USA: strumenti all'avanguardia per una ricerca sulla qualità dell'aria

Negli Stati Uniti scienziati della NOAA, della NASA e di 21 università hanno messo in campo strumenti all’avanguardia, coordinati in molteplici campagne di ricerca, per indagare su come le fonti di inquinamento atmosferico si sono evolute negli ultimi decenni.  

La riduzione dell’inquinamento negli USA

Fin dagli anni ’70, gli scienziati statunitensi e le autorità di regolamentazione ambientale hanno compiuto progressi significativi nella riduzione dell’inquinamento atmosferico, facendo in particolare diminuire le emissioni da tubi di scappamento e ciminiere.

Ciò nonostante, i livelli di due dei tipi più dannosi di inquinamento che contribuiscono alla morte prematura di oltre 100.000 americani ogni anno, sono diminuiti solamente in modo modesto:

• l’ozono troposferico,
• il particolato fine.

La ricerca congiunta

“Si tratta di un’indagine scientifica senza precedenti, per portata, scala e sofisticazione, di una minaccia alla salute pubblica che uccide persone ogni anno”, ha spiegato l’amministratore del NOAA, precisando che “nessuna agenzia o università potrebbe fare qualcosa di simile da sola.”

Nel comunicato stampa pubblicato il 3 agosto sul website istituzionale del NOAA emerge che impiegando:

• satelliti,
• velivoli di ricerca,
• veicoli,
• installazioni fisse,
• zaini strumentati,

gli scienziati stanno misurando l’inquinamento atmosferico da fonti che includono:

• trasporti,
• strutture industriali,
• agricoltura,
• incendi,
• prodotti di consumo quali vernici, pesticidi e profumi.

Come verranno esaminati i risultati

I dati verranno esaminati tramite sofisticati modelli chimici e meteorologici dagli scienziati e dall’Agenzia statunitense per la protezione dell’ambiente (EPA) nella finalità di migliorare le previsioni sull’inquinamento atmosferico.

I risultati saranno condivisi coi funzionari ambientali statali e locali in modo da essere tenuti conto nelle decisioni in ordine alle modalità più efficaci per ridurre l’inquinamento atmosferico.

I dati saranno utilizzati anche per valutare le prime osservazioni effettuate dall’innovativo strumento di collegamento fuori sede TEMPO della NASA, il primo sensore geostazionario spaziale per misurare continuamente l’inquinamento atmosferico in tutto il Nord America.

Le lezioni apprese aiuteranno lo sviluppo dei nuovi satelliti GeoXO sviluppati congiuntamente da NOAA e NASA.

Lo stato dell’arte

L’EPA, che stabilisce le normative nazionali sulla qualità dell’aria, elenca attualmente circa 200 contee degli Stati Uniti che non soddisfano lo standard sull’ozono fissato nel 2015.

Inoltre, 69 contee non soddisfano lo standard per il particolato fine, o PM2,5, stabilito 2006.

Dopo decenni di diminuzione dell’ozono troposferico e del particolato fine negli Stati Uniti, negli ultimi anni le tendenze al ribasso sono rallentate.

I progetti

Scienziati di quattro laboratori di ricerca NOAA, guidati dal Chemical Sciences Laboratory (CSL), unitamente a scienziati satellite NOAA e piloti di ricerca, stanno conducendo tre dei progetti di ricerca.

Il più grande, AEROMMA, ha scienziati e collaboratori NOAA che gestiscono 30 strumenti specializzati a bordo del laboratorio volante DC-8 della NASA, raccogliendo le misurazioni chimiche su città altamente popolate, tra cui:

• New York City,
• Chicago,
• Toronto,
• Los Angeles.

“Per fare progressi nella riduzione dell’inquinamento atmosferico che influisce negativamente su milioni di americani, dobbiamo avere una migliore comprensione delle attuali fonti di inquinanti e di cosa succede a questi inquinanti una volta che sono nell’atmosfera”, ha spiegato uno degli scienziati della missione AEROMMA.

