ogni albero, anche un sempreverde, può essere un monitor della qualità dell'aria. Questa è la conclusione dei ricercatori dell'Università dello Utah che hanno misurato il magnetismo del particolato sugli aghi degli alberi sempreverdi nel campus dell'U. Quella misura, hanno trovato, correlata alla qualità generale dell'aria, suggerendo che l'analisi degli aghi, un processo relativamente semplice e a basso costo, potrebbe fornire un'alta risoluzione, quadro annuale della qualità dell'aria.

"Ovunque tu abbia un albero hai un punto dati, "dice Grant Rea-Downing, dottorando in geologia e geofisica. "La distribuzione di un albero non costa 250 dollari. Saremo in grado di mappare le distribuzioni di particolato a una risoluzione molto elevata a un costo minimo".

I risultati sono pubblicati in GeoHealth .

Come le particelle magnetiche finiscono sulle foglie

Rea-Downing e i suoi colleghi, il professore associato Pete Lippert e gli altri studenti laureati Courtney Wagner e Brendon Quirk, sono tutti geoscienziati del Dipartimento di geologia e geofisica la cui ricerca regolare è su una scala molto diversa rispetto agli aghi di pino.

"Giorno per giorno, "Lippert dice, "spostiamo montagne e chiudiamo bacini oceanici usando il magnetismo delle rocce per capire la geografia degli ex continenti".

In un corso dal titolo "La Terra Magnetica, " Lippert introdusse Rea-Downing, Wagner e Quirk agli articoli dei ricercatori britannici che hanno misurato il magnetismo delle foglie decidue per valutare la qualità dell'aria. "Sapevo che gli studenti sarebbero rimasti sbalorditi da ciò che lo studio ha mostrato, e quali sono state le implicazioni dei risultati, "dice Lippert.

Il particolato nell'aria proviene da molte fonti, compresa la polvere naturale trasportata dal vento, polvere dei freni e il sottoprodotto della combustione di combustibili solidi o fossili.

"Questa è roba nell'aria, "Lippert dice, "e deve uscire prima o poi."

Quando cade dall'aria un po' di esso, Certo, cade sulle foglie degli alberi e sugli aghi sempreverdi. Alcune delle particelle contengono ferro, con abbastanza per essere rilevabile dal tipo di magnetometri ad alta precisione che Lippert utilizza nel suo lavoro geologico. Il particolato ferroso nell'aria può essere troppo piccolo per essere visto, ma magnetismo, lui dice, è un modo per vedere l'invisibile.

I giornali fecero impressione su Rea-Downing, che ha visto la qualità dell'aria di Salt Lake City in netto contrasto con l'aria normalmente pulita della sua nativa California costiera. Poteva facilmente applicare il metodo nel laboratorio di ricerca di Lippert.

"Il tipo di collina da scalare per farlo era in realtà piuttosto piatto, " dice. "Abbiamo alberi fuori, abbiamo una cattiva qualità dell'aria stagionalmente e abbiamo un laboratorio paleomagnetico completamente attrezzato, il che significa che dovevo letteralmente uscire e staccare alcune foglie da alcuni alberi e inserirle in un magnetometro."

"Non siamo i primi a esplorare il magnetismo degli aghi di pino per monitorare la qualità dell'aria, "Lippert dice, "ma nessuno aveva provato questo per studiare le inversioni invernali nei bacini del West americano".

Con il supporto finanziario del Centro per il cambiamento globale e la sostenibilità di U, i ricercatori si sono messi al lavoro.

sentinelle silvane

Il team ha selezionato quattro pini austriaci nel campus U da campionare. Tre degli alberi erano in una linea perpendicolare a North Campus Drive, un'arteria universitaria molto frequentata, con ogni albero successivamente più lontano dalla carreggiata. Il quarto era vicino all'edificio dell'Unione, lontano dal traffico. Hanno raccolto aghi di pino due volte:una volta a giugno 2017 dopo un'estate di aria relativamente buona e un'altra a dicembre 2017 durante la peggiore qualità dell'aria di quell'inverno.

