Quando il vulcano Kīlauea eruttò nel 2018, parti ricoperte di lava dell'isola di Hawaii, ma uno smog vulcanico, noto come "vog, " lo inondarono. Il vog conteneva livelli pericolosi di particolato fine e gas di anidride solforosa, che ha minacciato la salute della popolazione sottovento sull'isola.

In un nuovo studio, un team di scienziati ha utilizzato una rete di sensori di qualità dell'aria a basso costo per mappare l'esposizione all'inquinamento dei residenti in tempo reale, per la prima volta. La nuova soluzione per misurare la qualità dell'aria potrebbe aiutare le popolazioni in futuro a ammalarsi, poiché l'inquinamento atmosferico è il singolo più grande fattore di rischio ambientale per la mortalità prematura in tutto il mondo.

"Siamo stati in grado di stimare l'esposizione della popolazione su larga scala a più inquinanti, misurare la trasformazione chimica delle emissioni vulcaniche, e fornire osservazioni in tempo reale come parte degli sforzi di gestione delle emergenze, " ha detto Benjamin Crawford, dottorato di ricerca, autore principale e assistente professore presso il Dipartimento di Geografia e Scienze Ambientali presso l'Università del Colorado Denver. Crawford ha collaborato con ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e dell'Università delle Hawaii.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista PNAS .

Monitoraggio in tempo reale durante un evento catastrofico

Prima del 2018, Il vulcano Kīlauea ha eruttato continuamente su scala molto più piccola negli ultimi 35 anni. Alla fine del 2017, Il team di Crawford ha iniziato un progetto per misurare la qualità dell'aria sottovento del vulcano in fiamme, collaborando con le scuole locali per ospitare sensori.

"Pensavamo che non ci fosse fretta, " ha detto Crawford. Il team aveva una manciata di prototipi di sensori a basso costo (LCS) e aveva iniziato a gettare le basi sull'isola quando il vulcano ha iniziato a eruttare sul serio nel maggio 2018. Il gruppo è entrato in azione. Volarono verso il isola e ha costruito la rete in 10 giorni.

Il team ha utilizzato 30 nodi progettati e implementati specificamente per monitorare una miscela di anidride solforosa vulcanica primaria (SO ₂ ) gas e particolato secondario (PM2,5) che compongono vog. Il loro studio è diventato il primo a utilizzare una rete di sensori a basso costo in tempo reale durante un evento di qualità dell'aria estrema.

Monitoraggio della trasformazione chimica del pennacchio

Sottovento dell'eruzione, il team ha scoperto che le stazioni di rete misuravano il picco orario di PM2.5 e SO ₂ concentrazioni che potrebbero superare i 75 microgrammi per m-3 e 1200 ppb, rispettivamente. La densità della rete LCS ha consentito stime altamente granulari dell'esposizione umana a entrambi gli inquinanti durante l'eruzione, cosa impossibile utilizzando misurazioni preesistenti della qualità dell'aria.

La dinamica del pennacchio ha esposto una percentuale molto maggiore (46,7%) della popolazione dell'isola a livelli elevati di PM2,5 fine rispetto a SO ₂ (2%). Inoltre, la rete è stata in grado di tracciare l'evoluzione chimica del pennacchio vulcanico sottovento all'eruzione. Le misurazioni hanno rilevato una SO . media ₂ tempo di conversione di ~36 ore, dimostrando per la prima volta la capacità delle reti LCS distribuite di osservare la cinetica di reazione e quantificare le trasformazioni chimiche degli inquinanti atmosferici in un ambiente reale.

"Avevamo una buona idea di dove stesse andando l'inquinamento, così siamo stati in grado di tracciare e misurare la trasformazione chimica del pennacchio, " ha detto Crawford. "Era la prima volta che potevamo osservare sia la chimica del pennacchio sia come viaggiava sottovento. È stato gratificante vedere il nostro approccio funzionare".

Consentire ad altre persone di misurare la qualità dell'aria

Il monitoraggio della qualità dell'aria (QA) è fondamentale per comprendere e in definitiva ridurre al minimo l'esposizione delle persone a inquinanti atmosferici nocivi; però, le misurazioni basate sulla superficie rimangono relativamente scarse in gran parte del mondo. Questo perché la maggior parte delle misurazioni della qualità dell'aria proviene da reti gestite da governi, come gli stati o l'Environmental Protection Agency (EPA) negli Stati Uniti. Questi strumenti estremamente precisi sono costosi, che limita la quantità di sensori distribuiti. Sulla Grande Isola delle Hawaii, c'erano sei stazioni di monitoraggio permanente in funzione prima dell'eruzione, uno dei quali la lava distrutta all'inizio dell'eruzione.

In contrasto, i sensori a basso costo in questo studio sono a energia solare, unità autonome in grado di comunicare attraverso reti cellulari e funzionare in luoghi remoti. L'accessibilità economica delle unità consente inoltre al team di consegnarle ai membri della comunità per misurare da soli la qualità dell'aria. Sia durante un'eruzione vulcanica, incendi boschivi, o l'inquinamento urbano quotidiano e lo smog, dare alle comunità il potere di misurare i dati stessi è importante.

"C'è una richiesta per questo tipo di informazioni, " ha affermato Crawford. "È un ottimo modo per democratizzare i dati e consentire alle comunità di monitorare le violazioni della qualità dell'aria indipendentemente da chiunque altro. Puoi consentire alle persone con la conoscenza di prendere le proprie decisioni".