Gli incendi che bruciano in Occidente colpiscono non solo le aree bruciate, ma le regioni più vaste coperte dal fumo. Negli ultimi anni i cieli nebbiosi e la pericolosa qualità dell'aria sono diventati caratteristiche regolari del clima di fine estate.

Molti fattori stanno facendo sì che gli incendi boschivi occidentali diventino più grandi e generino maggiori, pennacchi di fumo più duraturi che possono estendersi in tutto il continente. Un'analisi condotta dall'Università di Washington esamina le osservazioni più dettagliate fino ad oggi dagli interni dei pennacchi di fumo degli incendi boschivi della West Coast.

Il team multi-istituzionale ha tracciato e volato attraverso i pennacchi degli incendi dalla fonte per raccogliere dati su come la composizione chimica del fumo è cambiata nel tempo. Una carta risultante, pubblicato il 2 novembre nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , mostra che le previsioni sul fumo possono sottostimare in modo significativo la quantità di particelle nel fumo più stantio.

I nuovi risultati potrebbero raddoppiare la stima per le particelle nel fumo più stabile, che potrebbe essere la differenza tra la qualità dell'aria "moderata" e "malsana" nelle regioni sottovento all'incendio.

"Gli incendi stanno diventando più grandi e più frequenti, e il fumo sta diventando un contributo sempre più importante all'inquinamento atmosferico complessivo, " ha detto l'autore principale Joel Thornton, un professore di scienze atmosferiche UW. "Abbiamo davvero preso di mira i pennacchi di fumo vicino alla fonte per cercare di capire meglio cosa viene emesso e quindi come può trasformarsi mentre va sottovento".

Sapendo come il fumo degli incendi boschivi appena generato passa a stantio, il fumo dissipato potrebbe portare a migliori previsioni sulla qualità dell'aria. Le comunità possono utilizzare tali previsioni per prepararsi spostando le attività all'aperto all'interno o riprogrammando nei casi in cui l'aria non sarà sicura per essere all'aperto, oltre a limitare altre attività inquinanti come i fuochi a legna.

"Ci sono due aspetti che entrano nelle previsioni del fumo, " ha detto il primo autore Brett Palm, un ricercatore post-dottorato UW in scienze atmosferiche. "Uno è proprio dove andrà il pennacchio di fumo, basato sulla dinamica di come l'aria si muove nell'atmosfera. Ma l'altra domanda è:quanto fumo viene trasportato, fino a che punto sottovento la qualità dell'aria sarà cattiva? Questa è la domanda che il nostro lavoro aiuta a rispondere".

Quando gli alberi, erba e fogliame bruciano ad alte temperature generano fuliggine, o nero di carbonio, così come particelle e vapori organici, chiamati aerosol organici, che sono più reattivi della fuliggine. Gli incendi possono anche produrre aerosol "brown carbon", una forma meno conosciuta di aerosol organico che conferisce ai cieli una foschia brunastra.

Una volta in aria, gli aerosol organici possono reagire con l'ossigeno o altre molecole già presenti nell'atmosfera per formare nuovi composti chimici. Temperatura dell'aria, la luce solare e la concentrazione di fumo influenzano queste reazioni e quindi alterano le proprietà del più vecchio pennacchio di fumo.

Il team multi-istituzionale ha misurato queste reazioni volando attraverso pennacchi di incendi boschivi a luglio e agosto 2018 come parte di WE-CAN, o l'esperimento Western Wildfire per la chimica delle nuvole, Campagna sul campo di assorbimento di aerosol e azoto condotta dalla Colorado State University.

Voli di ricerca da Boise, Idaho, ha usato un aereo da ricerca C-130 per osservare il fumo. Lo studio ha attraversato i livelli di 2, 000 microgrammi per metro cubo, o circa sette volte l'aria peggiore sperimentata a Seattle quest'estate. Le guarnizioni sull'aereo mantenevano l'aria all'interno dell'imbarcazione molto più pulita, anche se i ricercatori hanno detto che era come volare attraverso il fumo di un falò.

"Abbiamo cercato di trovare un bel pennacchio organizzato dove potremmo iniziare il più vicino possibile al fuoco, "Ha detto Palm. "Quindi, usando la velocità del vento, proveremmo a campionare la stessa aria sui transetti successivi mentre viaggiava sottovento".

L'analisi nel nuovo articolo si è concentrata su nove pennacchi di fumo ben definiti generati dal Taylor Creek Fire nell'Oregon sudoccidentale, l'incendio della trappola per orsi nello Utah, l'incendio di Goldstone nel Montana, l'incendio del South Sugarloaf in Nevada, e gli Sharps, Kiwah, Incendi di Beaver Creek e Rabbit Foot in Idaho.

"Non puoi davvero riprodurre grandi incendi in un laboratorio, " Palm ha detto. "In generale, abbiamo provato a campionare il fumo mentre invecchiava per indagare sulla chimica, le trasformazioni fisiche che stanno avvenendo".

I ricercatori hanno scoperto che una classe di emissioni di incendi boschivi, fenoli, costituiscono solo il 4% del materiale bruciato ma circa un terzo delle molecole di "carbonio marrone" che assorbono la luce nel fumo fresco. Hanno trovato prove di complesse trasformazioni all'interno del pennacchio:i vapori si stanno condensando in particelle, ma allo stesso tempo e quasi alla stessa velocità, i componenti particolati evaporano di nuovo in gas. Il saldo determina la quantità di particolato sopravvissuto, e quindi la qualità dell'aria, mentre il pennacchio viaggia sottovento.

"Uno degli aspetti interessanti è stato illustrare quanto sia dinamico il fumo, " Palm ha detto. "Con processi concorrenti, le misurazioni precedenti facevano sembrare che nulla stesse cambiando. Ma con le nostre misurazioni potremmo davvero illustrare la natura dinamica del fumo".

I ricercatori hanno scoperto che questi cambiamenti nella composizione chimica avvengono più velocemente del previsto. Non appena il fumo è nell'aria, anche se si muove e si dissipa, inizia ad evaporare e a reagire con i gas circostanti nell'atmosfera.

"Quando i pennacchi di fumo sono freschi, sono quasi come un'estensione di basso grado di un incendio, perché c'è così tanta attività chimica in corso in quelle prime ore, " ha detto Thornton.

Gli autori hanno anche eseguito una serie di esperimenti del 2019 all'interno di una camera di ricerca a Boulder, Colorado, che ha esaminato come reagiscono gli ingredienti nel fumo in condizioni diurne e notturne. Gli incendi tendono a crescere nei venti pomeridiani quando la luce solare accelera le reazioni chimiche, poi muoiono e bruciano di notte. Ma incendi boschivi molto grandi possono continuare a divampare durante la notte quando i cieli più scuri cambiano la chimica.

Comprendere la composizione del fumo potrebbe anche migliorare le previsioni del tempo, perché il fumo raffredda l'aria sottostante e può persino modificare i modelli del vento.

"A Seattle, ci sono alcuni pensieri che il fumo ha cambiato il tempo, " ha detto Thornton. "Questo tipo di feedback con il fumo che interagisce con la luce del sole è davvero interessante per il futuro".