Черный углерод — самый опасный загрязнитель воздуха, о котором вы никогда не слышали. Два его основных источника — выхлопные газы дизельных двигателей и древесный дым от лесных пожаров и отопления домов — производят ультрамелкие частицы воздуха, которые в 25 раз более опасны для здоровья на единицу массы по сравнению с другими типами твердых частиц.

Несмотря на свою опасность, черный углерод недостаточно изучен из-за отсутствия оборудования для мониторинга. Датчики, соответствующие нормативным стандартам, чрезвычайно дороги в развертывании и обслуживании, что приводит к скудному покрытию в регионах, печально известных плохим качеством воздуха, таких как крупный мегаполис Солт-Лейк-Сити в штате Юта.

Исследование, проведенное Университетом штата Юта, показало, что портативный и более доступный датчик AethLabs microAeth MA350 регистрирует концентрацию черного углерода так же точно, как и Aerosol Magee Scientific AE33, наиболее широко используемый прибор для мониторинга черного углерода в режиме реального времени.

Исследователи разместили портативную технологию рядом с существующим нормативным датчиком на объекте Отдела качества воздуха Баунтифул, штат Юта, с 30 августа 2021 г. по август 2021 г. 8 ноября 2022 г. Технология AethLabs зафиксировала почти одинаковые количества черного углерода в ежедневном, ежемесячном и сезонном масштабах. Авторы также показали, что microAeth может различать источники лесного пожара и дорожного движения, а также AE33 в более длительных временных масштабах.

Поскольку черный углерод остается близко к источнику, оборудование должно быть локализовано, чтобы получать точные показания. Портативность microAethsensor позволит осуществлять мониторинг на удаленных или недоступных стационарных объектах, а также для мобильного использования.

«Иметь лучшее представление о воздействии черного углерода в различных областях — это вопрос экологической справедливости», — сказал Дэниел Мендоса, доцент кафедры атмосферных наук в Университете Юты и ведущий автор исследования. «В западной части долины Соленого озера качество воздуха одно из худших в регионе, отчасти потому, что оно находится ближе всего к источникам загрязнения, но у нас нет возможности точно измерять концентрацию черного углерода. Демократизация данных с помощью надежных и надежных датчиков является важным первым шагом на пути к защите всех сообществ. от опасного загрязнения воздуха».

Исследование было опубликовано 1 февраля 2024 года в журнале Датчики.

Во тьме

Загрязнители черным углеродом представляют собой тип мелких твердых частиц (PM2,5), класс частиц воздуха, достаточно маленьких, чтобы их можно было вдыхать в легкие и всасывать в кровоток. Черный углерод — это настоящая сажа, которая образуется, когда углеводороды не сгорают полностью, и, как было показано, мигрирует в сердце, мозг, ткани плода и другие биологические системы.

«Сочетание увеличения количества лесных пожаров, вызванных антропогенным изменением климата, и устойчивого роста населения вдоль фронта Уосатч в ближайшие десятилетия приведет к новым проблемам загрязнения, с которыми придется столкнуться Юте», — сказал Эрик Кросман, доцент кафедры экологических наук в Западно-Техасском университете A&M. и соавтор исследования. «Портативный «микро» эталометр MA350 можно использовать для создания более качественной сети пространственных наблюдений с точными, но более дешевыми датчиками черного углерода по всему региону».

Хотя исследования показывают, что воздействие черного углерода в 10–25 раз более опасно для здоровья органов дыхания и сердечно-сосудистой системы, чем воздействие других PM2,5, долгосрочные последствия для здоровья в значительной степени неизвестны. Точная сеть наблюдения является первым шагом к установлению риска заболеваний и созданию эффективной политики общественного здравоохранения. Это исследование, финансируемое корпорацией Солт-Лейк-Сити, направлено на то, чтобы помочь регионам с плохим качеством воздуха установить базовый уровень распределения черного углерода.

«Очень важно, чтобы мы нацелили наши измерения на выявление крупнейших и наиболее важных источников черного углерода», — сказал Дрю Хилл, соавтор исследования, который возглавляет науку о данных и прикладные исследования в AethLabs. «Мы добавили функцию, основанную на физических принципах, которая позволяет в режиме реального времени оценивать количество измеренного количества черного углерода, образующегося при сжигании ископаемого топлива, по сравнению с сжиганием древесины, чтобы позволить исследователям и политикам триангулировать такие источники».

Убедившись в точности портативного датчика и его региональной значимости, исследователи измеряют уровни черного углерода в долине Соленого озера, в том числе тестируют концентрации внутри школьных зданий.

«Во-первых, вам нужно получить показания. В некоторых районах вы можете посмотреть концентрацию качества воздуха, а затем посмотреть уровень заболеваемости раком или другими заболеваниями в этом районе», — сказал Мендоса, который также является адъюнкт-профессором на кафедре легочной медицины. в Университете здравоохранения штата Юта. «Получая измерения с высокой степенью точности, теперь мы можем действительно подумать о здравоохранении и политических мерах, чтобы действительно защитить здоровье легких каждого».