Een nieuwe studie onthult wat er gebeurt als stedelijke vervuiling zich vermengt met de chemische cocktail van rook
Rook van bosbranden in Californië bedekt de skyline van San Francisco in een kastanjebruine waas. Volgens nieuw onderzoek zou de mix van rook door bosbranden en stedelijke luchtvervuiling de ozonniveaus in het westen van de Verenigde Staten kunnen verhogen.
Rook van bosbranden en stedelijke luchtvervuiling halen het slechtste in elkaar naar boven.
Terwijl bosbranden woeden, transformeren ze hun verbrande brandstof in een complexe chemische cocktail van rook. Veel van deze stoffen in de lucht, waaronder ozon, zorgen ervoor dat de luchtkwaliteit keldert als wind de smeulende nevel over steden voert. Maar precies hoe – en in welke mate – de uitstoot van natuurbranden bijdraagt aan de ozonniveaus benedenwinds van de branden, is al jaren een kwestie van discussie, zegt Joel Thornton, een atmosferische wetenschapper aan de Universiteit van Washington in Seattle.
Een nieuwe studie heeft nu de ongrijpbare chemie onthuld achter de ozonproductie in bosbrandpluimen. De bevindingen suggereren dat het mengen van bosbrandrook met stikstofoxiden – giftige gassen die worden aangetroffen in auto-uitlaatgassen – zou kunnen: het ozongehalte in stedelijke gebieden oppompen, rapporteren onderzoekers 8 december in wetenschappelijke vooruitgang.
Atmosferische ozon is een belangrijk bestanddeel van smog dat ademhalingsproblemen kan veroorzaken bij mensen en dieren in het wild (SN: 1/4/21). Veel ingrediënten voor het maken van ozon – zoals vluchtige organische stoffen en stikstofoxiden – zijn te vinden in rook van bosbranden, zegt Lu Xu, een atmosferisch chemicus die momenteel werkt bij het National Oceanographic and Atmospheric Administration Chemical Sciences Laboratory in Boulder, Colorado. Maar een lijst met ingrediënten is niet genoeg om het ozonrecept van een natuurbrand te repliceren. Dus gingen Xu en collega’s de lucht in om de chemie in actie te observeren.
Via een gezamenlijk project met NASA en NOAA werkten de onderzoekers samen met de campagne Fire Influence on Regional to Global Environments en Air Quality om een straalvliegtuig om te vormen tot een vliegend laboratorium. In juli en augustus 2019 verzamelde het vluchtteam luchtmonsters uit smeulende landschappen in het westen van de Verenigde Staten. Terwijl het vliegtuig halsoverkop door de pluimen vloog, registreerden instrumenten aan boord de soorten en hoeveelheden van elk molecuul dat in de waas werd gedetecteerd. Door in en uit de rook te weven terwijl deze van de vlammen afdreef, analyseerde het team ook hoe de chemische samenstelling van de pluim in de loop van de tijd veranderde.
Met behulp van deze metingen samen met de windpatronen en brandstof van elke bemonsterde natuurbrand, creëerden de onderzoekers een eenvoudige vergelijking om de ozonproductie uit de uitstoot van natuurbranden te berekenen. “We namen een complexe vraag en gaven er een eenvoudig antwoord op”, zegt Xu, die het werk deed bij Caltech.
Zoals verwacht, ontdekten de onderzoekers dat de uitstoot van bosbranden een duizelingwekkende reeks organische verbindingen en stikstofoxidesoorten bevat, naast andere moleculen die bijdragen aan de vorming van ozon. Toch toonde hun analyse aan dat de concentratie stikstofoxiden afneemt in de uren nadat de pluim met de wind mee is geveegd. Zonder dit belangrijke ingrediënt vertraagt de ozonproductie aanzienlijk.
Luchtvervuiling vanuit steden en andere stedelijke gebieden zit boordevol schadelijke gassen. Dus als rook van bosbranden over stadsgezichten trekt, kan een toename van stikstofoxiden de ozonproductie weer op gang brengen, zegt Xu.
In een typisch brandseizoen kunnen dergelijke mengsels de ozonniveaus in het westen van de Verenigde Staten met maar liefst 3 delen per miljard verhogen, schatten de onderzoekers. Deze concentratie ligt ver onder die van de Amerikaanse Environmental Protection Agency gezondheidsveiligheidsnorm: van 70 delen per miljard, maar de toenemende toename kan nog steeds een gezondheidsrisico vormen voor mensen die regelmatig worden blootgesteld aan rook, zegt Xu.
Nu klimaatverandering de frequentie en intensiteit van bosbranden verhoogt, heeft dit nieuwe ozonproductiemechanisme belangrijke implicaties voor de luchtkwaliteit in steden, zegt Qi Zhang, een atmosferisch chemicus aan de Universiteit van Californië, Davis die niet betrokken was bij het onderzoek (SN: 18-09-20). Ze zegt dat het werk een “belangrijke ontbrekende schakel” biedt tussen natuurbrandemissies en ozonchemie.
De bevindingen kunnen ook een uitdaging vormen voor milieubeleidsmakers, zegt Thornton, die niet bij het onderzoek betrokken was. Hoewel staats- en lokale autoriteiten strikte regels stellen om de ozon in de atmosfeer te beperken, kan bosbrandrook die strategieën ondermijnen, zegt hij. Dit zou het voor steden, vooral in het westen van de Verenigde Staten, moeilijker kunnen maken om te voldoen aan de EPA-ozonnormen, ondanks de luchtkwaliteitsvoorschriften.
