Korzystając z różnorodnego zestawu narzędzi, naukowcy pokazują, w jaki sposób pandemia Covid-19 wpłynęła – lub nie – na stężenie drobnych cząstek stałych podczas lockdownu. Szkodliwe aerozole z fabryk nadal unoszą się w powietrzu. 

Nagłówki głoszące, że lockdown spowodowany pandemią  Covid-19 drastycznie zmniejszył zanieczyszczenie powietrza, odnosiły się głównie do dwutlenku azotu, NO2, gazu reaktywnego emitowanego ze spalania paliwa. Mniej rozumiano, w jaki sposób lockdown wpływa na aerozole PM2.5 – czyli maleńkie cząstki stałe, które mogą przenikać do płuc, prowadząc do wielu problemów zdrowotnych, w tym zwiększonego ryzyka zawału serca i raka.

– PM2,5 jest wiodącym globalnym środowiskowym wyznacznikiem długowieczności. Jest też kluczowym zanieczyszczeniem powodującym problemy zdrowotne – powiedział profesor Randall Martin z McKelvey School of Engineering w Washington University. 

Nowe badania przeprowadzone dzięki współpracy laboratorium Martina, Goddard Space Flight Center, California Institute of Technology i Dalhousie University w Nowej Szkocji, zmapowały poziomy PM2,5 w Chinach, Europie i Ameryce Północnej. Wykorzystując dane satelitarne, monitoring naziemny i innowacyjny system modelowania komputerowego, naukowcy odkryli głównie niewielkie zmiany w migracji  stężeniu pyłów PM2,5 – z jednym wyjątkiem…

Covid-19 czy po prostu meteorologia

Większość zmian, które znaleźli, nie wynikała z lockdownu spowodowanego pandemią Covid-19, ale z naturalnej zmienności zjawisk meteorologicznych. Wyniki tych badań opublikowano w ubiegłym tygodniu na łamach Science Advances.

– Efekty meteorologiczne, których doświadczamy codziennie, również wpływają na zmienność stężeń PM2,5 – powiedział jeden z badaczy. – Im krótszy okres czasu, tym bardziej podatny PM2,5 jest na meteorologię.

Widoczne zmiany w atmosferze 

Podczas pandemii wśród zdjęć przepełnionych oddziałów intensywnej opieki medycznej i pustych półek w sklepach spożywczych, pojawiły się jasne plamy na fotografiach w gazetach i portalach internetowych: zdjęcia przed i po towarzyszące artykułom głoszącym poprawę jakości powietrza, ponieważ ludzie zostali w domu.

Wizualizacje były uderzające – zarówno na ziemi, gdzie błękitne niebo świeciło nad autostradami Los Angeles, jak i z kosmosu – gdzie dane satelitarne z NASA wykazały wyraźną redukcję dwutlenku azotu w atmosferze.

– Ludzie automatycznie zaczęli się zastanawiać: „Jaki jest obraz PM2,5?” – powiedziała Melanie Hammer, współpracowniczka w laboratorium Martina. 

To było oczywiste pytanie nie tylko dlatego, że cząstki stałe często pochodzą z tych samych źródeł co NO2, ale dlatego, że NO2 może tworzyć PM2,5.

–  NO2 jest uważany za wtórne źródło PM2,5 – powiedział Hammer. 

Kiedy jest emitowany, NO2 wchodzi w interakcje z innymi związkami chemicznymi krążącymi w atmosferze i może tworzyć PM2,5 również te które mają charakter rakotwórczy. Kilka wcześniejszych badań dotyczyło danych zebranych z miejsc monitoringu naziemnego, które badają jakość otaczającego powietrza, ale są bardzo nieliczne i niestety nie można na ich podstawie utworzyć większego obrazu.

Tylko około ułamek światowej populacji mieszka w krajach, w których na milion osób przypadają więcej niż trzy punkty monitorujące stężenie pyłów PM2,5. Większość ludności mieszka na obszarach bez monitoringu.

– Zdecydowaliśmy się przyjrzeć sytuacji ponownie, korzystając ze zdjęć satelitarnych, które tworzą pełniejszy obraz – powiedział Hammer. 

Aerozole od powierzchni ziemi do kosmosu

Obrazy dostarczone przez NASA zawierają dane dla profilu atmosfery rozciągającego się od ziemi do krawędzi kosmosu. Dane te, określane jako głębokość optyczna aerozolu, odnosiły się do powierzchniowych stężeń PM2,5 przy użyciu modelu transportu chemicznego GEOS-Chem, który symuluje skład atmosfery; reakcje i relacje jego różnych składników; czy sposób, w jaki poruszają się one w powietrzu.

Badacze skupili się na trzech regionach, w których istnieją rozbudowane systemy monitorowania gruntu: Ameryce Północnej, Europie i Chinach, i porównali miesięczne szacunki PM2,5 od stycznia do kwietnia w 2018, 2019 i 2020 roku.

Kiedy porównali poziomy PM2,5 w ciągu trzech lat, w poszczególnych miesiącach, które zbiegły się z fazami lockdownu każdego regionu, nie było wielu wyraźnych sygnałów dotyczących Ameryki Północnej lub Europy.

– Odkryliśmy, że najbardziej wyraźna redukcja była widoczna na Nizinie Północnochińskiej, gdzie koncentrował się najbardziej rygorystyczny lockdown – powiedziała.

Aby dowiedzieć się, czy lockdown był odpowiedzialny za ten sygnał, zespół przeprowadził „symulacje wrażliwości” za pomocą GEOS-Chem, zmieniając parametry, aby zobaczyć, który scenariusz najlepiej pasuje do rzeczywistości.

Przeprowadzili symulację scenariusza, w którym emisje były utrzymywane na stałym poziomie, a zjawiska meteorologiczne była wyłącznie odpowiedzialna za zmiany z roku na rok w PM2,5.

– Odkryliśmy, że to wyjaśnia dużą część różnic, które widzieliśmy – powiedział Hammer. 

Twardy lockdown i zmiany stężeń PM2,5 

Naukowcy przeprowadzili również symulację, w której ograniczyli emisje związane z transportem oraz z innymi źródłami NO2, odzwierciedlając lockdown, gdy mniej ludzi jeździło samochodem i mniej zakładów przemysłowych działało.

– Samo w sobie, to właściwie wcale nie wyjaśniało wiele – powiedział Hammer. –  Ale łącząc te dwie rzeczy, właśnie wtedy wyróżniał się sygnał nad Niziną Północnochińską. 

Hammer podejrzewa, że ​​zmiana poziomów PM2,5 na Nizinie Północnochińskiej była tak uderzająca, ponieważ w „normalnych” czasach jest ona silnie zanieczyszczona działalnością człowieka.  

– Jest bardziej prawdopodobne, że zauważysz większą redukcję emisji w regionie, który ma wyższe stężenia na początku – dodał badacz.

W pewnym sensie podkreśla to istotny punkt, który na początku może nie być intuicyjny: średnie poziomy PM2,5 stale spadają w Ameryce Północnej i Europie. 

– Trudniejsze jest zakłócenie naprawdę niskich stężeń. To była swoista niespodzianka, że ​​meteorologia odgrywała tak dominującą rolę – powiedział badacz.