Cada árbol, incluso uno de hoja perenne, puede ser un monitor de calidad del aire. Esa es la conclusión de los investigadores de la Universidad de Utah que midieron el magnetismo del material particulado en las agujas de los árboles de hoja perenne en el campus de la U. Esa medida, encontraron,correlacionados con la calidad general del aire, lo que sugiere que el análisis de las agujas, un proceso relativamente simple y de bajo costo, podría proporcionar una imagen de alta resolución de la calidad del aire durante todo el año.
"Dondequiera que tenga un árbol, tendrá un punto de datos", dice Grant Rea-Downing, estudiante de doctorado en geología y geofísica. "Implementar un árbol no cuesta $ 250. Podremos mapear las distribuciones de material particuladoa una resolución muy alta por muy poco costo ".
Cómo terminan las partículas magnéticas en las hojas
Rea-Downing y sus colegas, el profesor asociado Pete Lippert y sus compañeros estudiantes de posgrado Courtney Wagner y Brendon Quirk, son todos geocientíficos del Departamento de Geología y Geofísica cuya investigación regular se realiza en una escala muy diferente a la de las agujas de pino.
"Día a día", dice Lippert, "movemos montañas y cerramos las cuencas oceánicas utilizando el magnetismo de las rocas para averiguar la geografía de los antiguos continentes".
En un curso titulado "La Tierra Magnética", Lippert presentó a Rea-Downing, Wagner y Quirk los artículos de investigadores del Reino Unido que midieron el magnetismo de las hojas de hoja caduca para evaluar la calidad del aire. "Sabía que a los estudiantes les volarían la cabezapor lo que mostró el estudio y cuáles fueron las implicaciones de los hallazgos ", dice Lippert.
El material particulado en el aire proviene de muchas fuentes, incluido el polvo natural arrastrado por el viento, el polvo de los frenos y el subproducto de la quema de combustibles sólidos o fósiles.
"Eso está en el aire", dice Lippert, "y tiene que salir en algún momento".
Cuando cae del aire, una parte, por supuesto, cae sobre las hojas de los árboles y las agujas de hoja perenne. Algunas de las partículas contienen hierro, con suficiente para ser detectable por el tipo de magnetómetros de alta precisión que Lippert utiliza en sus estudios geológicos.El material particulado que contiene hierro en el aire puede ser demasiado pequeño para verlo, pero el magnetismo, dice, es una forma de ver lo invisible.
Los artículos impresionaron a Rea-Downing, quien vio la calidad del aire de Salt Lake City en marcado contraste con el aire normalmente limpio de su nativa costa de California. Podría aplicar fácilmente el método en el laboratorio de investigación de Lippert.
"El tipo de colina para escalar para hacer esto era bastante plana", dice. "Tenemos árboles afuera, tenemos una mala calidad del aire estacionalmente y tenemos un laboratorio paleomagnético completamente equipado, lo que significa que literalmente solo tuve quecamina afuera y arranca algunas hojas de algunos árboles y pégalas en un magnetómetro ".
"No somos los primeros en explorar el magnetismo de las agujas de pino para monitorear la calidad del aire", dice Lippert, "pero nadie había intentado esto para estudiar las inversiones invernales en las cuencas del oeste estadounidense".
Con el apoyo financiero del Centro de Sostenibilidad y Cambio Global de la U, los investigadores se pusieron a trabajar.
centinelas Sylvan
El equipo seleccionó cuatro pinos austriacos en el campus de la U para tomar muestras. Tres de los árboles estaban en una línea perpendicular a North Campus Drive, una arteria del campus muy utilizada, con cada árbol sucesivamente más lejos de la carretera. El cuarto estaba cerca de laEdificio sindical, lejos del tráfico. Recolectaron agujas de pino dos veces: una en junio de 2017 después de un verano de aire relativamente bueno y nuevamente en diciembre de 2017 durante la peor calidad de aire de ese invierno.
Con su máscara antipolvo que filtra partículas, Wagner recogió las muestras de diciembre en lo que describió como una "niebla mortal helada", ya que una inversión de temperatura en todo el valle había provocado una espesa niebla amarillenta y escarcha en las agujas de los pinos.De vuelta en el laboratorio, el equipo cortó cuidadosamente las agujas en segmentos cortos con tijeras de cerámica para evitar cualquier contaminación por metales y las puso en los magnetómetros.
Uno de sus experimentos reveló que la magnetización de las agujas de diciembre era casi tres veces mayor que la de las agujas de junio. Otro experimento magnético, realizado a temperaturas superbajas, sugirió que las partículas que contienen hierro depositadas durante la inversión son extremadamente pequeñas algunas tan pequeñascomo 1/5000 del ancho de un cabello humano y encontraron que están compuestos de magnetita, un mineral de hierro que, como su nombre indica, es naturalmente magnético. El equipo también examinó las agujas con un microscopio electrónico y confirmó que elLas agujas estaban significativamente más sucias. Otros estudios han relacionado la concentración, el tamaño y la composición de las partículas con los riesgos para la salud de la contaminación del aire.
También observaron los elementos presentes en las partículas. Las cantidades de hierro en el polvo se correlacionaron con cantidades de otros elementos como titanio, vanadio y circonio "y una variedad de otras cosas que están asociadas con el polvo de frenos o la combustión de combustibles fósiles.", Dice Lippert.
Otros elementos en las partículas se asociaron con convertidores catalíticos, dice, que usan catalizadores químicos para desintoxicar los gases de escape. "Y esas concentraciones, no es de extrañar, son más altas cerca del borde de la carretera".
La comparación de los árboles a varias distancias de la carretera mostró una caída en la concentración de partículas magnéticas en una distancia de 50 a 150 pies. Eso puede deberse a la distancia de los automóviles, dicen los investigadores, pero también posiblemente a la elevación, cuando el transecto de árboles subió una pequeña colina.
pino artificial
Ahora el equipo ha unido fuerzas con el científico atmosférico Gannet Hallar y el ingeniero químico Kerry Kelly para explorar otras preguntas que planteó el estudio. Desarrollaron un nuevo tipo de monitor de aire pasivo: una rama de pino artificial impresa en 3-D con agujas paraLas agujas artificiales se instalan junto con las agujas naturales y pueden servir como una plataforma experimental para comprender más claramente cómo y cuándo las partículas se asientan en las agujas de hoja perenne, los resultados pueden comparar directamente con las mediciones de la distribución de partículas medidas por equipos en los laboratorios de Hallar y Kelly.
"Si tenemos una lluvia fuerte, podemos ir y recolectar antes y después de esa lluvia y ver si esta señal se está borrando cada vez que hay un evento de lluvia", dice Rea-Downing. "O son las agujas biológicas en realidadabsorbiendo material y manteniendo esa señal durante más tiempo que las agujas sintéticas? "
Con cada árbol como un punto de datos potencial, el análisis de agujas de pino podría brindar una visión más completa del qué, cuándo y por qué de la contaminación del aire en las áreas urbanas, mostrando la variación en la calidad del aire en una escala de decenas de pies. El análisis essencillo y económico, dice Lippert.
"Ya tenemos muchos árboles en el paisaje", dice Lippert. Son un costo bastante bajo. Esto democratiza nuestra capacidad de monitorear la contaminación del aire en todo el valle. Esto se puede exportar fácilmente a cualquier comunidad.nos permite hacer más con menos, o esa es nuestra esperanza ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Original escrito por Paul Gabrielsen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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