Fire gange mere giftig:Hvordan skovbrandsrøg ældes over tid

Enorme røgfaner kastet ud i atmosfæren af ​​ukontrollerede naturbrande kan påvirke sundheden for mennesker, der bor hundreder af kilometer væk.

Hvert år, tusindvis af brande opsluger skove, græsarealer og hede i hele Europa. I 2018, mere end 204, 861 hektar jord blev efterladt brændt i Europa og andre lande omkring Middelhavet, mens skovbrande året før ødelagde over 1,2 millioner hektar. Ildsår i Arktis i juni satte ny rekord i kulstofemissioner efter 18 års overvågning.

Som træerne, buske, græs og tørv er opslugt af disse brande, store mængder røg, sod og andre forurenende stoffer frigives til luften. Med store brande, røgen kan stige mange kilometer ind i stratosfæren og spredes over hele regioner, forårsager luftforurening i områder langt væk fra, hvor flammerne faktisk var.

'I det østlige Middelhav får vi røg, der blæser ned fra skovbrande i Rusland, og når det sker, er der bare tåget røg overalt, sagde professor Athanasios Nenes, en atmosfærisk kemiker ved Institute of Chemical Engineering Sciences i Patras, Grækenland. 'Det kan være ret dramatisk. De påvirker luftkvaliteten over hele regioner eller dele af kontinenter.'

Prof. Nenes er hovedforsker af PyroTRACH-projektet, som forsøger at finde ud af, hvordan emissioner fra naturbrande – sammen med andre typer biomasseafbrænding, såsom husholdningsbrænde - ændringer i atmosfæren og den indvirkning, dette har på menneskers sundhed og klima.

Globalt, skovbrandrøg anslås at forårsage over 339, 000 for tidlige dødsfald om året - langt flere end dem, der mister livet direkte i disse flammer.

Holdet tager regelmæssige luftprøver tre steder i Grækenland - Kreta, Athen og Patras. Disse bliver kombineret med prøver leveret af samarbejdspartnere rundt om i verden, inklusive i USA, Arktis, Indien, Europa, Vietnam og i luften over det sydlige Atlanterhav.

'Når du ser på disse prøver, du kan altid finde en masse partikler i luften, men du kan ikke sige med sikkerhed, om det er kommet fra biomasseafbrænding, sagde prof. Nenes. 'Idéen bag PyroTRACH er at se, om vi kan identificere specifikke signaturer af brande og, ud over, spore, hvad der sker med røgen, når den ældes i atmosfæren.'

Alder

At gøre dette, forskerne bruger et særligt miljøkammer i laboratoriet, der gentager de forhold, der findes i atmosfæren. De genererer derefter friske røgprøver ved at brænde forskellige typer plantemateriale, som derefter får lov at "ældes" i kammeret.

Over tid er de i stand til at se, hvordan kemien af ​​partiklerne i røgen ændrer sig, når de udsættes for atmosfæren og daglige mønstre af sollys og mørke. Bærbare kamre giver dem også mulighed for at ælde røg, der er produceret direkte fra rigtige brande i det ydre miljø.

'Vi forsøger at forstå levetiden for røg i atmosfæren, og hvordan den kemisk udvikler sig, sagde prof. Nenes. 'Vi vil karakterisere den indvirkning, det vil have på menneskers sundhed og klimaet. Bliver det mere giftigt (med alderen), eller have en større (opvarmende) effekt på klimaet (end i øjeblikket antaget), eller levere flere næringsstoffer til økosystemerne, når det falder tilbage til jorden?'

Et af de vigtigste resultater, holdet har gjort, siden det femårige projekt startede i 2017, er, at partikler, der frigives fra brændende vegetation i skovbrande, bliver mere giftige over tid.

Røg fra skovbrande kan blive hængende i atmosfæren i et par uger, når den breder sig. Mens røgpartiklerne er i luften, reagerer de kemisk med sporradikaler - molekyler med uparrede elektroner - for at gennemgå en proces kendt som oxidation. Dette omdanner forbindelserne i røgpartiklerne til stærkt reaktive forbindelser. Når de indåndes, disse reaktive forbindelser - kendt som frie radikaler - kan beskadige celler og væv i kroppen.

'Vi ved, at det ikke er godt at trække vejret, når du er tæt på en brand, men vi har set, at det med tiden bliver værre - op til fire gange mere giftigt om dagen hen ad vejen, sagde prof. Nenes, med henvisning til nogle af deres eksperimentresultater. Disse resultater viste, at røgprøver taget fra luften mere end fem timer efter, at de blev frigivet fra en brand, var dobbelt så giftige, end da de først blev frigivet, og da de ældes længere i laboratoriet, steg toksiciteten til fire gange de oprindelige niveauer.

'Det betyder, at selvom du er langt væk fra en brand, hvis røgen blæses mod dig, det kan have en betydelig indvirkning på helbredet, ' han sagde. 'Folk er måske ikke engang klar over, at de indånder dampene fra en fjern skovbrand, men det vil påvirke deres helbred.'

