Gehoornde leeuweriken zijn schattige kleine zangvogels met witte buiken en gele kinnen - tenminste, nu zijn ze. Honderd jaar geleden, op het hoogtepunt van de stedelijke rookvervuiling in de VS, hun bleke veren waren donkergrijs gekleurd door het roet in de atmosfeer. Een nieuwe krant in de Proceedings van de National Academy of Sciences laat zien dat de verkleuring van vogels in museumcollecties kan worden gebruikt om de hoeveelheid zwarte koolstof in de lucht in de tijd en de effecten van milieubeleid op vervuiling te traceren.

"Het roet op de veren van deze vogels stelde ons in staat om de hoeveelheid zwarte koolstof in de lucht in de loop van de tijd te traceren, en we ontdekten dat de lucht rond de eeuwwisseling nog meer vervuild was dan wetenschappers eerder dachten, " zegt Shane DuBay, een afgestudeerde student aan The Field Museum en de University of Chicago en een van de auteurs van de studie. Hij en co-auteur Carl Fuldner, ook een afgestudeerde student aan UChicago, analyseerde meer dan duizend vogels die de afgelopen 135 jaar zijn verzameld om de effecten van roet in de lucht boven steden in de Rust Belt te bepalen en te kwantificeren.

"Als je vandaag naar Chicago kijkt, de luchten zijn blauw. Maar als je naar foto's van Beijing en Delhi kijkt, je krijgt een idee van hoe Amerikaanse steden als Chicago en Pittsburgh ooit waren, ", zegt DuBay. "Met behulp van museumcollecties, we waren in staat om die geschiedenis te reconstrueren."

Ornithologen van The Field Museum weten al lang dat vogelspecimens in de collectie uit de vroege jaren 1900 zichtbaar donkerder waren dan verwacht, en atmosferisch roet was de verdachte.

"Als je deze vogels aanraakt, je krijgt sporen van roet op je handen. We zouden witte handschoenen dragen terwijl we ze hanteren, en de handschoenen zouden vlekken krijgen, zoals wanneer je inkt op je vingertoppen krijgt bij het lezen van een krant, ", zegt DuBay. Dat komt omdat het roet in de lucht aan de veren van de vogels kleefde als stof aan een plumeau. "Deze vogels fungeerden als luchtfilters die door de omgeving bewogen, ", voegt DuBay eraan toe.

Vogels waren ook ideale kandidaten voor het onderzoek omdat ze elk jaar vervellen en een nieuwe set veren laten groeien, wat betekent dat het roet erop zich pas het afgelopen jaar had opgehoopt toen ze werden verzameld. En er was een trend zichtbaar:oude duiven waren viezer, en nieuwe vogels waren schoner.

Om de veranderingen in roetheid door de jaren heen te meten, DuBay en Fuldner kozen voor een nieuwe benadering:het fotograferen van de vogels en het meten van het licht dat ervan weerkaatst wordt. Fuldner, een fotohistoricus die zich richt op beelden van de omgeving, werkte samen met DuBay om een ​​methode te ontwikkelen om de vogels te analyseren met behulp van fotografie. De vogels gefotografeerd, met meer dan duizend, waren allemaal van vijf soorten die broeden in de Manufacturing Belt en veel witte veren hebben die pronkten met het roet.

De afbeeldingen, het contrast tussen de vuile grijze vogels en de schone witte, zijn dramatisch. "De foto's geven het project een viscerale dimensie - je maakt een verbinding met de beelden, ', zegt Fuldner.

DuBay en Fuldner hebben de hoeveelheid licht uitgezet die op de veren van de vogels weerkaatst, afhankelijk van het jaar waarin de vogels werden verzameld. Om hun bevindingen te begrijpen, het paar onderzoekers dook vervolgens in de sociale geschiedenis van stedelijke luchtvervuiling.

