Die Probenahme von Lauffeuerrauch bedeutet manchmal, eine Röhre aus dem Fenster eines Flugzeugs zu stecken. Brett Palm / Universität von Washington, CC BY-ND

Das Jahr 2020 wird aus vielen Gründen in Erinnerung bleiben, einschließlich seiner Rekordverdächtige Waldbrände das drehte San Franciscos Himmel um apokalyptischer Rotton und wochenlang große Teile des Westens in Rauch gehüllt.

Kalifornien erlebt fünf seiner sechs größten Brände im Jahr 2020 registriert, einschließlich der ersten modernen “Gigafire, ”Ein Lauffeuer, das über 1 Million Morgen brannte. Colorado hat es gesehen drei größten Brände aktenkundig.

Während der Rauch für wunderschöne Sonnenuntergänge sorgen kann, kann er auch schwerwiegende Folgen für die menschliche Gesundheit haben.

Ich bin eine Atmosphärenchemikerund die Atmosphäre ist mein Labor. Wenn ich in den Himmel schaue, sehe ich eine Mischung aus vielen tausend verschiedenen chemischen Verbindungen, die miteinander und mit Sonnenlicht interagieren.

Die Reaktionen und Transformationen in der Atmosphäre führen dazu, dass sich verheerender Rauch dramatisch verändert, wenn er sich gegen den Wind bewegt, und Studien haben gezeigt, dass er wachsen kann giftiger mit zunehmendem Alter. Um die Auswirkungen der Waldbrandemissionen auf die Populationen vor dem Wind genau vorherzusagen und gezieltere Warnungen zur Luftqualität auszugeben, wenn sich die Waldbrandsaison verschlechtert, müssen wir verstehen, welche Chemikalien emittiert werden und wie sich Rauch mit der Zeit ändert.

Um das herauszufinden, flogen meine Kollegen und ich Flugzeuge in die Rauchwolken einiger der großen Waldbrände des Westens.

Wie wir Waldbrände untersuchen

Große Waldbrände und die Art und Weise, wie Wind ihren Rauch trägt, können in einem Labor nicht einfach nachgebildet werden. Dies macht es schwierig, sie zu studieren. Eine der besten Möglichkeiten, etwas über echte Rauchchemie zu lernen, besteht darin, sie direkt in der Atmosphäre zu testen.

In 2018 und 2019, meine Kollegen und ich kreuzten den Himmel über aktiven Waldbränden in Spezialflugzeugen, die mit wissenschaftlichen Instrumenten beladen waren. Jedes Instrument ist so konzipiert, dass es einen anderen Teil des Rauches abtastet, häufig indem buchstäblich ein Schlauch aus dem Fenster gesteckt wird.

Kein einzelnes Instrument kann alle diese Moleküle gleichzeitig messen. In der Tat sind einige spezifische Verbindungen überhaupt eine Herausforderung zu messen. Viele Wissenschaftler, einschließlich mir, widmen ihre Karriere der Entwicklung und dem Bau neuer Instrumente, um unsere Messungen zu verbessern und unser Verständnis der Atmosphäre und ihrer Auswirkungen auf uns weiter zu verbessern.

In neu veröffentlichten Forschungsergebnissen aus den Waldbränden von 2018 Meine Kollegen und ich haben es gezeigt wie sich die Rauchpartikel schnell änderten, als sie gegen den Wind getragen wurden.

Einige der Partikel verdampften zu Gasen, ähnlich einer Regenpfütze, die bei Sonnenaufgang zu Wasserdampf verdampfte. Gleichzeitig durchliefen einige der Rauchgase Reaktionen, um neue Partikel zu bilden, ähnlich wie Wasserdampf, der unter Bildung einer Wolke oder von Tautropfen kondensiert. In der Zwischenzeit traten chemische Reaktionen auf, die die Moleküle selbst veränderten.

Während diese Moleküle mit Sonnenlicht und anderen Gasen in der Atmosphäre reagierten, wurde der Rauch grundlegend umgewandelt. Dies ist es, was wir meinen, wenn Wissenschaftler davon sprechen, dass Rauch im Laufe der Zeit „altert“ oder „abgestanden“ wird. Andere neuere Forschungen haben begonnen zu zeigen, wie verheerender Rauch werden kann giftiger mit zunehmendem Alter.

Was bedeuten all diese Veränderungen für die Gesundheit?

Der Gesundheitsschaden durch Rauch ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, wie viel PM2.5 darin enthalten ist. Dies sind winzige Partikel, ein Bruchteil der Breite eines menschlichen Haares, die tief in die Lunge eingeatmet werden können, wo sie die Atemwege reizen können. Auch kurzfristige Exposition kann verschlimmern Herz- und Lungenprobleme.

PM2.5-Partikel sind mit einem Durchmesser von weniger als 2.5 Mikrometern winzig. US Environmental Protection Agency

Chemische Reaktionen steuern, wie viel PM2.5 in verheerendem Rauch enthalten ist, wenn es von den Bränden in die Bevölkerungszentren transportiert wird. Mithilfe unserer Flugzeugmessungen, um diese Prozesse zu verstehen, können wir Chemiker besser vorhersagen, wie viel PM2.5 in gealtertem Rauch vorhanden sein wird.

In Kombination mit meteorologischen Vorhersagen, die vorhersagen, wohin der Rauch gehen wird, könnte dies zu verbesserten Luftqualitätsmodellen führen, die den Menschen vor dem Wind mitteilen können, ob sie ungesunder Luft ausgesetzt sind.

Bessere Vorhersage der Luftqualität

Mit Waldbränden in den Nachrichten sind sich immer mehr Menschen ihrer eigenen Luftqualität bewusst geworden. Ressourcen wie AIRNow von der US Environmental Protection Agency liefern aktuelle und prognostizierte Luftqualitätsdaten sowie Erläuterungen zu den Gesundheitsgefahren. Lokale Informationen sind häufig auch bei staatlichen oder regionalen Behörden erhältlich.

Rauch von Waldbränden färbte den Mittagshimmel am 9. September 2020 in San Francisco orange. AP Image / Tony Avelar

Luftqualitätsmessungen und -vorhersagen können Menschen helfen Vermeiden Sie ungesunde Situationen, besonders empfindliche Gruppen wie Menschen mit Asthma. Während vorhergesagter Perioden ungesunder Luftqualität können lokale oder staatliche Regierungen Prognosen verwenden, um andere Verschmutzungsquellen zu reduzieren, z. B. die Verbrennung von Holz in Wohngebieten oder hoch emittierende industrielle Aktivitäten.

Mit Blick auf die Zukunft ist Waldbrand aus mehreren Gründen jedes Jahr im Westen verbreitet. Steigende Temperaturen verlassen die Landschaft trockener und brennbarer. Gleichzeitig bauen mehr Menschen Häuser in der Wildland-Stadt-SchnittstelleDies schafft mehr Möglichkeiten für den Beginn von Bränden.

Eine große Gemeinschaft von Wissenschaftlern, einschließlich mir, arbeitet daran, die Waldbrandemissionen besser zu verstehen und wie sie sich ändern, wenn sie in Gemeinden vor dem Wind blasen. Dieses Wissen wird die Prognosen für die Luftqualität und die gesundheitlichen Auswirkungen von Waldbrandrauch verbessern, sodass die Menschen lernen können, sich anzupassen und die schlimmsten gesundheitlichen Folgen zu vermeiden.

Über den Autor

Brett B. Palm, Postdoktorand für Chemie der Atmosphäre, Universität von Washington

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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