แม้จะมีการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายโดยรวมในระดับที่ต่ำกว่าจากโรงไฟฟ้าและยานพาหนะตลอดทั้งปี แต่มลพิษทางอากาศในฤดูหนาวในภาคตะวันออกของสหรัฐอเมริกายังคงสูง การศึกษาใหม่อธิบายว่าทำไม

ฤดูร้อนเคยเป็นเด็กโปสเตอร์สำหรับอนุภาคที่ประกอบด้วยหมอกควันซึ่งก่อให้เกิดโรคหอบหืด มะเร็งปอด และโรคอื่น ๆ นักวิจัยกล่าว

“ในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ระดับมลพิษทางอากาศในฤดูร้อนลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ระดับมลพิษทางอากาศในฤดูหนาวไม่ลดลง คุณภาพอากาศในฤดูร้อนเกือบจะเท่ากับฤดูหนาวในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ” Viral Shah ผู้เขียนบทความที่เกี่ยวข้อง ซึ่งทำงานเป็นส่วนหนึ่งของปริญญาเอกด้านวิทยาศาสตร์บรรยากาศที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันกล่าว "เราได้ระบุกระบวนการทางเคมีที่อธิบายความแตกต่างตามฤดูกาลเพื่อตอบสนองต่อการลดการปล่อยมลพิษ"

การศึกษาซึ่งปรากฏใน กิจการของ National Academy of Sciencesแสดงว่าอนุภาคเดินตามเส้นทางต่างๆ ในฤดูหนาว

กลิ่นหมอกควัน

ผลลัพธ์มาจากการวิเคราะห์ข้อสังเกตที่รวบรวมระหว่างแคมเปญ Wintertime Investigation of Transport, Emissions and Reactivity (WINTER) ประจำปี 2015 ระหว่างความพยายามนั้น นักวิจัยใช้เวลาหกสัปดาห์ในฤดูหนาวบินผ่านกลุ่มมลภาวะเหนือมหานครนิวยอร์ก บัลติมอร์ ซินซินนาติ โคลัมบัส พิตต์สเบิร์ก วอชิงตัน ดี.ซี. และตามโรงไฟฟ้าถ่านหินของหุบเขาแม่น้ำโอไฮโอ

“ตอนนี้เรามีเครื่องมือที่ดีกว่าในการดูว่ากลยุทธ์ใดดีที่สุดในการปรับปรุงคุณภาพอากาศในฤดูหนาว…”

อนุภาคที่ก่อตัวเป็นหมอกควันมีหลายรสชาติ สารสำคัญสองอย่างคือซัลเฟต จากซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากโรงไฟฟ้าถ่านหินเป็นหลัก และไนเตรตที่สร้างจากไนโตรเจนออกไซด์ที่เรียกรวมกันว่า NOx กฎระเบียบด้านคุณภาพอากาศได้ลดซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในสหรัฐอเมริกาลง 68 เปอร์เซ็นต์ระหว่างปี 2007-2015 และ NOx ประมาณหนึ่งในสามในช่วงเวลานั้น

ระดับอนุภาคในฤดูร้อน—เมื่อออกไซด์สองรสชาติรวมตัวกันเป็นแพ็กเก็ตที่เป็นน้ำของไนเตรตและซัลเฟตที่สร้างพระอาทิตย์ตกที่สวยงามแต่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์—ได้ลดลงในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ ประมาณหนึ่งในสามในช่วงเวลานั้น แต่ความเข้มข้นของอนุภาคในฤดูหนาวลดลงเพียงครึ่งเดียวเท่านั้น ด้วยเหตุผลที่ไม่ชัดเจน

“แบบจำลองคุณภาพอากาศที่เราใช้เพื่อทำความเข้าใจที่มาของมลพิษทางอากาศนั้นทำได้ค่อนข้างดีในฤดูร้อน แต่มีปัญหาบางอย่างในฤดูหนาว ก่อนการศึกษานี้ เราไม่สามารถทำซ้ำองค์ประกอบของอนุภาคที่สังเกตได้ในช่วงฤดูหนาว” Lyatt Jaeglé ผู้ซึ่งเป็นผู้เขียนคนที่สองของหนังสือพิมพ์และผู้วิจัยร่วมของการรณรงค์ภาคสนามกล่าว

“ตอนนี้เรามีเครื่องมือที่ดีกว่าในการดูว่ากลยุทธ์ใดดีที่สุดในการปรับปรุงคุณภาพอากาศช่วงฤดูหนาวในระดับภูมิภาคในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ และที่อื่นๆ เช่น ยุโรปและเอเชีย”

เคมีอากาศฤดูหนาว

ในฤดูร้อน NOx และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาบางส่วนยังคงอยู่ในเฟสของก๊าซและถูกแสงแดดส่องถึงหรือสะสมบนบก และส่วนที่เหลือจะก่อตัวเป็นอนุภาคในรูปของไนเตรตและซัลเฟต เมื่อส่วนผสมหลักลดลง ระดับของอนุภาคก็เช่นกัน