"De veranderingen in de vogels weerspiegelen inspanningen, eerst op stedelijk niveau maar uiteindelijk uitgroeiend tot een nationale beweging, om het rookprobleem aan te pakken, ", zegt Fuldner. "We zijn in staat om terug te gaan en te zien hoe effectief bepaalde beleidsbenaderingen waren."

"We waren verrast door de precisie die we konden bereiken, ", zegt DuBay. "Het roet op de vogels volgt het gebruik van steenkool in de loop van de tijd op de voet. Tijdens de Grote Depressie, er is een scherpe daling in zwarte koolstof op de vogels omdat het kolenverbruik daalde - toen we dat eenmaal zagen, het klikte." De hoeveelheid roet op de vogels herstelde rond de Tweede Wereldoorlog, toen de productie in oorlogstijd het gebruik van steenkool opdreef, en na de oorlog snel afgehaakt, rond toen mensen in de Rust Belt hun huizen begonnen te verwarmen met aardgas dat uit het westen kwam in plaats van met steenkool.

"Het feit dat de recentere vogels schoner zijn, betekent niet dat we vrij zijn, " merkt DuBay op. "Terwijl de VS veel minder zwarte koolstof in de atmosfeer afgeeft dan vroeger, we blijven minder opvallende verontreinigende stoffen in onze atmosfeer pompen - die verontreinigende stoffen zijn gewoon niet zo zichtbaar als roet. Plus, veel mensen over de hele wereld ervaren nog steeds met roet verstikte lucht in hun steden."

Analyse van atmosferische zwarte koolstof kan wetenschappers helpen bij het bestuderen van klimaatverandering. "We weten dat zwarte koolstof een krachtig middel is voor klimaatverandering, en rond de eeuwwisseling zwarte koolstofniveaus waren slechter dan eerder werd gedacht, " zegt DuBay. "Ik hoop dat deze resultaten klimaat- en atmosferische wetenschappers zullen helpen de effecten van zwarte koolstof op het klimaat beter te begrijpen."

En voor zowel DuBay als Fuldner, het was zowel onverwacht als lonend om hun onderzoek toe te passen buiten hun respectieve gebieden van evolutionaire biologie en fotografische geschiedenis.

"Als historicus een van de vragen die ik altijd stel is, 'Wat is het nut van dit onderzoek voor de manier waarop we nu leven?' In dit geval werd het antwoord snel duidelijk, ", zegt Fuldner. "Het invullen van een lege ruimte in het historische record van zoiets groots als luchtvervuiling in Amerikaanse steden, en dat te kunnen delen met atmosferische wetenschappers die de effecten van zwarte koolstof op het klimaat bestuderen, is buitengewoon."

"Deze studie laat een kantelpunt zien toen we afstand namen van het verbranden van vuile kolen, en vandaag, we bevinden ons op een soortgelijk cruciaal moment met fossiele brandstoffen, ", zegt DuBay. "In het midden van de 20e eeuw, we hebben geïnvesteerd in infrastructuur en gereguleerde brandstofbronnen - hopelijk kunnen we die les trekken en nu een soortgelijke overgang maken naar duurzamere, hernieuwbare energiebronnen die efficiënter en minder schadelijk zijn voor ons milieu."

DuBay merkt op dat naast de gevolgen voor het milieu van het project, hun werk toont ook het belang aan van museumcollecties zoals die ze gebruikten van The Field Museum in Chicago, het Carnegie Museum of Natural History in Pittsburgh, en het University of Michigan Museum of Zoology in Ann Arbor. "Ik hoop dat deze studie collecties blootlegt als een waardevolle hulpbron om hedendaagse milieuproblemen aan te pakken, ", zegt DuBay. "Dit artikel laat zien op welke manieren natuurhistorische collecties kunnen worden gebruikt, het onderstrepen van de waarde van collecties en het blijven opbouwen van collecties, om ons te helpen ons begrip van de menselijke impact op de natuurlijke wereld te verbeteren."