Lavprissensorer måler eksponering for vulkansk smog i realtid

Da Kīlauea-vulkanen brød ud i 2018, lava dækkede dele af øen Hawaii, men en vulkansk smog, kendt som "vog, " oversvømmede det. Vægten indeholdt farlige niveauer af fine partikler og svovldioxidgas, som truede sundheden for nedvindsbefolkningen på øen.

I en ny undersøgelse, et team af videnskabsmænd brugte et billigt luftkvalitetssensornetværk til at kortlægge beboernes forureningseksponering i realtid, for første gang. Den nye løsning til måling af luftkvalitet kan hjælpe befolkninger i fremtiden med at blive syge, da luftforurening er den største enkeltstående miljørisikofaktor for for tidlig dødelighed på verdensplan.

"Vi var i stand til at estimere finskala befolkningseksponering for flere forurenende stoffer, måle den kemiske omdannelse af vulkanske emissioner, og levere realtidsobservationer som en del af beredskabshåndteringsindsatsen, " sagde Benjamin Crawford, Ph.D., hovedforfatter og assisterende professor ved Institut for Geografi og Miljøvidenskab ved University of Colorado Denver. Crawford samarbejdede med forskere fra Massachusetts Institute of Technology og University of Hawai'i.

Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet PNAS .

Realtidsovervågning under en katastrofal hændelse

Før 2018, Kīlauea-vulkanen havde været i udbrud kontinuerligt i meget mindre skala i de sidste 35 år. Ved udgangen af ​​2017 Crawfords team påbegyndte et projekt for at måle luftkvaliteten i modvind af den ulmende vulkan, samarbejde med lokale skoler for at være vært for sensorer.

"Vi troede, at der ikke var noget hastværk, " sagde Crawford. Holdet havde en håndfuld lavpris sensor (LCS) prototyper og var begyndt at lægge grunden på øen, da vulkanen begyndte at bryde ud for alvor i maj 2018. Gruppen kom i gang. De fløj ud til ø og byggede netværket på 10 dage.

Holdet brugte 30 noder designet og indsat specifikt til at overvåge en blanding af primær vulkansk svovldioxid (SO ₂ ) gas og sekundære partikler (PM2,5), der udgør vog. Deres undersøgelse blev den første til at bruge et billigt sensornetværk i realtid under en ekstrem luftkvalitetsbegivenhed.

Sporing af fanens kemiske transformation

Medvind af udbruddet, holdet fandt ud af, at netværksstationer målte peak time PM2.5 og SO ₂ koncentrationer, der kunne overstige 75 mikrogram pr. m-3 og 1200 ppb, henholdsvis. LCS-netværkets tæthed muliggjorde meget granulære estimater af menneskelig eksponering for begge forurenende stoffer under udbruddet - noget der var umuligt ved brug af allerede eksisterende luftkvalitetsmålinger.

Fanernes dynamik udsatte en meget større del (46,7 %) af øens befolkning for forhøjede niveauer af fint PM2,5 end sammenlignet med SO ₂ (2%). Derudover netværket var i stand til at spore vulkanfanens kemiske udvikling i modvind af udbruddet. Målinger fandt en gennemsnitlig SO ₂ konverteringstid på ~36 timer, demonstrerer for første gang distribuerede LCS-netværks evne til at observere reaktionskinetik og kvantificere kemiske omdannelser af luftforurenende stoffer i en virkelig verden.

"Vi havde en god idé om, hvor forureningen var på vej hen, så vi var i stand til at spore og måle fanens kemiske transformation, " sagde Crawford. "Det var første gang, vi kunne observere både fanens kemi, og hvordan den rejste nedad vinden. Det var glædeligt at se vores tilgang virke."

Giver andre mennesker mulighed for at måle luftkvaliteten

Overvågning af luftkvalitet (AQ) er afgørende for at forstå og i sidste ende minimere folks eksponering for skadelige luftforurenende stoffer; imidlertid, overfladebaserede målinger forbliver relativt sparsomme i store dele af verden. Det er fordi de fleste luftkvalitetsmålinger kommer fra netværk drevet af regeringer, stater eller Environmental Protection Agency (EPA) i USA. Disse ekstremt præcise instrumenter er dyre, hvilket begrænser mængden af ​​sensorer, der anvendes. På den store ø Hawaii, der var seks permanente overvågningsstationer i drift før udbruddet, hvoraf en lava blev ødelagt tidligt i udbruddet.

I modsætning, lavprissensorerne i denne undersøgelse er solcelledrevne, enkeltstående enheder, der kan kommunikere gennem mobilnetværk og fungere fjerntliggende steder. Enhedernes overkommelighed gør det også, så holdet kan overdrage dem til fællesskabets medlemmer for selv at måle luftkvaliteten. Uanset om det er under et vulkanudbrud, skovbrande, eller dagligdags byforurening og smog, Det er vigtigt at give lokalsamfund magten til selv at måle data.

"Der er efterspørgsel efter denne form for information, " sagde Crawford. "Det er en fantastisk måde at demokratisere data på og lade lokalsamfund overvåge luftkvalitetsbrud uafhængigt af nogen andre. Du kan styrke folk med viden til at træffe deres egne beslutninger."