Toen de vulkaan Kīlauea in 2018 uitbarstte, met lava bedekte delen van het eiland Hawaï, maar een vulkanische smog, bekend als "vog, " het overstroomde. De vog bevatte gevaarlijke hoeveelheden fijnstof en zwaveldioxidegas, die de gezondheid van de benedenwindse bevolking op het eiland bedreigden.

In een nieuwe studie, een team van wetenschappers gebruikte een goedkoop luchtkwaliteitssensornetwerk om de blootstelling aan vervuiling van bewoners in realtime in kaart te brengen, Voor de eerste keer. De nieuwe oplossing voor het meten van de luchtkwaliteit zou de bevolking in de toekomst kunnen helpen om ziek te worden, aangezien luchtvervuiling wereldwijd de grootste milieurisicofactor is voor vroegtijdige sterfte.

"We waren in staat om de blootstelling van de bevolking aan meerdere verontreinigende stoffen op kleine schaal te schatten, de chemische transformatie van vulkanische emissies meten, en realtime observaties bieden als onderdeel van de inspanningen voor noodbeheer, " zei Benjamin Crawford, doctoraat, hoofdauteur en assistent-professor bij de afdeling Geografie en Milieuwetenschappen aan de Universiteit van Colorado Denver. Crawford werkte samen met onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology en de University of Hawai'i.

De studie werd gepubliceerd in het tijdschrift PNAS .

Realtime monitoring tijdens een catastrofale gebeurtenis

Vóór 2018, De vulkaan Kīlauea was de afgelopen 35 jaar continu op veel kleinere schaal uitgebarsten. Eind 2017, Het team van Crawford begon een project om de luchtkwaliteit benedenwinds van de smeulende vulkaan te meten. samenwerken met lokale scholen om sensoren te hosten.

"We dachten dat er geen haast was, ", zei Crawford. Het team had een handvol goedkope sensorprototypes (LCS) en was begonnen met het grondwerk op het eiland toen de vulkaan in mei 2018 serieus begon uit te barsten. De groep kwam in actie. Ze vlogen naar de eiland en bouwde het netwerk in 10 dagen.

Het team gebruikte 30 knooppunten die speciaal zijn ontworpen en ingezet om een ​​mengsel van primair vulkanisch zwaveldioxide (SO .) te monitoren ₂ ) gas en secundaire fijnstof (PM2,5) waaruit vog. Hun studie was de eerste die een goedkoop sensornetwerk in realtime gebruikte tijdens een evenement met extreme luchtkwaliteit.

De chemische transformatie van de pluim volgen

Benedenwinds van de uitbarsting, het team ontdekte dat netwerkstations piekuren PM2.5 en SO . meten ₂ concentraties die hoger kunnen zijn dan 75 microgram per m-3 en 1200 ppb, respectievelijk. De dichtheid van het LCS-netwerk maakte zeer gedetailleerde schattingen mogelijk van de menselijke blootstelling aan beide verontreinigende stoffen tijdens de uitbarsting - iets dat onmogelijk was met behulp van reeds bestaande luchtkwaliteitsmetingen.

De pluimdynamiek stelde een veel groter deel (46,7%) van de bevolking van het eiland bloot aan verhoogde niveaus van fijn PM2,5 dan in vergelijking met SO ₂ (2%). Aanvullend, het netwerk was in staat om de chemische evolutie van de vulkanische pluim benedenwinds van de uitbarsting te volgen. Metingen vonden een gemiddelde SO ₂ conversietijd van ~36 uur, voor het eerst het vermogen aan te tonen van gedistribueerde LCS-netwerken om reactiekinetiek te observeren en chemische transformaties van luchtverontreinigende stoffen te kwantificeren in een echte wereld.

"We hadden een goed idee waar de vervuiling heen ging, dus we konden de chemische transformatie van de pluim volgen en meten, " zei Crawford. "Het was de eerste keer dat we zowel de chemie van de pluim konden observeren als hoe hij met de wind mee reisde. Het was verheugend om te zien hoe onze aanpak werkte."

Andere mensen in staat stellen de luchtkwaliteit te meten

Monitoring van de luchtkwaliteit (AQ) is van cruciaal belang om de blootstelling van mensen aan schadelijke luchtverontreinigende stoffen te begrijpen en uiteindelijk te minimaliseren; echter, oppervlaktemetingen blijven relatief schaars in een groot deel van de wereld. Dat komt omdat de meeste luchtkwaliteitsmetingen afkomstig zijn van netwerken van overheden, zoals staten of de Environmental Protection Agency (EPA) in de VS. Deze uiterst nauwkeurige instrumenten zijn duur, wat het aantal ingezette sensoren beperkt. Op het grote eiland Hawaï, er waren vóór de uitbarsting zes permanente meetstations in gebruik, een van die lava vernietigde in het begin van de uitbarsting.

In tegenstelling tot, de goedkope sensoren in deze studie werken op zonne-energie, stand-alone eenheden die kunnen communiceren via mobiele netwerken en functioneren op afgelegen plaatsen. De betaalbaarheid van de units zorgt er ook voor dat het team ze kan overhandigen aan de leden van de gemeenschap om zelf de luchtkwaliteit te meten. Of het nu gaat om een ​​vulkaanuitbarsting, bosbranden, of alledaagse stedelijke vervuiling en smog, gemeenschappen de macht geven om zelf data te meten is belangrijk.

"Er is vraag naar dit soort informatie, " zei Crawford. "Het is een geweldige manier om gegevens te democratiseren en gemeenschappen de schendingen van de luchtkwaliteit onafhankelijk van iemand anders te laten controleren. Je kunt mensen met de kennis in staat stellen hun eigen beslissingen te nemen."