Per molti anni, i responsabili della qualità dell'aria hanno identificato livelli elevati di ozono nello Sheboygan, Wisconsin, la zona. Rimane un mistero atmosferico poiché alti livelli di ozono sono solitamente associati alle città più grandi. È anche un problema di grande preoccupazione per i funzionari della sanità pubblica perché l'ozono è un noto irritante respiratorio che rappresenta una minaccia per la salute delle popolazioni vulnerabili, soprattutto i giovani e gli anziani, e quelli con problemi respiratori come l'asma.

Nel tentativo di svelare il mistero e capire come l'inquinamento si muove lungo la costa occidentale del Lago Michigan, I ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison Space Science and Engineering Center (SSEC) si sono uniti a uno studio atmosferico su Sheboygan e altre città lungo la costa del lago.

L'obiettivo del Lake Michigan Ozone Study (LMOS 2017) è capire come le correnti del vento possono trasportare l'inquinamento da un luogo all'altro, in particolare l'ozono, che pone rischi per la salute umana quando si trova vicino alla superficie terrestre. I dati raccolti saranno anche integrati nei modelli di ozono utilizzati dai responsabili della qualità dell'aria presso agenzie come l'Environmental Protection Agency (EPA), il Lake Michigan Air Directors Consortium (LADCO), e il Dipartimento delle Risorse Naturali del Wisconsin.

"Vogliamo aiutare a migliorare questi modelli e prevedere meglio quando si verificheranno gli eventi di ozono, e a sua volta, proteggere la salute, "dice Brad Pierce, uno scienziato fisico NOAA che è di stanza a UW-Madison e sta conducendo la campagna LMOS.

Lo studio rappresenta una partnership multi-agenzia da 1,3 milioni di dollari che include NASA, la National Science Foundation (NSF), APE, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), l'Istituto di ricerca sull'energia elettrica (EPRI), e altre organizzazioni e università.

"Il piano è raccogliere dati che ci forniranno un profilo completo dell'atmosfera lungo la riva del lago Michigan, "dice Tim Wagner, Ricercatore assistente SSEC.

Wagner supervisiona gli sforzi di ricerca per una suite di strumenti a terra, noto come Centro di ricerca atmosferica portatile SSEC, o SPARC. SPARC è un prodotto personalizzato, Rimorchio da 17 piedi dotato di una serie di strumenti sensibili utilizzati per misurare l'atmosfera, molti dei quali sono stati progettati e costruiti presso SSEC. I dati raccolti dagli strumenti SPARC nel sito di studio aiuteranno a costruire un'immagine dell'atmosfera sopra Sheboygan e le aree circostanti attraverso misurazioni del vento e della temperatura, e aiutano a risolvere diversi tipi di particelle come il ghiaccio, polvere e altri aerosol.

"Comprendendo la struttura atmosferica, contestualizza gli altri dati che fanno parte dell'intera campagna, " dice Wagner. "È un pezzo importante del puzzle per capire cosa sta succedendo lassù".

I dati del team SPARC integreranno le misurazioni della NASA già raccolte da strumenti di telerilevamento su un aereo che vola in modelli specifici sull'area:da Sion, Illinois, a Sheboygan e dati da una nave di ricerca NOAA dotata di strumenti EPA che hanno raccolto misurazioni nearshore e offshore. Si aggiungerà anche alle misurazioni dell'ozono raccolte via automobile dalla regione 5 dell'EPA e dalla professoressa UW-Eau Claire Patricia Cleary.

"Insieme, l'aereo, le misurazioni della nave e della terra contribuiranno a costruire un quadro più completo dell'atmosfera, " dice Wagner.

Inoltre, EPRI ha finanziato Scientific Aviation per fornire misurazioni dall'aria lungo la costa del Lago Michigan e NSF ha finanziato l'Università del Wisconsin, L'Università dell'Iowa e l'Università del Minnesota per condurre misurazioni chimiche dettagliate in un sito a terra a Zion.

Il team di terra UW-Madison include Tim Bertram, professore di chimica, e i suoi studenti laureati Gordon Novak e Michael Vermeuel. Bertram spiega che l'ozono si trova comunemente nell'atmosfera terrestre, dove protegge gli abitanti della superficie dalle radiazioni solari nocive, ma di solito è in alto e lontano dalle persone. Però, fonti antropogeniche, come la combustione di combustibili fossili, possono aumentare la produzione di ozono a livelli pericolosi, soprattutto quando si forma in città o in aree densamente popolate.

L'ozono è prodotto dalla combustione incompleta, che crea le cosiddette molecole precursori, come l'ossido nitrico, e composti organici volatili. Questi vengono convertiti in ozono attraverso un processo chimico dipendente dalla luce solare. I livelli di ozono tendono ad essere più alti durante i mesi estivi a causa della maggiore intensità solare.

L'EPA è responsabile della definizione degli standard sull'inquinamento da ozono a livello nazionale e collabora con le agenzie statali per monitorare le condizioni della qualità dell'aria. Le città che non soddisfano determinati standard di qualità dell'aria devono sottoporsi a un processo di pianificazione per delineare modi per ridurre gli inquinanti come l'ozono. Forare, che ha studiato il trasporto dell'ozono per più di 20 anni, afferma che il miglioramento dei modelli aiuterà l'EPA e le città a pianificare le future esigenze e requisiti di qualità dell'aria.

"La fase sul campo dello studio sull'ozono del lago Michigan 2017 è stata un successo travolgente e non vediamo l'ora di utilizzare le misurazioni raccolte durante la campagna per aiutare a capire perché i monitor dell'ozono costiero mostrano livelli di ozono più elevati rispetto all'entroterra, e migliorare la nostra capacità di modellare l'ozono all'interno di questa regione complessa, "dice Pierce.