In april 2020, terwijl Delaware en staten in het hele land maatregelen voor sociale afstand hebben genomen om de door het coronavirus (COVID-19) veroorzaakte volksgezondheidscrisis het hoofd te bieden, Professor Cristina Archer van de Universiteit van Delaware herinnerde zich dat een groep mensen haar vertelde dat de lucht er blauwer uitzag dan normaal.

Deze eenvoudige observatie bracht Archer ertoe een belangrijke en gecompliceerde onderzoeksvraag te onderzoeken:waren de sociale afstandsmaatregelen die in de Verenigde Staten werden genomen, en het resulterende lagere aantal mensen dat verschillende vervoermiddelen gebruikt, leiden tot een verbetering van de luchtkwaliteit in het hele land?

Helaas, in tegenstelling tot die duidelijk waargenomen, blauwe lucht, het antwoord is een beetje duister.

"Alleen omdat mensen thuis bleven en omdat ze minder reden, het betekende niet noodzakelijk dat de luchtkwaliteit beter was, " zei Archer, professor aan de School of Marine Science and Policy in UD's College of Earth, Oceaan en Milieu (CEOE). "Volgens sommige parameters was de luchtkwaliteit beter, maar door een aantal andere parameters, het was niet. En op tal van plaatsen werd het zelfs erger."

De resultaten van het onderzoek zijn onlangs gepubliceerd in de Bulletin van atmosferische wetenschap en technologie . De studie werd geleid door onderzoekers van UD, Penn State en Columbia University.

van UD, coauteurs zijn onder meer promovendi Maryam Golbazi en Nicolas Al Fahel. Andere co-auteurs van de studie zijn Guido Cervone, hoogleraar aardrijkskunde, en meteorologie en atmosferische wetenschap in Penn State, en Carolynne Hultquist, een voormalig doctoraatsstudent in het laboratorium van Cervone en nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Earth Institute van Columbia University.

Om de luchtkwaliteit te beoordelen, Archer richtte zich op stikstofdioxide en fijnstof, specifiek PM2.5. De twee verontreinigende stoffen zijn federaal gereguleerd en zijn zowel primaire als secundaire verontreinigende stoffen, wat betekent dat ze ofwel direct in de atmosfeer of indirect door chemische reacties kunnen worden uitgestoten.

Stikstofdioxide wordt uitgestoten tijdens de verbranding van brandstof door alle motorvoertuigen en vliegtuigen, terwijl fijnstof wordt uitgestoten door vliegtuigen en, onder motorvoertuigen, meestal door dieselvoertuigen, zoals commerciële zware dieselvrachtwagens. Ze worden beide ook uitgestoten door elektriciteitscentrales op fossiele brandstoffen, hoewel fijnstof vooral wordt uitgestoten door kolencentrales.

"Stikstofdioxide is een goede indicator voor het verkeer, " zei Archer. "We hadden al bewijs uit enkele voorlopige papieren in China dat stikstofdioxide aanzienlijk was gedaald boven de gebieden van China waar een afsluiting van kracht was."

De onderzoekers vergeleken metingen van deze twee verontreinigende stoffen in april 2020 met die in april over de vijf voorgaande jaren - van 2015-2019.

Ze kozen voor april omdat vrijwel elke staat tegen 1 april een soort van sociale afstandsmaatregel had ingevoerd. wat leidde tot veranderingen in levensstijl.

"Zelfs in de staten waar er niet zoveel besmettingen waren, er was een verandering in de mobiliteit van mensen, ' zei Archer.

Om de sociale afstand te kwantificeren, de onderzoekers gebruikten een mobiliteitsindex berekend en verspreid door Descartes Labs, een predictive intelligence-bedrijf dat grote datasets van over de hele wereld verzamelt. Hun algoritmen hielden rekening met de maximale afgelegde afstand van mensen op een dag door de locatie van de gebruiker meerdere keren per dag te traceren terwijl ze geselecteerde apps op hun smartphones gebruikten.

"Een van de grote onzekerheden bij het voorspellen van de toekomstige luchtkwaliteit is hoe de atmosfeer zal reageren op een lagere uitstoot van bepaalde verontreinigende stoffen. " zei Cervone. "COVID-19 gaf ons enig inzicht in de effecten van lagere emissies op het milieu. We hadden deze unieke situatie die ons liet zien wat er gebeurt als mensen stoppen met rijden."

