Cuando la lava roja derretida brotó de Kilauea en la isla de Hawái ("la Isla Grande") en mayo de 2018, destruyendo casas y propiedades a su paso, nubes de partículas de ceniza y gases tóxicos del volcán, conocido como vog, llenaron el aire y se desplazaron por la isla con el viento.

Incluso antes de esta fase más reciente de la erupción del Kilauea, La calidad del aire era una de las principales preocupaciones de los ciudadanos de la isla. Investigadores del Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental (CEE) del MIT han trabajado en estrecha colaboración con los ciudadanos de la isla de Hawái durante varios años para monitorear la calidad del aire del volcán utilizando sensores de bajo costo. Los investigadores incluso planeaban lanzar un proyecto de calidad del aire a gran escala financiado por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA). pero las condiciones de emergencia creadas por Kilauea a partir de la primavera del año pasado, y las demandas urgentes de datos sobre contaminación del aire por parte de grupos comunitarios y funcionarios del gobierno estatal, llevó a los investigadores del MIT a entrar en acción meses antes de lo programado.

"Nos dimos cuenta de que debido a que habíamos estado construyendo estos instrumentos para medir gases y partículas de manera relativamente rápida y económica, teníamos las herramientas para ayudar a las personas en Hawái a comprender la calidad del aire que respiraban, "dice Jesse Kroll, profesor asociado de ingeniería civil y ambiental e ingeniería química, quien lidera los proyectos de investigación de la calidad del aire en toda la isla con Colette Heald, un profesor de Europa central y oriental. "En un período de aproximadamente dos semanas, Organizamos este esfuerzo en el que construimos una serie de cajas de sensores y vinimos aquí a Hawai para tratar de colocarlas por toda la isla ".

Dado que los investigadores tenían algunos sensores a mano, y porque el tiempo era esencial, inmediatamente enviaron los instrumentos que tenían al Departamento de Salud de Hawái (DoH) antes de comenzar a trabajar en la construcción de los nuevos. Estos sensores fueron los primeros en desplegarse en la zona afectada, mientras el Departamento de Salud esperaba otros monitores de calidad del aire de agencias gubernamentales. La iniciativa de respuesta a emergencias fue apoyada íntegramente por CEE, que proporcionó fondos para Kroll y Heald, junto con el postdoctorado Ben Crawford y el estudiante de posgrado David Hagan, comprar suministros para construir los sensores de calidad del aire y viajar a Hawai para desplegar los sensores alrededor de la isla en mayo.

"Habíamos estado trabajando con MIT durante casi dos años en el desarrollo de un proyecto y fue, De nuestra parte, para ayudar al MIT a colocar monitores y sensores para que puedan construir y probar un grupo de sensores que proporcionen información sobre la calidad del aire a la universidad y se configure como una forma de informar al público en general, "dice Betsy Cole, el director de proyectos estratégicos en The Kohala Center, una organización sin fines de lucro que ayudó a poner en contacto a los investigadores del MIT con los ciudadanos, escuelas, y organizaciones en toda la isla. Cole señala que un aumento en la cantidad de solicitudes de información la llevó a comunicarse con Kroll para ver si había algo que el MIT pudiera hacer para acelerar el proceso de proporcionar sensores y mediciones para que los ciudadanos comprendan el impacto de la erupción y su impacto duradero. en su aire.

Los sensores MIT pueden detectar y medir dióxido de azufre, que es irritante y puede ser tóxico en grandes cantidades, así como material particulado, incluido el ácido sulfúrico. "Con esta erupción, También hubo cierta preocupación por las cenizas provenientes del volcán. Entonces podemos medir eso con sensores de partículas, también, ", Dice Crawford. Los sensores proporcionan datos de calidad del aire en tiempo real, y la información se publica en un sitio web creado por los investigadores. En la actualidad, el sitio web refleja datos de 16 sensores en toda la isla, y se agregarán más sensores a medida que avance el proyecto.

Hay muchos beneficios al implementar los sensores MIT en lugar de los más grandes, instrumentos más costosos que suelen utilizar las agencias gubernamentales. Hagan, el desarrollador del sitio web y uno de los creadores originales de estos sensores, explica, "[nuestros sensores] tienen una huella mucho más pequeña, para que puedas ponerlos en más lugares; funcionan con energía solar, para que realmente pueda colocarlos en áreas remotas, y se comunican de forma inalámbrica a través de una red 3G, por lo que obtenemos todos estos datos de forma remota en tiempo real con una resolución espacial y temporal muy alta ".

El diseño de los sensores hace posible que los investigadores los instalen en muchas áreas de la isla. pero esto requirió la aceptación de los ciudadanos locales. "Al implementar una red de sensores como esta, donde desea obtener mediciones en una región, es muy importante interactuar directamente con los miembros de las comunidades, "Kroll explica. A su vez, El Kohala Center estableció conexiones con escuelas y centros de salud en preparación para el proyecto de investigación financiado por la EPA, y los investigadores pudieron aprovechar estas conexiones desde el principio como parte de su proyecto de respuesta a emergencias. Las ubicaciones fueron seleccionadas estratégicamente por sus posiciones como espacios de congregación comunitaria, y por las oportunidades educativas que brindan los datos del sensor, dado que la educación y la divulgación son una faceta central del proyecto de investigación a largo plazo.