Per decenni, le emissioni di combustibili fossili sono state la fonte primaria di composti organici volatili urbani o VOC che, insieme agli ossidi di azoto, o NOx, agiscono come precursori:

• dell’ozono troposferico,
• dell’inquinamento da particolato.

Poiché i COV del settore dei trasporti sono diminuiti, una recente ricerca del NOAA ha comprovato che i prodotti di consumo derivati ​​da combustibili fossili (cd. “prodotti chimici volatili”) possono ora contribuire fino al 50% delle emissioni totali di COV petrolchimici nelle città urbane densamente popolate.

Questi potrebbero non essere adeguatamente contabilizzati negli inventari delle emissioni o considerati nelle strategie di gestione della qualità dell’aria.

Le campagne potrebbero anche avere l’opportunità di indagare su un’ulteriore fonte emergente di inquinamento atmosferico: il fumo degli incendi che ha ricoperto gli stati del Midwest e della costa orientale nel corso di questa estate.

I ricercatori della NASA stanno anche dispiegando due dei loro velivoli di ricerca Gulfstream col DC-8, mappando la qualità dell’aria e il metano da altitudini elevate sulle 5 città mentre il DC-8 raccoglie misurazioni ad altitudini inferiori.

Analogamente agli altri progetti, i dati raccolti dalla missione STAQS della NASA saranno confrontati con le stime ad alta risoluzione di TEMPO di gas traccia e aerosol, nonché con gli inventari delle emissioni e i processi atmosferici.

“La NASA è entusiasta di collaborare con NOAA ed EPA durante queste campagne sul campo per imparare come utilizzare al meglio il satellite TEMPO per osservare i cambiamenti orari della qualità dell’aria su scala locale nel Nord America”, ha affermato Barry Lefer, scienziato del programma della NASA per la composizione troposferica.

Una missione di ricerca simultanea della NOAA, CUPiDS, utilizzerà l’aereo di ricerca Twin Otter della NOAA per concentrarsi sulla meteorologia e sulla dinamica dell’atmosfera che crea e trasporta sostanze inquinanti dall’area metropolitana di New York sottovento sopra il sud del New England.

Un altro elemento accoppia un velivolo di collegamento fuori sede Cessna con strumentazione dell’Università del Maryland e un SUV con strumentazione NOAA, il quale effettua misurazioni simultanee in aria e in superficie per meglio comprendere la distribuzione verticale dell’inquinamento atmosferico e delle emissioni di gas serra nel corridoio nord-orientale da DC-Baltimora fino a New York e Long Island Sound.

A terra, i ricercatori della Yale University, Aerodyne Research Inc. e altri collaboratori finanziati dal NOAA, effettueranno misurazioni da un sito sul tetto del campus del City College di New York, sottovento a Guilford, nel Connecticut, da una torre di ricerca di 62 metri a Long Island, in coordinamento coi voli DC-8 e Twin Otter.

L’ufficio del programma climatico della NOAA sta fornendo dei finanziamenti per questi e altri studi affiliati.

“Questa rete regionale di siti a terra ha un enorme potenziale per aiutarci a comprendere l’inquinamento atmosferico urbano e sottovento, non solo oggi, ma in un clima in continua evoluzione”, ha affermato il professore di Yale Drew Gentner, che coordina i siti a terra a New York e nel Connecticut.

A Manhattan, gli scienziati trasporteranno sensori di inquinamento atmosferico negli zaini in un progetto pilota NOAA al fine di studiare l’ozono superficiale e il PM2.5 nei quartieri scarsamente serviti di New York City, dove l’inquinamento ha un impatto diretto sulla salute umana, specialmente nel corso delle ondate di caldo.

L’obiettivo 

“Il gran numero di partecipanti, le misurazioni, la varietà di piattaforme coinvolte e il modo in cui lavorano insieme in modo altamente coreografato e coordinato è unico”, ha spiegato il direttore di CSL David Fahey, “il nostro obiettivo è una visione completa dell’inquinamento atmosferico negli Stati Uniti per migliorare le previsioni sulla qualità dell’aria urbana e regionale e promuovere la salute della nostra nazione”.