El equipo de investigación de Mark Zondlo ha rastreado los gases de efecto invernadero y los contaminantes del aire en las calles de Beijing y la ciudad de Nueva York. alrededor de los pozos de gas de Pensilvania, y cerca de corrales de engorda de animales en Colorado y California.

Estos experimentos suelen llevar seis meses de planificación, pero este año el laboratorio se preparó rápidamente para una misión urgente:monitorear la calidad del aire en la Isla Grande de Hawái durante la gran erupción del volcán Kilauea. Entre mayo y agosto, Los flujos de lava destruyeron alrededor de 700 hogares. Sobre 2, 500 residentes evacuaron áreas cercanas a las fisuras activas, y muchos experimentaron problemas respiratorios por la ceniza volcánica y los gases.

"Esta fue una oportunidad para hacer algo útil, "dijo Zondlo, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de Princeton y director asociado de asociaciones externas en el Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente. Se le pidió a Zondlo que tomara medidas durante la erupción en su calidad de miembro del Equipo de Ciencias Aplicadas de Salud y Calidad del Aire de la NASA (HAQAST). que ayuda a las agencias de salud pública y calidad del aire a hacer uso de los datos satelitales de la NASA.

Los datos y análisis del equipo ayudarán a los funcionarios de salud pública y científicos a comprender mejor cómo los volcanes influyen en la calidad del aire y cómo los cambios en la calidad del aire podrían estar asociados con efectos en la salud.

Entre los gases volcánicos, el dióxido de azufre representa el riesgo más importante para la salud pública; puede irritar los ojos, piel y sistema respiratorio. Combinado con otras moléculas en la atmósfera, El dióxido de azufre forma partículas finas que pueden viajar profundamente a los pulmones:"Te atrapa de dos maneras, ", dijo Zondlo. El dióxido de azufre es un componente clave de vog, el smog volcánico que a menudo reduce la visibilidad en Hawái.

Como parte de un proyecto llamado Experimento de Química Atmosférica de Princeton (PACE), en 2013 y 2014, el grupo de Zondlo desarrolló y operó un conjunto de sensores de gas que detectan dióxido de carbono, metano, amoniaco y otros contaminantes. Los sensores montados sobre automóviles y alimentados por baterías de automóviles, son más transportables y consumen menos energía que la mayoría de los sistemas de monitorización. Los sensores utilizan láseres que emiten luz en longitudes de onda de infrarrojo cercano e infrarrojo medio, desarrollado en Princeton's Center for Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment.

Cada sensor está sintonizado a una longitud de onda de luz específica en función de la molécula que está diseñado para detectar. El proyecto de Hawái fue la primera vez que el laboratorio utilizó un sensor móvil para medir los niveles de dióxido de azufre. Antes del viaje, los investigadores modificaron un sensor de amoníaco, un contaminante común de la actividad agrícola, para medir el dióxido de azufre.

El equipo denominó a su proyecto de Hawái Laboratorio de Análisis Atmosférico de Vog, o LAVA. Mientras conduce alrededor y a través de los 4, Isla de 000 millas cuadradas durante tres semanas, los investigadores registraron mediciones continuas de siete contaminantes del aire, así como datos meteorológicos sobre la velocidad y dirección del viento, temperatura y humedad.

Uno de los principales objetivos del esfuerzo fue complementar y llenar los vacíos en los datos de las imágenes de satélite y las redes de estaciones de monitoreo terrestre de la isla. Muchas áreas pobladas están lejos de las estaciones de monitoreo en tierra, y aunque los datos satelitales pueden proporcionar información útil a grandes escalas espaciales, Es posible que estas medidas no reflejen la calidad del aire que experimentan los residentes.

"Las emisiones de los volcanes se elevan a la atmósfera, "dijo Zondlo. En el caso del dióxido de azufre, los datos satelitales tienen dificultades para resolver concentraciones a diferentes alturas, "para que la columna [de gas volcánico] pudiera elevarse muy por encima de la superficie, y la calidad del aire podría estar perfectamente bien en la superficie. Por eso necesitamos redes de superficie ".

Durante julio y agosto, todos los miembros del laboratorio de Zondlo viajaron a Hawái para unirse al proyecto, incluidos cinco estudiantes de posgrado, dos miembros del personal, un estudiante de investigación de verano y un maestro de escuela secundaria que ha trabajado con el laboratorio durante varios años. El equipo trabajó en tres turnos superpuestos mientras se hospedaba en una casa de alquiler cerca de Pāhoa en el extremo este de la isla. a unas 20 millas al sur de la ciudad de Hilo y a 10 millas de la fisura en erupción más activa del volcán.

"Fue increíblemente incómodo, "dijo Zondlo." Desde la casa, se podía ver el laze [neblina de lava] de la lava golpeando el océano. Por la noche, verías esta enorme columna naranja en el cielo de toda la lava que se refleja en las nubes y el humo ".

