Cada árbol incluso un árbol de hoja perenne, puede ser un monitor de calidad del aire. Esa es la conclusión de los investigadores de la Universidad de Utah que midieron el magnetismo del material particulado en las agujas de los árboles de hoja perenne en el campus de la U. Esa medida, ellos encontraron, correlacionado con la calidad general del aire, sugiriendo que el análisis de las agujas, un proceso relativamente simple y de bajo costo, podría proporcionar una alta resolución, imagen de la calidad del aire durante todo el año.

"Dondequiera que tenga un árbol, tendrá un punto de datos, "dice Grant Rea-Downing, estudiante de doctorado en geología y geofísica. "Implementar un árbol no cuesta 250 dólares. Podremos mapear las distribuciones de materia particulada a una resolución muy alta por muy poco costo".

Los resultados se publican en GeoHealth .

Cómo terminan las partículas magnéticas en las hojas

Rea-Downing y sus colegas, el profesor asociado Pete Lippert y sus compañeros estudiantes de posgrado Courtney Wagner y Brendon Quirk, son geocientíficos del Departamento de Geología y Geofísica cuya investigación regular se realiza en una escala muy diferente a la de las agujas de pino.

"Día a día, "Lippert dice, "movemos montañas y cerramos cuencas oceánicas utilizando el magnetismo de las rocas para descubrir la geografía de los antiguos continentes".

En un curso titulado "La Tierra Magnética, "Lippert presentó Rea-Downing, Wagner y Quirk a los artículos de investigadores del Reino Unido que midieron el magnetismo de las hojas caducas para evaluar la calidad del aire. "Sabía que a los estudiantes les sorprendería lo que mostraba el estudio, y cuáles fueron las implicaciones de los hallazgos, "Dice Lippert.

El material particulado en el aire proviene de muchas fuentes, incluido el polvo natural arrastrado por el viento, polvo de frenos y el subproducto de la quema de combustibles sólidos o fósiles.

"Eso es algo en el aire, "Lippert dice, "y tiene que salir en algún momento".

Cuando cae del aire parte de ella, por supuesto, cae sobre hojas de árboles y agujas de hoja perenne. Algunas de las partículas contienen hierro, con suficiente para ser detectable por el tipo de magnetómetros de alta precisión que Lippert utiliza en su trabajo geológico. El material particulado que contiene hierro en el aire puede ser demasiado pequeño para verlo, pero magnetismo, él dice, es una forma de ver lo invisible.

Los periódicos impresionaron a Rea-Downing, que vio la calidad del aire de Salt Lake City en marcado contraste con el aire normalmente limpio de su nativa costa de California. Podría aplicar fácilmente el método en el laboratorio de investigación de Lippert.

"El tipo de colina que había que escalar para hacer esto era bastante llana, ", dice." Tenemos árboles afuera, tenemos mala calidad del aire estacionalmente y tenemos un laboratorio paleomagnético totalmente equipado, lo que significa que literalmente tuve que caminar afuera, arrancar algunas hojas de algunos árboles y pegarlas en un magnetómetro ".

"No somos los primeros en explorar el magnetismo de las agujas de pino para controlar la calidad del aire, "Lippert dice, "pero nadie había intentado esto para estudiar las inversiones invernales en las cuencas del oeste americano".

Con el apoyo financiero del Centro de Sostenibilidad y Cambio Global de la U, los investigadores se pusieron manos a la obra.

Centinelas Sylvan

El equipo seleccionó cuatro pinos austriacos en el campus de la U para tomar muestras. Tres de los árboles estaban en una línea perpendicular a North Campus Drive, una arteria del campus muy utilizada, con cada árbol sucesivamente más lejos de la calzada. El cuarto estaba cerca del edificio de la Unión, lejos del tráfico. Recolectaron agujas de pino dos veces:una en junio de 2017 después de un verano de aire relativamente bueno y nuevamente en diciembre de 2017 durante la peor calidad de aire de ese invierno.

Con su máscara antipolvo que filtra partículas, Wagner recolectó las muestras de diciembre en lo que describió como una "niebla de muerte helada, "ya que una inversión de temperatura en todo el valle había provocado una espesa niebla amarillenta y escarcha en las agujas de los pinos. De vuelta en el laboratorio, el equipo cortó cuidadosamente las agujas en segmentos cortos con unas tijeras de cerámica para evitar cualquier contaminación por metales y las puso en los magnetómetros.

Uno de sus experimentos reveló que la magnetización de las agujas de diciembre era casi tres veces mayor que la de las agujas de junio. Otro experimento magnético, realizado a temperaturas superbajas, sugirió que las partículas que contienen hierro depositadas durante la inversión son extremadamente pequeñas (algunas tan pequeñas como 1/5000 del ancho de un cabello humano) y encontraron que están compuestas de magnetita, un mineral de hierro que, como sugiere su nombre, es naturalmente magnético. El equipo también examinó las agujas con un microscopio electrónico y confirmó que las agujas de diciembre estaban significativamente más sucias. La concentración, Otros estudios han relacionado el tamaño y la composición de las partículas con los riesgos para la salud de la contaminación del aire.

También observaron los elementos presentes en las partículas. Las cantidades de hierro en el polvo se correlacionan con las cantidades de otros elementos como el titanio, vanadio y circonio, "y una variedad de otras cosas que están asociadas con el polvo de los frenos o la combustión de combustibles fósiles, "Dice Lippert.

Otros elementos en las partículas se asociaron con convertidores catalíticos, él dice, que utilizan catalizadores químicos para desintoxicar los gases de escape. "Y esas concentraciones, No sorpresa, son más altos cerca del borde de la carretera ".

La comparación de los árboles a varias distancias de la carretera mostró una caída en la concentración de partículas magnéticas en una distancia de 50 a 150 pies. Eso puede deberse a la distancia de los coches, los investigadores dicen, pero también posiblemente a la elevación, mientras el transecto de árboles subía una pequeña colina.

Pino artificial

Ahora, el equipo ha unido fuerzas con el científico atmosférico Gannet Hallar y el ingeniero químico Kerry Kelly para explorar otras preguntas que planteó el estudio. Desarrollaron un nuevo tipo de monitor de aire pasivo:un monitor impreso en 3-D, Rama de pino artificial con agujas para atrapar partículas. Las agujas artificiales se instalan junto con las agujas naturales y pueden servir como una plataforma experimental para comprender más claramente cómo y cuándo se depositan las partículas en las agujas de hoja perenne. los resultados se pueden comparar directamente con las mediciones de la distribución de partículas medidas por equipos en los laboratorios de Hallar y Kelly.

"Si tenemos una lluvia fuerte, podemos ir a recolectar antes y después de esa lluvia y ver si esta señal simplemente desaparece cada vez que hay un evento de lluvia, "Dice Rea-Downing." ¿O las agujas biológicas realmente absorben material y retienen esa señal durante más tiempo que las agujas sintéticas? "

Con cada árbol como un punto de datos potencial, El análisis de agujas de pino podría proporcionar una visión más completa de lo que, cuándo y por qué de la contaminación del aire en las zonas urbanas, mostrando variación en la calidad del aire en la escala de decenas de pies. El análisis es sencillo y económico, Lippert dice.

"Ya tenemos muchos árboles en el paisaje, "Dice Lippert." Son un costo bastante bajo. Entonces, esto democratiza nuestra capacidad de monitorear la contaminación del aire en todo el valle. Esto se puede exportar fácilmente a cualquier comunidad. Nos permite hacer más con menos o esa es nuestra esperanza ".