แต่การวิเคราะห์ใหม่แสดงให้เห็นว่าเคมีของอากาศในฤดูหนาวดำเนินไปตามเส้นทางที่ซับซ้อนกว่า ด้วยแสงแดดที่น้อยลงและอุณหภูมิที่เย็นกว่า เคมีจึงเกิดขึ้นในระยะของเหลว บนพื้นผิวของอนุภาคที่มีอยู่ หรือของเหลวและเมฆน้ำแข็ง ในช่วงนั้น เมื่อส่วนผสมหลักลดลง ประสิทธิภาพของการเปลี่ยนซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นซัลเฟตจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีสารออกซิไดซ์มากขึ้น และเมื่อซัลเฟตลดลง อนุภาคจะกลายเป็นกรดน้อยลง ทำให้ NOx เปลี่ยนเป็นไนเตรตได้ง่ายขึ้น

ดังนั้น แม้ว่ากฎระเบียบด้านคุณภาพอากาศจะลดการปล่อยมลพิษหลักทั้งสองประเภท แต่ปริมาณอนุภาคทั้งหมดที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์ก็ลดลงช้ากว่า

“ไม่ใช่ว่าการลดลงไม่ทำงาน เป็นเพียงการลดลงมีผลการยกเลิกและผลการยกเลิกมีความแข็งแกร่งที่กำหนดไว้” ชาห์ซึ่งปัจจุบันเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าว “เราจำเป็นต้องทำการลดเพิ่มเติม เมื่อการลดลงมีขนาดใหญ่กว่าเอฟเฟกต์การยกเลิก ฤดูหนาวจะเริ่มทำตัวเหมือนฤดูร้อนมากขึ้น”

คุณภาพอากาศจะเปลี่ยนไปอย่างไร?

การศึกษาคาดการณ์ว่า เว้นแต่การลดการปล่อยมลพิษจะแซงหน้าการคาดการณ์ในปัจจุบัน คุณภาพอากาศในฤดูหนาวจะค่อยๆ ดีขึ้นเรื่อยๆ จนถึงอย่างน้อยปี 2023 เท่านั้น ในอัตรานี้ จะต้องใช้เวลาหลายปีกว่าการปล่อยมลพิษจะถึงระดับเมื่อมลพิษในฤดูหนาวเริ่มลดลงเร็วขึ้น

“เอกสารนี้แสดงให้เห็นว่าการทำความเข้าใจเคมีบรรยากาศพื้นฐานที่แปลงสารก่อมลพิษปฐมภูมิให้กลายเป็นอนุภาคละเอียดมีความสำคัญต่อการปรับความคาดหวังของเราว่าการลดการปล่อยมลพิษจะบรรลุผลอย่างไร และด้วยเหตุนี้จึงจะเพิ่มประสิทธิภาพในการลดการปล่อยมลพิษในอนาคตเพื่อให้ได้รับ 'ผลตอบแทนที่คุ้มค่าที่สุด' ในแง่ของการลดความเข้มข้นของอนุภาคขนาดเล็ก” Joel Thornton ผู้เขียนคนที่สามซึ่งเป็นผู้ตรวจสอบหลักในการรณรงค์ภาคสนามกล่าว

ผลการวิจัยชี้ให้เห็นว่าการลดการปล่อยก๊าซทั้งกำมะถันและไนโตรเจนออกไซด์จะต้องเพิ่มขึ้นเพื่อปรับปรุงคุณภาพอากาศช่วงฤดูหนาวในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ และสภาพอากาศหนาวเย็นอื่นๆ

"งานวิจัยชิ้นนี้ช่วยอธิบายได้ว่าทำไมการควบคุมการปล่อยมลพิษเพื่อลดสารมลพิษทางอากาศ เช่น ซัลเฟตและไนเตรต จึงไม่ประสบความสำเร็จเท่าที่ควรในภาคตะวันออกของสหรัฐฯ ในฤดูหนาว" Sylvia Edgerton ผู้อำนวยการโครงการในแผนกบรรยากาศและบรรยากาศของ National Science Foundation กล่าว Geospace Sciences ซึ่งให้ทุนสนับสนุนการวิจัย

“การรณรงค์ภาคสนามในฤดูหนาวทำให้เกิดชุดสังเกตการณ์ฤดูหนาวที่ไม่เหมือนใคร พวกเขาแสดงให้เห็นว่าการตอบสนองทางเคมีในช่วงฤดูหนาวช่วยต่อต้านการลดมลพิษทางอากาศที่คาดว่าจะได้รับอันเนื่องมาจากการปล่อยมลพิษที่ลดลง”

ผู้เขียนร่วมเพิ่มเติมมาจากมหาวิทยาลัยวอชิงตัน จอร์เจียเทค; มหาวิทยาลัยโคโลราโดโบลเดอร์; มหาวิทยาลัยรัฐโคโลราโด; มหาวิทยาลัยแห่งรัฐ North Carolina A&T; ศูนย์วิจัยบรรยากาศแห่งชาติในโบลเดอร์; และการบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติในโบลเดอร์ มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติซึ่งได้รับการสนับสนุนอย่างเป็นรูปธรรมจากองค์การนาซ่าและการบริหารมหาสมุทรและบรรยากาศแห่งชาติได้ให้ทุนสนับสนุนงานนี้

ที่มา: มหาวิทยาลัยวอชิงตัน

หนังสือที่เกี่ยวข้อง:

at ตลาดภายในและอเมซอน