Cada tarde, el equipo planeó la ruta de muestreo del día siguiente consultando el modelo vog de la Universidad de Hawái, que combina estimaciones de las emisiones de los volcanes con pronósticos del viento para predecir qué regiones probablemente tendrán las concentraciones más altas de dióxido de azufre y partículas finas. También revisaron las observaciones iniciales del equipo que acababa de terminar el muestreo de campo ese mismo día.

Con la ayuda de la oficina de Servicios de Adquisiciones de Princeton, Zondlo obtuvo acceso a un Chevrolet Bolt totalmente eléctrico, el mismo tipo de vehículo que usa su equipo para los estudios de monitoreo móvil en Princeton y la ciudad de Nueva York. Tener un automóvil eléctrico es útil porque el escape de un automóvil a gasolina interferiría con las mediciones de los sensores.

En grupos de tres, los investigadores pasaron hasta ocho horas al día conduciendo por la isla, cubriendo grandes tramos de costa, así como Saddle Road que atraviesa la isla y asciende a una elevación de más de 6, 000 pies mientras bordea la pendiente del volcán inactivo Mauna Kea. Se tomaron descansos para recargar la batería del auto, y a veces tenía que dejar de conducir debido a los fuertes aguaceros comunes en la Isla Grande, dijeron Da Pan y Levi Golston, dos estudiantes de posgrado en el laboratorio de Zondlo.

Inesperadamente, la erupción del Kilauea se detuvo dramáticamente a los pocos días de que el grupo comenzara a tomar muestras. "Nuestra idea de medir altas concentraciones a sotavento de la fuente, a un par de millas de distancia, como que salió por la ventana, "dijo Golston.

El trabajo del equipo también fue interrumpido por el huracán Lane, que causó graves inundaciones en la Isla Grande a finales de agosto. Aunque el momento fue algo decepcionante, dijo Zondlo, "científicamente es probablemente mucho más interesante que si hubiéramos medido un montón de vog de forma continua durante 22 días".

"La calidad del aire no mejoró instantáneamente ya que la lava más vieja fluyó hacia el océano y aún se produjeron algunas emisiones, ", señaló." Entonces, fue agradable que midiéramos esa transición ".

Debido a que los vientos alisios barren hacia el oeste o suroeste a través de Hawái, La costa oeste y el extremo sur de la isla, áreas que se encuentran a 100 millas de distancia del volcán, tienden a experimentar una mala calidad del aire durante una erupción activa. un fenómeno que el grupo de Zondlo trató de documentar en detalle. Notablemente, a mediados de agosto, el lado oeste de la isla disfrutó de su aire más limpio en una década, proporcionar una línea de base para informar el análisis del laboratorio, Dijo Zondlo.

Ahora, el equipo está trabajando para integrar sus datos de muestreo móviles con información de estaciones terrestres e imágenes de satélite. Planean crear un mapa de gradientes de calidad del aire bajo cada condición de viento para comprender mejor los niveles de contaminación según los datos disponibles durante la erupción en mayo. Junio ​​y Julio.

"Cada conjunto de datos tiene sus desafíos y ventajas únicos, y si puedes sacar lo mejor de todos, obtendrás una imagen mucho más completa y precisa, "dijo Zondlo.

A través de su conexión con el Programa de Ciencias Aplicadas de la NASA, Zondlo will present his lab's findings to air quality and public health agencies. With high-resolution maps of air quality, epidemiologists may be able to examine associations between pollution levels and hospital admissions for respiratory and cardiovascular problems. Previous studies have shown that elevated levels of fine particles, which often occurred on the Big Island during the eruption, negatively impact health, said Zondlo.

"The State of Hawaii Clean Air Branch has a fairly small air quality program relative to more populous states, " explained Tom Moore, Air Quality Program Manager for the Western Regional Air Partnership, a consortium of 15 Western states that includes Hawaii. "The ability of experts like Mark and others to go out and make ground measurements, and then connect satellite and ground data—that very activity is important. It provides a kind of calibration point, " added Moore, who helped facilitate project efforts through NASA's HAQAST program.

Por último, Zondlo hopes the conclusions from this project can help researchers and public officials use satellite data to better understand air quality during any volcanic eruption. He noted that at the same time as Kilauea was wreaking havoc on Hawaii, in early June a violent eruption of Guatemala's Fuego volcano killed at least 75 people and compromised air quality for thousands.

"Can this be expanded more generally to other volcanoes across the world?" asked Zondlo. While Hawaii's air quality monitoring network may be less than ideal, él dijo, it is better than networks in many parts of the globe. "We want to use satellites to help understand where and when people should be concerned during a volcanic eruption, " él dijo.