Dette vil være meget lettere at fortolke, fordi det varer ved i lang tid, og fordi det varierer fra region til region. For det meste, flyrejser faldt først i Kina, og så i Europa, og så i USA. Formodentlig vil tilbagevenden til luftfart også være heterogen, så man kan prøve at adskille de lokale effekter fra virkningerne af flyene selv.

Vi er også interesseret i skyer i lav højde, der forekommer under 6, 500 fod. Hver skydråbe har, i sin kerne, en partikel, der allerede eksisterede i atmosfæren, så det er blevet foreslået, at aerosolforurening har ført til ændringer i uklarhed, og at dette har været en vigtig komponent i klimapåtvingningen. Skyer kan fange varme, opvarmer jorden. Reduktionen af ​​aerosolforurening i forbindelse med COVID-19-situationen burde give en meget, meget nyttig test af de teorier, som er svære at evaluere på andre måder, fordi både klimaet og forureningshistorien effektivt har udviklet sig sammen over 50 år.

Hvilke andre forskningsmuligheder repræsenterer dette?

Lige før dette skete, vi havde forelagt et forslag til National Science Foundation om at undersøge, hvordan Los Angeles og USA ville se ud, fra et luftkvalitetsperspektiv, hvis vi ikke havde emitterende køretøjer længere. Nu har vi en bedre idé baseret på hårde data. Som et sideprojekt til dette forslag, Resnick Sustainability Institute og Ronald og Maxine Linde Center for Global Environmental Science bestilte en luftkvalitetsstation til campus, og det blev samlet af en af ​​mine medarbejdere, John Crounse [Ph.D. '11], i januar og februar, lige i tide til at begynde at observere dette.

Hvilke andre værktøjer vil være nyttige til at analysere dette?

Lige nu, vi er ikke i stand til at få adgang til mange af de nationale videnskabelige aktiver, som du ville bruge til at spore luftkvaliteten. Normalt, du kan sige, "Lad os tage det National Science Foundation-fly og flyve over og se og se, hvad der sker." Nu, disse fly er jordet.

Imidlertid, vi har en række fjernmålingsinstrumenter, såsom Orbiting Carbon Observatories, OCO-2 og OCO-3. De fleste af de billeder, du vil se i avisen og på Twitter, kommer fra et hollandsk instrument kaldet Tropomi, som er en sensor, der blev lanceret for blot et par år siden og kortlægger en række kriterier for forurenende stoffer, som vi kalder dem, fra rummet i ret høj opløsning. Ud over, der er et par andre JPL-instrumenter [JPL administreres af Caltech for NASA], der sporer ændringer i, for eksempel, kulilteforurening.

Vil dette have en langsigtet effekt, eller vil luftforurening bare gå tilbage til det sted, hvor ordrerne om at blive hjemme blev løftet?

Det er faktisk mere et socialt end et miljøspørgsmål. Når du genstarter de aktiviteter, der forårsager luftforurening, det kommer brølende tilbage. Men der er steder, der historisk set har haft rigtig dårlig luftforurening, og en stor del af befolkningen har aldrig rigtig oplevet ren luft. Pludselig oplever de det, og jeg kan bare ikke tro, at det ikke vil have en effekt. Folk vil have set noget andet, og jeg ville ikke blive overrasket, hvis de så vil kræve det. Vi har vist i USA, at du kan have både god luftkvalitet og betydelig økonomisk aktivitet. Jeg tror, ​​at folk ikke har oplevet dette i meget af resten af ​​verden.

Hvad er det næste?

Forårsvejret i Los Angeles er meget varierende, gør det kompliceret at fortolke de luftkvalitetsdata, vi indsamler nu. Hvis hjemmeboende ordrer fortsætter hen over sommeren – og lad os håbe de ikke gør det – har vi et meget bedre svar på det videnskabelige spørgsmål om, hvad der sker, når man reducerer biltrafikken med en faktor to, eller tre, eller fire, eller hvad vi nu har gjort.

Fra et klimaændringssynspunkt, det er, som om vi har udført et århundreder langt globalt eksperiment ved langsomt at tilføje mere og mere kuldioxid og partikelforurening til atmosfæren. Vores viden om virkningerne af disse emissioner er udfordret af manglen på historiske optegnelser. Men nu har vi gjort det omvendte – især for partikelforurening – på en meget dramatisk og direkte måde, og på et tidspunkt, hvor vi har bedre værktøjer til at forstå det. At se, hvordan dette udspiller sig, burde være en smule mere ligetil.