Røg fra skovbrand ændrer sig dramatisk, efterhånden som den ældes, og det har betydning for luftkvaliteten i modvind

Året 2020 vil blive husket af mange grunde, inklusive dets rekordstore skovbrande, der gjorde San Franciscos himmel til en apokalyptisk nuance af rød og dækkede store dele af Vesten i røg i uger i træk.

Californien oplevede fem af sine seks største brande nogensinde i 2020, inklusive den første moderne "gigafire, " en skovbrand, der brændte over 1 million acres. Colorado oplevede sine tre største brande nogensinde.

Mens røgen kan skabe smukke solnedgange, det kan også have alvorlige konsekvenser for menneskers sundhed.

Jeg er en atmosfærisk kemiker, og atmosfæren er mit laboratorium. Når jeg ser på himlen, Jeg ser en blanding af mange tusinde forskellige kemiske forbindelser, der interagerer med hinanden og med sollys.

Reaktionerne og transformationerne i atmosfæren får skovbrandsrøg til at ændre sig dramatisk, når den bevæger sig medvind, og undersøgelser har vist, at det kan blive mere giftigt, når det bliver ældre. For nøjagtigt at kunne forudsige virkningerne af emissioner fra skovbrande på befolkninger i modvind og udstede mere målrettede advarsler om luftkvalitet, efterhånden som skovbrandssæsonerne forværres, vi skal forstå, hvilke kemikalier der udsendes, og hvordan røgen ændrer sig med tiden.

For at finde ud af det, mine kolleger og jeg fløj med fly ind i røgfanerne fra nogle af Vestens store naturbrande.

Hvordan vi studerer naturbrande

Store naturbrande og den måde, vinden bærer deres røg på, kan ikke let gentages i et laboratorium. Det gør dem svære at studere. En af de bedste måder at lære om ægte skovbrandsrøgkemi er at prøve den direkte i atmosfæren.

I 2018 og 2019, mine kolleger og jeg krydsede himlen over aktive skovbrande i specialiserede fly lastet med videnskabelige instrumenter. Hvert instrument er designet til at prøve en anden del af røgen, ofte ved bogstaveligt talt at stikke et rør ud af vinduet.

Skogbrandrøg er langt mere kompleks og dynamisk, end man kan se. Det indeholder tusindvis af forskellige forbindelser, hvoraf de fleste er molekyler, der indeholder forskellige mængder kulstof, brint, nitrogen- og oxygenatomer. Der er gasser (individuelle molekyler) såvel som partikler (millioner af molekyler koaguleret sammen).

Intet enkelt instrument kan måle alle disse molekyler på én gang. Faktisk, nogle specifikke forbindelser er en udfordring overhovedet at måle. Mange videnskabsmænd, inklusive mig selv, dedikerer deres karriere til at designe og bygge nye instrumenter for at forbedre vores målinger og fortsætte med at fremme vores forståelse af atmosfæren og hvordan den påvirker os.

I nyligt offentliggjort forskning fra 2018 naturbrande, mine kolleger og jeg viste, hvordan røgpartiklerne ændrede sig hurtigt, efterhånden som de blev båret ned ad vinden.

Nogle af partiklerne fordampede til gasser, ligner en regnpøl, der fordamper til vanddamp, når Solen kommer frem. På samme tid, nogle af gasserne i røgen gennemgik reaktioner for at danne nye partikler, ligner vanddamp, der kondenserer for at danne en sky eller dugdråber. I mellemtiden kemiske reaktioner fandt sted, ændre selve molekylerne.

Da disse molekyler reagerede med sollys og andre gasser i atmosfæren, røgen blev fundamentalt forvandlet. Det er det, vi mener, når videnskabsmænd taler om, at røg "ælder" eller bliver "forældet" over tid. Anden nyere forskning er begyndt at vise, hvordan brandrøg kan blive mere giftig, når den bliver ældre.

Hvad betyder alle disse ændringer for helbredet?

Sundhedsskaden fra røg er i høj grad et resultat af, hvor meget PM2,5 den indeholder. Det er små partikler, en brøkdel af bredden af ​​et menneskehår, der kan trækkes dybt ned i lungerne, hvor de kan irritere luftvejene. Selv kortvarig eksponering kan forværre hjerte- og lungeproblemer.

Kemiske reaktioner styrer, hvor meget PM2.5 der er i naturbrandrøg, da det transporteres væk fra brandene og ind i befolkningscentre. Ved at bruge vores flymålinger til at forstå disse processer, we chemists can better predict how much PM2.5 will be present in aged smoke.

Combined with meteorology forecasting that predicts where the smoke will go, this could lead to improved air quality models that can tell people downwind whether they will be exposed to unhealthy air.

Better air quality forecasting

With wildfires increasingly in the news, more people have become aware of their own air quality. Resources such as AirNow from the U.S. Environmental Protection Agency provide current and forecasted air quality data, along with explanations of the health hazards. Local information is often available from state or regional agencies as well.

Air quality measurements and forecasts can help people avoid unhealthy situations, especially sensitive groups such as people with asthma. During predicted periods of unhealthy air quality, local or state governments can use forecasts to reduce other pollution sources, such as discouraging residential wood burning or high-emitting industrial activities.

Ser på fremtiden, wildfire smoke is likely to be widespread across the West each year for several reasons. Rising temperatures are leaving the landscape drier and more flammable. På samme tid, more people are building homes in the wildland-urban interface, creating more opportunities for fires to start.

A large community of scientists including me are working to better understand wildfire emissions and how they change as they blow into downwind communities. That knowledge will improve forecasts for air quality and health impacts of wildfire smoke, so people can learn to adapt and avoid the worst health consequences.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.