In aanvulling, ze gebruikten 240 grondmeetlocaties om stikstofdioxide te meten en 480 voor fijnstof, evenals satellietgegevens van het Ozon Monitoring Instrument (OMI) van de National Aeronautics and Space Administration (NASA) om de totale troposferische kolom - de laagste laag van de aardatmosfeer - van stikstofdioxide te meten.

Algemeen, ze ontdekten dat er grote, statistisch significante afname van stikstofdioxide op 65% van de meetpunten, met de NASA OMI-satellietgegevens die in 2020 een gemiddelde daling van 13% laten zien over het hele land in vergelijking met het gemiddelde van de voorgaande vijf jaar.

De fijnstofconcentraties, echter, waren in 2020 niet significant lager dan in de afgelopen vijf jaar. Ze waren in april 2020 waarschijnlijk ook hoger dan lager dan in de voorgaande vijf jaar.

"Niet verrassend, we constateerden dat de luchtkwaliteit in termen van stikstofdioxide op alle stations verbeterde. Dus zodra mensen thuis begonnen te blijven, het verkeer werd verminderd en de luchtkwaliteit was beter voor stikstofdioxide, "zei Archer. "Maar toen we naar fijnstof keken, er was bijna geen verschil. Voor fijnstof was er gemiddeld geen verbetering en bij 24% van de locaties April 2020 was slechter dan de voorgaande vijf jaar voor fijnstofconcentraties."

Golbazi herhaalde deze gevoelens en zei dat de onderzoekers "verwachten dat de vermindering van het transport de stikstofdioxideconcentraties zou verminderen. onze resultaten over PM2.5 waren verrassend omdat we ontdekten dat deze schaal van vermindering van menselijke mobiliteit de PM2.5-concentraties niet echt verminderde."

Dit is belangrijk, want hoewel stikstofdioxide een voorloper is van andere verontreinigende stoffen, zoals de vorming van ozon in de troposfeer en de vorming van salpeterzuur in zure regen, wat uiteindelijk zal leiden tot negatieve gevolgen voor de menselijke gezondheid, fijnstof is op zichzelf al gevaarlijk.

Fijnstof is een luchtverontreinigende stof die bestaat uit microscopisch kleine deeltjes die een groot risico vormen voor de menselijke gezondheid omdat ze rechtstreeks in de menselijke longen kunnen doordringen, de bloedbaan en zelfs het hart.

Archer zei dat ze werken aan een hypothese waarom fijnstof zou kunnen zijn verhoogd terwijl stikstofdioxide is afgenomen.

Een mogelijke verklaring is dat fijnstof wordt uitgestoten door dieselvoertuigen, die de meeste leveringen van het land afhandelen. Terwijl het verkeer van op benzine rijdende personenauto's in april terugliep, de dieseltrucks en het reguliere vrachtverkeer veranderden niet wezenlijk.

In aanvulling, Er wordt meer fijnstof uitgestoten wanneer individuen warmte gebruiken om hun persoonlijke huizen te verwarmen in vergelijking met kantoorruimtes.

"Op kantoor, het is zeer onwaarschijnlijk dat je een kachel of een open haard hebt, terwijl je thuis bent, " zei Archer. "En in april 2020, ook al is het in veel staten al het warme seizoen, in het noordoosten, we hadden een ongelooflijk koude april. Dus fijnstof reageert waarschijnlijk op die veranderingen in de verwarming van woningen en op de normaliteit of zelfs bovennormaliteit van vrachtverkeer en dieselvoertuigen."

Archer zei dat de volgende stappen in het onderzoek zijn om meer studies uit te voeren om hun hypothese te bevestigen. In aanvulling, het werk zal worden gepresenteerd op de komende virtuele herfstbijeenkomst van de American Geophysical Union.

Wat betreft die heldere, zonnige dagen waargenomen in Delaware bij het begin van de sluiting in april, Archer zei dat het waarschijnlijk een kwestie van perceptie was.

"Mensen zeiden tegen mij:'Het lijkt mij dat de lucht blauwer is, ' maar dat waren ze niet, ' zei ze. 'Het was waarschijnlijk toeval dat er enkele zonnige en heldere dagen waren. in Delaware, eigenlijk, onze lucht was in april 2020 meer vervuild door bovengemiddelde fijnstofconcentraties."