Bosbranden in het Westen treffen niet alleen de verbrande gebieden, maar de wijdere regio's bedekt met rook. In de afgelopen jaren zijn wazige luchten en gevaarlijke luchtkwaliteit vaste kenmerken geworden van het nazomerweer.

Veel factoren zorgen ervoor dat westerse bosbranden groter worden en grotere, langdurige rookpluimen die zich over het hele continent kunnen uitstrekken. Een analyse onder leiding van de Universiteit van Washington kijkt naar de meest gedetailleerde waarnemingen tot nu toe van het interieur van rookpluimen van bosbranden aan de westkust.

Het multi-institutionele team volgde en vloog door bosbrandpluimen vanaf de bron om gegevens te verzamelen over hoe de chemische samenstelling van rook in de loop van de tijd veranderde. Een resulterend papier, gepubliceerd op 2 november in de Proceedings van de National Academy of Sciences , toont aan dat rookprognoses de hoeveelheid deeltjes in minder sterke rook aanzienlijk kunnen onderschatten.

De nieuwe resultaten kunnen de schatting voor deeltjes in stillere rook verdubbelen, wat het verschil zou kunnen zijn tussen "matige" en "ongezonde" luchtkwaliteit in regio's benedenwinds van de brand.

"Wildbranden worden groter en komen vaker voor, en rook wordt een steeds belangrijkere bijdrage aan de algehele luchtvervuiling, " zei hoofdauteur Joel Thornton, een UW hoogleraar atmosferische wetenschappen. "We hebben ons echt gericht op de rookpluimen dicht bij de bron om beter te begrijpen wat er wordt uitgestoten en hoe het kan transformeren als het met de wind mee gaat."

Weten hoe nieuw gegenereerde natuurbrandrook overgaat in muf, verdreven rook kan leiden tot betere voorspellingen voor de luchtkwaliteit. Gemeenschappen kunnen die voorspellingen gebruiken om zich voor te bereiden door buitenactiviteiten naar binnen te verplaatsen of te verplaatsen in gevallen waarin de lucht onveilig is om buiten te zijn, evenals het beperken van andere vervuilende activiteiten zoals houtvuren.

"Er zijn twee aspecten die te maken hebben met rookvoorspellingen, " zei eerste auteur Brett Palm, een UW postdoctoraal onderzoeker in de atmosferische wetenschappen. "De ene is precies waar de rookpluim naartoe gaat, gebaseerd op de dynamiek van hoe lucht in de atmosfeer beweegt. Maar de andere vraag is:hoeveel rook wordt er getransporteerd - hoe ver benedenwinds zal de luchtkwaliteit slecht zijn? Dat is de vraag die ons werk helpt te beantwoorden."

Wanneer bomen, gras en gebladerte verbranden bij hoge temperaturen ze produceren roet, of zwarte koolstof, evenals organische deeltjes en dampen, organische aerosolen genoemd, die reactiever zijn dan roet. Branden kunnen ook "bruine koolstof" aërosol produceren, een minder goed begrepen vorm van organische aerosol die de lucht een bruinachtige waas geeft.

Eenmaal in de lucht, de organische aerosolen kunnen reageren met zuurstof of andere moleculen die zich al in de atmosfeer bevinden om nieuwe chemische verbindingen te vormen. Luchttemperatuur, zonlicht en rookconcentratie beïnvloeden deze reacties en veranderen zo de eigenschappen van de oudere rookpluim.

Het multi-institutionele team heeft deze reacties gemeten door in juli en augustus 2018 door bosbranden te vliegen als onderdeel van WE-CAN, of het Western Wildfire Experiment voor Cloud Chemistry, Veldcampagne voor aerosolabsorptie en stikstof onder leiding van de Colorado State University.

Onderzoeksvluchten vanuit Boise, Idaho, gebruikte een C-130 onderzoeksvliegtuig om de rook te observeren. De studie vloog door niveaus van 2, 000 microgram per kubieke meter, of ongeveer zeven keer de slechtste lucht die deze zomer in Seattle is ervaren. Zeehonden op het vliegtuig hielden de lucht in het vaartuig veel schoner, hoewel onderzoekers zeiden dat het was alsof je door de rook van een kampvuur vloog.

"We hebben geprobeerd een leuke, georganiseerde pluim waar we zo dicht mogelijk bij het vuur konden beginnen, "Zei Palm. "Dan zouden we, gebruikmakend van de windsnelheid, proberen dezelfde lucht op volgende transecten te bemonsteren als het met de wind mee reisde."

De analyse in het nieuwe artikel was gericht op negen goed gedefinieerde rookpluimen die werden gegenereerd door de Taylor Creek Fire in het zuidwesten van Oregon, de berenvalbrand in Utah, de Goldstone-brand in Montana, de South Sugarloaf-brand in Nevada, en de Scherpen, Kiwah, Beaver Creek en Rabbit Foot bosbranden in Idaho.

"Je kunt grote bosbranden niet echt reproduceren in een laboratorium, "Zei Palm. "In het algemeen, we probeerden de rook te bemonsteren terwijl deze aan het verouderen was om de chemie te onderzoeken, de fysieke transformaties die plaatsvinden."

De onderzoekers ontdekten dat één klasse van natuurbrandemissies, fenolen, maken slechts 4% van het verbrande materiaal uit, maar ongeveer een derde van de lichtabsorberende "bruine koolstof"-moleculen in verse rook. Ze vonden bewijs van complexe transformaties in de pluim:dampen condenseren tot deeltjes, maar tegelijkertijd en bijna hetzelfde tempo, deeltjescomponenten verdampen terug in gassen. De balans bepaalt hoeveel fijnstof er overleeft, en daarmee de luchtkwaliteit, terwijl de pluim met de wind meegaat.

"Een van de interessante aspecten was om te illustreren hoe dynamisch de rook is, Palm zei. "Met concurrerende processen, bij eerdere metingen leek het alsof er niets veranderde. Maar met onze metingen konden we het dynamische karakter van de rook echt illustreren."

De onderzoekers ontdekten dat deze veranderingen in de chemische samenstelling sneller plaatsvinden dan verwacht. Zodra de rook in de lucht is, zelfs als het beweegt en verdwijnt, het begint te verdampen en reageert met de omringende gassen in de atmosfeer.

"Als rookpluimen vers zijn, ze zijn bijna als een laagwaardige uitbreiding van een brand, omdat er zoveel chemische activiteit gaande is in die eerste paar uur, ' zei Thornton.

De auteurs voerden ook een reeks experimenten uit 2019 uit in een onderzoekskamer in Boulder, Colorado, die keek naar hoe de ingrediënten in rook reageren in dag- en nachtomstandigheden. Bosbranden hebben de neiging om te groeien in de middagwinden wanneer zonlicht chemische reacties versnelt, dan sterven en smeulen 's nachts. Maar zeer grote bosbranden kunnen 's nachts blijven oplaaien wanneer donkere luchten de chemie veranderen.

Inzicht in de samenstelling van de rook kan ook de weersvoorspellingen verbeteren, omdat rook de lucht eronder afkoelt en zelfs windpatronen kan veranderen.

"In Seattle, er zijn enkele gedachten dat de rook het weer heeft veranderd, "Zei Thornton. "Dat soort feedback met de rook die in wisselwerking staat met het zonlicht is echt interessant in de toekomst."