Con la sua maschera antipolvere con filtro antiparticolato, Wagner ha raccolto i campioni di dicembre in quella che ha descritto come una "nebbia gelida della morte, " poiché un'inversione di temperatura in tutta la valle aveva portato a una fitta nebbia giallastra e al gelo sugli aghi di pino. Di nuovo in laboratorio, il team ha tagliato con cura gli aghi in brevi segmenti utilizzando forbici in ceramica per evitare qualsiasi contaminazione da metalli e li ha inseriti nei magnetometri.

Uno dei loro esperimenti ha rivelato che la magnetizzazione degli aghi di dicembre era quasi tre volte superiore a quella degli aghi di giugno. Un altro esperimento magnetico, condotto a temperature super basse, ha suggerito che le particelle contenenti ferro depositate durante l'inversione sono estremamente piccole (alcune fino a 1/5000 della larghezza di un capello umano) e hanno scoperto che sono composte da magnetite, un minerale di ferro che, come suggerisce il nome, è naturalmente magnetico. Il team ha anche esaminato gli aghi al microscopio elettronico e ha confermato che gli aghi di dicembre erano significativamente più sporchi. La concentrazione, le dimensioni e la composizione delle particelle sono state tutte collegate da altri studi ai rischi per la salute dell'inquinamento atmosferico.

Hanno anche esaminato gli elementi presenti nel particolato. Le quantità di ferro nella polvere erano correlate alle quantità di altri elementi come il titanio, vanadio e zirconio, "e una varietà di altre cose associate alla polvere dei freni o alla combustione di combustibili fossili, "dice Lippert.

Altri elementi nel particolato erano associati a convertitori catalitici, lui dice, che utilizzano catalizzatori chimici per disintossicare i gas di scarico. "E quelle concentrazioni, nessuna sorpresa, sono più alti vicino al bordo della strada."

Il confronto degli alberi a varie distanze dalla carreggiata ha mostrato un calo della concentrazione di particelle magnetiche su una distanza da 50 a 150 piedi. Ciò potrebbe essere dovuto alla distanza dalle auto, dicono i ricercatori, ma anche eventualmente ad elevazione, mentre il transetto degli alberi saliva su una leggera collina.

pino artificiale

Ora il team ha unito le forze con la scienziata dell'atmosfera Gannet Hallar e l'ingegnere chimico Kerry Kelly per esplorare altre questioni sollevate dallo studio. Hanno sviluppato un nuovo tipo di monitor passivo dell'aria:un modello stampato in 3D, ramo di pino artificiale con aghi per catturare il particolato. Gli aghi artificiali sono installati accanto agli aghi naturali e possono servire come piattaforma sperimentale per capire più chiaramente come e quando le particelle si depositano sugli aghi sempreverdi, risultati che possono confrontare direttamente con le misurazioni delle distribuzioni di particelle misurate dalle apparecchiature nei laboratori di Hallar e Kelly.

"Se riceviamo una forte pioggia, possiamo andare a raccogliere prima e dopo quella pioggia e vedere se questo segnale viene semplicemente lavato via ogni volta che si verifica un evento di pioggia, " Rea-Downing dice. "O gli aghi biologici assorbono effettivamente il materiale e trattengono quel segnale più a lungo degli aghi sintetici?"

Con ogni albero come potenziale punto dati, l'analisi degli aghi di pino potrebbe fornire una visione più completa di cosa, quando e perché dell'inquinamento atmosferico nelle aree urbane, mostrando variazioni della qualità dell'aria sulla scala di decine di piedi. L'analisi è semplice e poco costosa, dice Lippert.

"Abbiamo già molti alberi nel paesaggio, " Lippert dice. "Sono un costo piuttosto basso. Quindi questo democratizza la nostra capacità di monitorare l'inquinamento atmosferico in tutta la valle. Questo è facilmente esportabile in qualsiasi comunità. Ci permette di fare di più con meno, o questa è la nostra speranza."