Il fumo degli incendi cambia drasticamente con l'invecchiamento e questo è importante per la qualità dell'aria sottovento: ecco cosa abbiamo imparato volando tra i pennacchi di fumo

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L'anno 2020 sarà ricordato per molte ragioni, inclusi i suoi incendi da record che hanno trasformato i cieli di San Francisco in un'apocalittica sfumatura di rosso e hanno ricoperto di fumo gran parte dell'Occidente per settimane.

La California ha registrato cinque dei suoi sei più grandi incendi mai registrati nel 2020, incluso il primo moderno "gigafire", un incendio che ha bruciato oltre 1 milione di acri. Il Colorado ha visto i suoi tre più grandi incendi mai registrati.

Mentre il fumo può creare splendidi tramonti, può anche avere conseguenze disastrose per la salute umana.

Sono un chimico dell'atmosfera e l'atmosfera è il mio laboratorio. Quando guardo il cielo, vedo una miscela di molte migliaia di composti chimici diversi che interagiscono tra loro e con la luce solare.

Le reazioni e le trasformazioni nell'atmosfera fanno sì che il fumo degli incendi cambi drasticamente mentre viaggia sottovento e gli studi hanno dimostrato che può diventare più tossico con l'invecchiamento. Al fine di prevedere con precisione gli effetti delle emissioni di incendi sulle popolazioni sottovento e di emettere avvisi più mirati sulla qualità dell'aria con il peggioramento delle stagioni degli incendi, dobbiamo capire quali sostanze chimiche vengono emesse e come il fumo cambia nel tempo.

Per capirlo, i miei colleghi e io abbiamo fatto volare aeroplani tra i pennacchi di fumo di alcuni dei grandi incendi dell'Occidente.

Come studiamo gli incendi

I grandi incendi e il modo in cui il vento trasporta il fumo non possono essere facilmente replicati in laboratorio. Questo li rende difficili da studiare. Uno dei modi migliori per conoscere la vera chimica del fumo degli incendi è di campionarlo direttamente nell'atmosfera.

Nel 2018 e nel 2019, io ei miei colleghi abbiamo attraversato il cielo sopra incendi attivi su aeroplani specializzati carichi di strumenti scientifici. Ogni strumento è progettato per campionare una parte diversa del fumo, spesso attaccando letteralmente un tubo fuori dalla finestra.

Per campionare il fumo mentre si muove sottovento, gli scienziati hanno volato avanti e indietro attraverso i pennacchi di fumo. Le linee grigie sono i voli del 2018. Diventano rosse dove il percorso ha attraversato un pennacchio di fumo.
Brett Palm / Università di Washington, CC BY-ND
Gli aerei scientifici utilizzati per questi esperimenti sono pieni di strumenti che misurano il fumo degli incendi in modi diversi.
Brett Palm / Università di Washington, CC BY-ND

Il fumo di Wildfire è molto più complesso e dinamico di quanto sembri. Contiene migliaia di composti diversi, la maggior parte dei quali sono molecole contenenti varie quantità di atomi di carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno. Ci sono gas (singole molecole) e particelle (milioni di molecole coagulate insieme).

Nessun singolo strumento può misurare tutte queste molecole contemporaneamente. In effetti, alcuni composti specifici sono una sfida da misurare. Molti scienziati, me compreso, dedicano la loro carriera alla progettazione e alla costruzione di nuovi strumenti per migliorare le nostre misurazioni e continuare a far progredire la nostra comprensione dell'atmosfera e di come essa ci influenza.

Pennacchi di fumo provenienti da incendi occidentali hanno raggiunto gli Stati Uniti a metà settembre 2020.
Joshua Stevens / NASA Earth Observatory

In una ricerca pubblicata di recente sugli incendi del 2018, i miei colleghi ed io abbiamo mostrato come le particelle di fumo cambiassero rapidamente mentre venivano trasportate sottovento.

Alcune delle particelle stavano evaporando in gas, simili a una pozza di pioggia che evaporano in vapore acqueo quando esce il sole. Allo stesso tempo, alcuni dei gas nel fumo stavano attraversando reazioni per formare nuove particelle, simili al vapore acqueo che si condensa per formare una nuvola o goccioline di rugiada. Nel frattempo, si stavano verificando reazioni chimiche, cambiando le molecole stesse.

Poiché queste molecole hanno reagito con la luce solare e altri gas nell'atmosfera, il fumo è stato radicalmente trasformato. Questo è ciò che intendiamo quando gli scienziati parlano di fumo che "invecchia" o diventa "stantio" nel tempo. Altre ricerche recenti hanno iniziato a mostrare come il fumo degli incendi può diventare più tossico con l'invecchiamento.

Cosa significano tutti questi cambiamenti per la salute?

Il danno alla salute causato dal fumo è in gran parte il risultato della quantità di PM2,5 che contiene. Si tratta di minuscole particelle, una frazione della larghezza di un capello umano, che possono essere respirate in profondità nei polmoni dove possono irritare le vie respiratorie. Anche l'esposizione a breve termine può aggravare i problemi cardiaci e polmonari.

Le particelle PM2,5 sono minuscole con un diametro inferiore a 2,5 micron.
Agenzia statunitense per la protezione dell'ambiente

Le reazioni chimiche controllano la quantità di PM2,5 presente nel fumo degli incendi mentre viene trasportato lontano dagli incendi e nei centri abitati. Usando le misurazioni dei nostri aerei per comprendere questi processi, noi chimici possiamo prevedere meglio quanto PM2,5 sarà presente nel fumo invecchiato.

In combinazione con le previsioni meteorologiche che prevedono dove andrà il fumo, questo potrebbe portare a modelli di qualità dell'aria migliorati che possono dire alle persone sottovento se saranno esposte ad aria malsana.

Migliori previsioni sulla qualità dell'aria

Con gli incendi sempre più frequenti nelle notizie, sempre più persone sono diventate consapevoli della propria qualità dell'aria. Risorse come AirNow dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti forniscono dati sulla qualità dell'aria attuali e previsti, insieme a spiegazioni dei rischi per la salute. Le informazioni locali sono spesso disponibili anche da agenzie statali o regionali.

Il fumo degli incendi ha trasformato il cielo di mezzogiorno in arancione a San Francisco il 9 settembre 2020.
Immagine AP / Tony Avelar

Le misurazioni e le previsioni della qualità dell'aria possono aiutare le persone a evitare situazioni malsane, in particolare i gruppi sensibili come le persone con asma. Durante i periodi previsti di cattiva qualità dell'aria, i governi locali o statali possono utilizzare le previsioni per ridurre altre fonti di inquinamento, come scoraggiare la combustione di legna residenziale o attività industriali ad alte emissioni.

Guardando al futuro, è probabile che il fumo degli incendi si diffonda ogni anno in tutto l'Occidente per diversi motivi. L'aumento delle temperature sta rendendo il paesaggio più secco e più infiammabile. Allo stesso tempo, più persone stanno costruendo case nell'interfaccia tra terre selvagge e città, creando più opportunità per l'inizio degli incendi.

Una vasta comunità di scienziati, me compreso, sta lavorando per comprendere meglio le emissioni di incendi e come cambiano quando soffiano nelle comunità sottovento. Questa conoscenza migliorerà le previsioni per la qualità dell'aria e l'impatto sulla salute del fumo degli incendi, in modo che le persone possano imparare ad adattarsi ed evitare le peggiori conseguenze per la salute.

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