Direct, een handvol gemotiveerde inwoners van Fort Collins doet iets ongewoons. Ze verzamelen geavanceerde wetenschappelijke gegevens uit hun achtertuinen die NASA binnenkort kunnen helpen bij het maken van kaarten van wereldwijde luchtvervuiling.

De vrijwilligers maken deel uit van een netwerk van burgerwetenschappers voor een door de Colorado State University geleid project genaamd CEAMS:Citizen-Enabled Aerosol Measurements for Satellites.

Het doel van CEAMS is om het begrip van de lokale luchtkwaliteit te verbeteren door middel van verspreide, grondgebonden metingen. Gegevens op deze schaal kunnen NASA-satellieten uiteindelijk helpen om luchtkwaliteitsgegevens met een hogere resolutie te leveren dan tegenwoordig mogelijk is.

"NASA is geïnteresseerd in het oplossen van mondiale problemen, " zei CEAMS-leider John Volckens, CSU Energy Institute onderzoeker en hoogleraar werktuigbouwkunde. "De meeste regeringen kunnen het zich helemaal niet veroorloven om luchtvervuiling in de gaten te houden." Toch is luchtvervuiling een van de belangrijkste doodsoorzaken en ziektes op de planeet - wereldwijd verantwoordelijk voor meer sterfgevallen dan hiv en malaria samen.

Het monitoren van luchtverontreiniging is een lastige en dure aangelegenheid, volgens Volckens. In de VS, de Environmental Protection Agency houdt ongeveer 1, 000 actieve luchtmonsternemers voor luchtverontreiniging door fijnstof in het hele land - ongeveer één op elke drie provincies. Maar vervuiling door voertuigen, energiecentrales, bosbranden en tal van andere bronnen variëren op veel fijnere ruimtelijke schalen dan op provinciaal niveau.

NASA gebruikt een combinatie van satellietbeelden en computeralgoritmen om luchtvervuiling te modelleren, maar modellen kunnen niet veel zeggen over details van de luchtkwaliteit op grondniveau. Dat is waar het CSU-team binnenkomt.

"Als we betere algoritmen willen ontwikkelen om de luchtkwaliteitskaarten van satellietbeelden representatiever te maken, we hebben meer gegevens ter plaatse nodig, " zei Volckens. "Dit project is ontworpen om die datasets te ontwikkelen.

Kleiner, goedkoper, en meer van hen

Typische EPA-monitoren die fijnstof detecteren kleiner dan 2,5 micron, of "PM 2.5, " kost ongeveer $ 30, 000 elk en zijn ingewikkeld om uit te voeren. De inspanning van CSU CEAMS is gericht op de distributie van een groot aantal compacte, goedkoop, instrumenten op zonne-energie die door vrijwilligers in achtertuinen kunnen worden ingezet. En met vele handen die licht werk maken, de wetenschappers kunnen beter verzamelen, meer gegevens met een hoge resolutie op lokale schaal dan welke satelliet dan ook vanuit de ruimte.

"Als we een netwerk opzetten met 100 monitoren in een grootstedelijk gebied, we zullen toegang hebben tot een ongelooflijk krachtige dataset die NASA kan gebruiken om kaarten van luchtkwaliteit te verbeteren, " zegt Jeff Pierce, universitair hoofddocent atmosferische wetenschap en co-onderzoeker van het project.

De CEAMS-sensoren voeren twee primaire soorten metingen uit. Een daarvan is aerosol optische diepte, of AOD, die gerelateerd is aan de hoeveelheid fijnstof die aanwezig is in een verticale luchtkolom van de aarde naar de ruimte. De andere is PM 2.5 op grondniveau, die het meest zorgwekkend is voor de menselijke gezondheid. "Deze twee maatregelen, bij elkaar genomen, zijn waardevol, niet alleen voor NASA, maar voor iedereen die geïnteresseerd is in lokale luchtkwaliteit, " zegt Eric Wendt, een afgestudeerde student werktuigbouwkunde die hielp bij het ontwerpen van de sensor.

Het interdisciplinaire team, waarbij ingenieurs betrokken zijn, atmosferische wetenschappers, en sociale wetenschappers, zijn allemaal lid van het CSU Partnership for Air Quality, Klimaat, en gezondheid (PACH) - een organisatie die expertise bij CSU bundelt om oplossingen te bieden voor maatschappelijke problemen op het snijvlak van luchtkwaliteit, klimaat en gezondheid. Het CEAMS-team bestaat uit Volckens, Pierce en mede-onderzoekers Shantanu Jathar van werktuigbouwkunde en Marilee Long van journalistiek en mediacommunicatie, evenals leden van hun onderzoeksgroepen.

De rol van Long is het helpen bepalen van best practices voor het werven en opleiden van burgerwetenschappers. "Burgerwetenschap gaat niet alleen over het gebruiken van mensen om wetenschappelijke metingen te doen, "zei ze. "Er is ook een waarde voor hen. Als we veel mensen hebben die leren, we moedigen ze ook aan om positief over wetenschap te denken. Hun feedback helpt ons ook om betere instrumenten te ontwerpen voor toekomstige vrijwilligers."

Tikken op een eigen netwerk

Gelukkig voor het CEAMS-team, ze hadden toegang tot een kant-en-klaar, burgerwetenschapsnetwerk van eigen bodem:de sneeuw- en regenspotters die neerslaggegevens verzamelen voor de Community Collaborative Rain, Hagel en Sneeuw Netwerk, CoCoRaHS, via het Colorado Climate Center. Het personeel van het centrum bracht CEAMS-managers in contact met lokale burgers die bereid waren om vrijwilligerswerk te doen voor het luchtvervuilingsproject.

De CEAMS-website bevat gesproken video's met stapsgewijze instructies voor het instellen van de monitoren en het verzamelen van gegevens. Teamlid Casey Quinn, een afgestudeerde student bij de afdeling Milieu- en Radiologische Gezondheidswetenschappen, creëerde een smartphone-applicatie waarmee de burgerwetenschappers hun gegevens rechtstreeks uploaden naar het CEAMS-team.

Vrijwilligers is gevraagd om ongeveer twee weken lang elke twee dagen een monster te nemen, zei Bonne Ford, een onderzoeker in atmosferische wetenschap en projectmanager van CEAMS. De gebruikers moeten de sensoren in direct zonlicht plaatsen, of de metingen zullen niet nauwkeurig zijn. Ze moeten leren hoe ze een filter kunnen vervangen, en hoe u de app gebruikt om gegevens te uploaden.

"Voor de AOD, we wilden dat ze de sensor uitlijnen en instellen om de meting uit te voeren wanneer ze maar wilden, ' zei Ford. 'Op die manier, ze hoeven daar niet op een bepaald moment te zijn."

Volgende stappen

De lopende proeffase van CEAMS wordt ondersteund door een $ 160, 000 NASA-subsidie. Indien succesvol, CEAMS komt mogelijk in aanmerking voor een tweede financieringsronde, op dat moment zullen ze worden ingezet in verschillende steden, waaronder Denver en Los Angeles. Het proefproject ontving ook een Colorado Office of Economic Development and International Trade-subsidie, die kritieke ondersteuning bood voor vroege prototypes van CEAMS-sensoren.