Crawford explica que, como parte del proyecto EPA, "estamos trabajando con los profesores para que puedan utilizar los sensores de diferentes formas en su plan de estudios STEM, para interactuar con los estudiantes sobre el análisis de datos, ciencia medioambiental, [y] algunas habilidades de programación, "Se mudó a Hawái en septiembre tanto para mantener la red como para brindar oportunidades de desarrollo profesional a los maestros.

Como Crawford y Hagan instalaron sensores en diferentes lugares poco después de la gran erupción de mayo, los maestros y administradores informaron a los investigadores sobre el impacto de la erupción en sus estudiantes, a menudo informa un aumento de las ausencias y, en algunos casos, la pérdida de los hogares de los estudiantes. Steve Hirakami, el director y fundador de la Academia de Artes y Ciencias de Hawaii (HAAS), estimó que casi el 40 por ciento de su personal y estudiantes se habían visto afectados por la evacuación. "Esto tiene un gran impacto en [nuestra] escuela, ", dijo en mayo cuando el Kilauea todavía estaba activo. Hirakami usó los sensores del MIT para determinar el cierre de escuelas y expresó su gratitud a los investigadores por proporcionarle el recurso.

Inmediatamente después de las fisuras, Wendy Baker, un profesor de historia en HAAS, trabajó con Crawford para instalar un sensor que los investigadores habían enviado por correo en la propiedad de la escuela, incluso antes de que los investigadores llegaran a la isla. Ella, también, destacó el valor de los sensores para la tranquilidad de la comunidad durante la erupción, y también como herramienta didáctica. "El día que volvimos, Lo levanté [en el proyector], y lo hemos estado mirando todas las mañanas, mirando los datos y comprobando la calidad del aire, ", recordó. Baker también explicó que el sensor fue útil para conectar la ciencia detrás de la calidad del aire con lo que los estudiantes estaban experimentando en su vida cotidiana.

Ted Brattstrom, un profesor de secundaria en Ka'u High School, estaba igualmente entusiasmado con la instalación de un sensor en su escuela.

"Los sensores nos van a brindar dos beneficios. El primer y principal beneficio es, al tener estos datos en intervalos de un minuto, sabremos cuando realmente tengamos un SO ₂ evento que ocurre, " él dijo.

"Eso nos permite mantener a los niños adentro, y en un área con aire acondicionado y un área tan filtrada como podamos, y luego decir cuándo es seguro salir ", explicó en mayo cuando el sensor en su escuela se instaló inicialmente." Como un experto en ciencias para mí y para mi clase, ahora podemos ver cómo funciona la atmósfera, cómo no solo la caldera en sí, el volcán mismo, está operando y expulsando gases, pero también cómo eso viene a favor del viento, trabajando con la topografía de la Isla, y conseguir la [vog] aquí ".

Los sensores en sí tienen sus raíces en la educación. Inicialmente se desarrollaron como parte de la asignatura de la CEE 1.091 (Experiencias ambientales de investigación itinerante, o TREX), un proyecto anual de trabajo de campo de pregrado que lleva a los estudiantes a la isla de Hawái para realizar investigaciones durante el período de actividades independientes. A través de los años, los estudiantes descubrieron y trabajaron a través de las fallas y problemas con los sensores, conduciendo al desarrollo de la iteración actual. Por lo tanto, era natural que Kroll y Heald se comprometieran con la EPA en un nuevo proyecto para usar los sensores para datos en tiempo real, pero también para tener un componente educativo similar con las escuelas y los centros de salud.

"The ultimate goal is for each school to have one of these air quality monitors, and by doing that the students get information on the air that they're breathing, really connecting these abstract concepts of chemistry and of measurements to something they actually know:the vog in the air they're breathing, " Kroll says of the long-term project. "On top of that, it puts a data set in their hands. We make the data freely available so we can see all these numbers corresponding to concentrations of SO ₂ and particulate matter, and they can learn how to plot the data, how to analyze it, how to think about it in the larger context of environmental science."

A principios de agosto as abruptly as it started, the eruption suddenly ended. Kilauea is currently the quietest it has been in decades. While the immediate threat has dissipated, and the air quality in Hawaii is better than it has been since the beginning of the eruption in 1983, the network continues to collect and publish valuable data on background pollution levels.

Since installing the sensors, the researchers have collected a unique dataset on the air quality across the island. They are currently analyzing their measurements from the eruption to better understand the atmospheric transport and transformation of vog components. The researchers are also hoping to learn how sensor data relates to—and complements—air quality measurements from other platforms such as monitoring stations and satellites.

"Even though the eruption seems to be over, the network is still running. Ahora, we're measuring very low levels of pollutants, as expected. This is good not only for the local air quality but also for the science:When researching pollution, it's not often you get to measure what the underlying background levels are, " Kroll says of the ongoing research. "More importantly, we now have the sensor network up, so we'll be ready to measure air quality across the whole island the next time Kilauea erupts."

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.