L'aria negli Stati Uniti è molto più pulita anche di dieci anni fa. Ma quei miglioramenti sono arrivati ​​principalmente in estate, la stagione che era il poster per le particelle contenenti foschia che causano l'asma, cancro ai polmoni e altre malattie.

Un nuovo studio condotto dall'Università di Washington mostra perché i livelli di inquinamento atmosferico invernale sono rimasti elevati, nonostante livelli complessivamente inferiori di emissioni nocive da centrali elettriche e veicoli durante tutto l'anno.

"Negli ultimi 10 anni o giù di lì, i livelli di inquinamento atmosferico estivo sono diminuiti rapidamente, mentre i livelli di inquinamento atmosferico invernale no. La qualità dell'aria in estate è ora quasi la stessa che in inverno negli Stati Uniti orientali, " ha detto l'autore corrispondente Viral Shah, che ha svolto il lavoro come parte del suo dottorato UW in scienze dell'atmosfera. "Abbiamo individuato i processi chimici che spiegano la differenza stagionale in risposta alla riduzione delle emissioni".

Lo studio, pubblicato la settimana del 23 luglio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , mostra che le particelle seguono percorsi diversi in inverno.

I risultati provengono dall'analisi delle osservazioni raccolte durante la Wintertime Investigation of Transport, Campagna Emissioni e Reattività (INVERNO). Durante quello sforzo guidato da UW, i ricercatori hanno trascorso sei settimane in inverno volando attraverso i pennacchi di inquinamento su New York City, Baltimora, Cincinnati, Colombo, Pittsburgh, Washington, DC, e lungo le centrali elettriche a carbone della Ohio River Valley.

Lo studio è stato finanziato dalla National Science Foundation, con il supporto in natura della NASA e della National Oceanic and Atmospheric Administration.

Le particelle che formano lo smog sono disponibili in diversi gusti. Due importanti sono i solfati, dall'anidride solforosa emessa principalmente dalle centrali elettriche a carbone, e nitrati, creato da ossidi di azoto noti collettivamente come NOx. Le normative sulla qualità dell'aria hanno ridotto l'anidride solforosa negli Stati Uniti del 68% tra il 2007 e il 2015, e NOx di circa un terzo durante quel periodo.

I livelli estivi di particolato, quando i due tipi di ossidi si aggregano in pacchetti acquosi di nitrati e solfati che creano splendidi tramonti ma danneggiano la salute umana, sono diminuiti negli Stati Uniti orientali di circa un terzo durante quel periodo. Ma le concentrazioni invernali di particolato sono diminuite solo della metà, per ragioni che non erano chiare.

"I modelli di qualità dell'aria che utilizziamo per comprendere l'origine dell'inquinamento atmosferico si comportano abbastanza bene in estate, ma ho qualche problema in inverno. Prima di questo studio, non siamo riusciti a riprodurre la composizione del particolato osservata in inverno, " disse Lyatt Jaeglé, che è stato il secondo autore dell'articolo e co-investigatore principale della campagna sul campo. "Ora abbiamo uno strumento migliore per esaminare quale sia la migliore strategia per migliorare la qualità dell'aria invernale su scala regionale negli Stati Uniti orientali, e potenzialmente altri luoghi, come l'Europa e l'Asia".

In estate, una parte degli NOx e dell'anidride solforosa emessi rimane nella fase gassosa e viene assorbita dalla luce solare o depositata sul terreno, e il resto forma particolato sotto forma di nitrati e solfati. Man mano che gli ingredienti primari cadono, così fanno i livelli di particolato.

Ma la nuova analisi mostra che la chimica dell'aria invernale segue un percorso più complesso. Con meno luce solare e temperature più fredde, più della chimica avviene nella fase liquida, sulle superfici di particolato esistente o nuvole liquide e di ghiaccio. In quella fase, man mano che gli ingredienti primari cadono, l'efficienza di conversione dell'anidride solforosa in solfato aumenta, perché sono disponibili più ossidanti. E mentre il solfato scende, il particolato diventa meno acido, facendo sì che gli NOx si convertano più facilmente in nitrati.

Così, anche se le normative sulla qualità dell'aria hanno ridotto entrambi i tipi di emissioni primarie, la quantità totale di particolato dannoso per la salute umana è diminuita più lentamente.

"Non è che le riduzioni non funzionino. È solo che le riduzioni hanno un effetto annullante, e l'effetto di cancellazione ha una forza fissa, " disse Scià, che ora è ricercatore post-dottorato presso l'Università di Harvard. "Dobbiamo fare ulteriori riduzioni. Una volta che le riduzioni diventano maggiori dell'effetto di cancellazione, allora l'inverno comincerà a comportarsi più come l'estate."

Lo studio prevede che, a meno che le riduzioni delle emissioni non superino le attuali previsioni, la qualità dell'aria in inverno continuerà a migliorare solo gradualmente fino almeno al 2023. A questo ritmo ci vorranno diversi anni prima che le emissioni raggiungano livelli in cui l'inquinamento invernale inizia a diminuire più rapidamente.

"Questo documento mostra che la comprensione della chimica atmosferica sottostante che converte gli inquinanti primari in particolato fine è fondamentale per calibrare le nostre aspettative su ciò che le riduzioni delle emissioni realizzeranno, e quindi su come ottimizzare le future riduzioni delle emissioni per continuare a ottenere il "maggior rapporto qualità-prezzo" in termini di riduzione delle concentrazioni di particolato fine, " ha detto il terzo autore Joel Thornton, che è stato il principale investigatore della campagna sul campo.

I risultati suggeriscono che maggiori riduzioni delle emissioni, di ossidi di zolfo e di azoto, sarà necessario per migliorare la qualità dell'aria invernale negli Stati Uniti orientali e in altri climi freddi.

"Questa ricerca aiuta a spiegare perché i controlli sulle emissioni per ridurre le sostanze inquinanti nell'aria, come solfati e nitrati, non hanno avuto il successo previsto negli Stati Uniti orientali in inverno, " ha detto Sylvia Edgerton, direttore del programma nella divisione di scienze atmosferiche e geospaziali della NSF, che ha finanziato la ricerca. "La campagna sul campo WINTER ha prodotto una serie unica di osservazioni invernali. Dimostrano che i feedback chimici durante i mesi invernali contrastano le riduzioni previste dell'inquinamento atmosferico dovute alla riduzione delle emissioni".