Neblina de partículas sobre el este de Pensilvania en invierno, como se ve desde el avión de la campaña INVIERNO. Crédito:Lyatt Jaeglé, Universidad de Washington
El aire en los Estados Unidos es mucho más limpio que hace una década. Pero esas mejoras se han producido principalmente en verano, la temporada que solía ser el ejemplo de las partículas que contienen neblina que causan asma, cáncer de pulmón y otras enfermedades.
Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Washington muestra por qué los niveles de contaminación del aire en invierno se han mantenido altos, a pesar de los niveles generales más bajos de emisiones nocivas de las centrales eléctricas y los vehículos durante todo el año.
"En los últimos diez años, los niveles de contaminación del aire en verano han disminuido rápidamente, mientras que los niveles de contaminación del aire en invierno no lo han hecho. La calidad del aire en verano es ahora casi la misma que en invierno en el este de EE. UU. "dijo el autor correspondiente Viral Shah, quien hizo el trabajo como parte de su doctorado en ciencias atmosféricas en la Universidad de Washington. "Hemos identificado los procesos químicos que explican la diferencia estacional en respuesta a las reducciones de emisiones".
El estudio, publicado la semana del 23 de julio en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , muestra que las partículas siguen diferentes caminos en el invierno.
Los resultados se obtuvieron del análisis de las observaciones recopiladas durante la Investigación de transporte de invierno de 2015, Campaña de Emisiones y Reactividad (INVIERNO). Durante ese esfuerzo liderado por la Universidad de Washington, Los investigadores pasaron seis semanas en invierno volando a través de columnas de contaminación sobre la ciudad de Nueva York, Baltimore, Cincinnati, Colón, Pittsburgh, Washington, CORRIENTE CONTINUA., ya lo largo de las centrales eléctricas de carbón del valle del río Ohio.
El estudio fue financiado por la National Science Foundation, con el apoyo en especie de la NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.
El dióxido de azufre de las centrales eléctricas (rojo) y los óxidos de nitrógeno tanto de las centrales eléctricas como de los automóviles (azul) siguen varios caminos para formar partículas peligrosas de sulfato y nitrato. El camino multifásico se vuelve más importante en invierno, resultando en una respuesta más débil de sulfato y nitrato a la reducción de emisiones. Crédito:Viral Shah, Universidad de Washington
Las partículas que forman el smog vienen en diferentes sabores. Dos importantes son los sulfatos, del dióxido de azufre emitido principalmente por las centrales eléctricas de carbón, y nitratos, creado a partir de óxidos de nitrógeno conocidos colectivamente como NOx. Las regulaciones de calidad del aire han reducido el dióxido de azufre en los EE. UU. En un 68 por ciento entre 2007 y 2015, y NOx en aproximadamente un tercio durante ese tiempo.
Los niveles de partículas durante el verano, cuando los dos sabores de óxidos se agrupan en paquetes acuosos de nitratos y sulfatos que crean hermosos atardeceres pero dañan la salud humana, han disminuido en el este de los EE. UU. En aproximadamente un tercio durante ese tiempo. Pero las concentraciones invernales de partículas han disminuido solo a la mitad, por razones que no estaban claras.
"Los modelos de calidad del aire que utilizamos para comprender el origen de la contaminación del aire funcionan bastante bien en verano, pero tengo algunos problemas en invierno. Antes de este estudio, no pudimos reproducir la composición de partículas observada en invierno, "dijo Lyatt Jaeglé, quien fue segundo autor del artículo y co-investigador principal de la campaña de campo. "Ahora tenemos una mejor herramienta para analizar cuál es la mejor estrategia para mejorar la calidad del aire en invierno a escalas regionales en el este de EE. UU." y potencialmente en otros lugares, como Europa y Asia ".
En el verano, Parte del NOx y el dióxido de azufre emitidos permanece en la fase gaseosa y es absorbido por la luz solar o depositado en la tierra. y el resto forma partículas en forma de nitratos y sulfatos. A medida que caen los ingredientes principales, también lo hacen los niveles de partículas.
Pero el nuevo análisis muestra que la química del aire en invierno sigue un camino más complejo. Con menos luz solar y temperaturas más frías, más de la química ocurre en la fase líquida, sobre las superficies de partículas existentes o nubes líquidas y de hielo. En esa fase, a medida que caen los ingredientes primarios, aumenta la eficiencia de convertir el dióxido de azufre en sulfato, porque hay más oxidantes disponibles. Y a medida que el sulfato baja, las partículas se vuelven menos ácidas, haciendo que los NOx se conviertan más fácilmente en nitratos.
Entonces, a pesar de que las regulaciones de calidad del aire han reducido ambos tipos de emisiones primarias, la cantidad total de partículas que dañan la salud humana ha disminuido más lentamente.
El estudio se basó en seis semanas de mediciones capturadas durante la campaña de campo de INVIERNO de 2015 en el este de los EE. UU.Crédito:National Science Foundation
"No es que las reducciones no estén funcionando. Es solo que las reducciones tienen un efecto de cancelación, y el efecto de cancelación tiene una fuerza determinada, "dijo Shah, quien ahora es investigador postdoctoral en la Universidad de Harvard. "Necesitamos hacer más reducciones. Una vez que las reducciones sean mayores que el efecto de cancelación, entonces el invierno empezará a comportarse más como verano ".
El estudio predice que, a menos que las reducciones de emisiones superen los pronósticos actuales, La calidad del aire en invierno continuará mejorando solo gradualmente hasta al menos 2023. A este ritmo, pasarían varios años antes de que las emisiones alcancen niveles en los que la contaminación invernal comience a disminuir más rápidamente.
"Este documento muestra que comprender la química atmosférica subyacente que convierte los contaminantes primarios en partículas finas es fundamental para calibrar nuestras expectativas sobre lo que lograrán las reducciones de emisiones, y, por lo tanto, sobre cómo optimizar las futuras reducciones de emisiones para continuar obteniendo el 'mayor beneficio' en términos de reducción de las concentraciones de partículas finas, "dijo el tercer autor Joel Thornton, quien fue el investigador principal de la campaña de campo.
Los hallazgos sugieren que más reducciones de emisiones, de óxidos de azufre y nitrógeno, será necesario para mejorar la calidad del aire en invierno en el este de los EE. UU. y otros climas fríos.
"Esta investigación ayuda a explicar por qué los controles de emisiones para reducir las sustancias contaminantes del aire, como sulfato y nitrato, no han tenido tanto éxito como se esperaba en el este de los EE. UU. en invierno, "dijo Sylvia Edgerton, director de programa en la División de Ciencias Atmosféricas y Geoespaciales de la NSF, que financió la investigación. "La campaña de campo de INVIERNO produjo un conjunto único de observaciones de invierno. Demuestran que las reacciones químicas durante los meses de invierno contrarrestan las reducciones esperadas en la contaminación del aire debido a la reducción de las emisiones".