Sundhed

Selvom de nøjagtige sundhedsmæssige virkninger af at indånde denne røg stadig er fuldt ud forstået, Prof. Nenes og hans team vil føre deres resultater ind i et andet projekt kaldet REMEDIA. Det ser på, hvordan luftforurening påvirker lungerne som en del af Human Exposome Network, som fokuserer på, hvad miljøeksponeringer gør for menneskers sundhed.

Men reaktive forbindelser fra naturbrandrøg menes at have en række kort- og langsigtede sundhedseffekter.

'De kan gøre folk mere tilbøjelige til infektioner, kan føre til vejrtrækningsbesvær og gøre nogle mennesker mere tilbøjelige til at få hjerteanfald, sagde prof. Nenes. 'Samtidig indeholder røgpartiklerne også kræftfremkaldende stoffer - polyaromatiske kulbrinter - som også oxiderer og bliver mere kræftfremkaldende, øger risikoen for kræftsygdomme.'

Denne stigning i toksicitet er en særlig bekymring, da røg fra store naturbrande vides at rejse over hele kontinenter og endda oceaner. Røg bølger fra skovbrande i Alberta, Canada, for eksempel, blev sporet som spredte sig ned langs USA's østkyst, tværs over Atlanten og ind i Europa i 2019. Tilsvarende røg fra de seneste ødelæggende brande i Australien opslugte Sydamerika, og forurening fra naturbrande i Sibirien har spredt sig til det vestlige Canada og USA.

'Brandrøg kan cirkulere kloden, sagde Dr. Mike Flannigan, direktør for Canadian Partnership for Wildland Fire Science ved University of Alberta. 'Røg fra intens ild kan sprøjtes ind i den øvre atmosfære, hvor stærke vinde - typisk vestenvinde - kan transportere den hurtigt rundt i verden.'

Det betyder, at store naturbrande kan have dramatiske konsekvenser for luftkvaliteten og sigtbarheden i byer langt væk fra røgkilden, som derefter kan gøre byens luftforurening værre, øger risikoen for helbredsproblemer og dødsfald blandt dem, der bor der.

Røg

I Europa er der i gennemsnit 65, 000 skovbrande hvert år, men regionen er også opslugt af sæsonbestemte røgskyer fra flammer længere væk.

Gennem de koldere vintermåneder bidrager husets brænding med en betydelig brøkdel af røgen i atmosfæren, især i byområder, ifølge prof. Nenes.

Der er brug for mere arbejde for at forstå de mange kilder til forurening i luften. At optrevle disse kilder er målet med Aeromet-projektet. Det udvikler nye måder til bedre at analysere aerosoler og partikler, der forurener luften, især i byområder i hele Europa. I øjeblikket er det vanskeligt at skelne mellem, hvilke der kommer fra naturlige kilder – såsom støv blæst op i luften og salt løftet fra havene af vinden – og dem der kommer fra brande, køretøjer, industri og andre menneskelige aktiviteter.

Forbedring af nøjagtigheden af, hvordan disse måles og identificeres, kunne ikke kun hjælpe myndighederne med at overvåge luftforurening bedre, men også "potentielt bidrage til at identificere kritiske enkeltkilder til partikler og foreslå passende modforanstaltninger til forbedring af luftkvaliteten" baseret på resultaterne, siger Dr. Burkhard Beckhoff, koordinator for Aeromet-projektet og forsker ved Tysklands Physikalisch-Technische Bundesanstalt i Berlin.

Prof. Nenes håber, at karakterisering af forureningen fra naturbrande og husholdningsbrændefyring kan bidrage til at forbedre klimaændringsmodellerne, da noget af den sod, der frigives ved brande - kendt som brunt kulstof - spiller en betydelig rolle i at absorbere varme fra solen. og gør den globale opvarmning værre.

'De mindre brune kulstofmolekyler har en tendens til at blege ret hurtigt, men de større er mere modstandsdygtige, skabe en lav, men vedvarende varmeeffekt, ' han sagde.

At vide, hvor meget af dette brune kulstof, der produceres i skovbrande og husholdningsbrændefyring, ville give klimaforskere mulighed for at lave bedre klimaforudsigelser.

Med klimamodeller, der allerede forudsiger, at naturbrande sandsynligvis vil blive mere almindelige og intense, efterhånden som de globale temperaturer stiger, og husets vedfyring stiger, røgen, de producerer, kan udgøre en endnu større risiko for menneskers sundhed og miljøet, siger prof. Nenes.

'Jeg voksede op med at kunne se, hvilken effekt brande har på vores luft her i Grækenland, ' han sagde. 'Det er alarmerende at tænke på, hvad vi gør ved os selv og miljøet. Men forhåbentlig som vi forstår mere om dette, vi kan bidrage til politikker, der bør udvikles for at hjælpe med at afbøde virkningen af ​​disse brande.'

Forskningen i denne artikel er finansieret af EU. Hvis du kunne lide denne artikel, overvej at dele det på sociale medier.