En los primeros días de la nueva epidemia de neumonía por coronavirus (COVID-19), se esperaba que las imágenes satelitales de todo el mundo mostraran un aire más limpio debido a las medidas de confinamiento impuestas por la pandemia mundial de COVID-19. Pero no todos los contaminantes están excluidos del ciclo. Para las partículas finas (PM2.5), los investigadores que utilizaron datos de la NASA descubrieron que los cambios en la meteorología oscurecían las señales de bloqueo cuando se veían desde el espacio.
Melanie Hammer, académica visitante de la Universidad de Washington en St. Louis, quien dirigió el estudio, dijo: “Intuitivamente, la gente pensaría que si hubiera un cierre total, veríamos cambios significativos dramáticos, pero en realidad no vemos eso”. cambio dramático. Es un poco sorprendente que el bloqueo no haya tenido mucho impacto en PM2.5 “.
PM2.5 es un término general para partículas sólidas o líquidas con un diámetro menor o igual a 2,5 micrones en el aire, que no son fácilmente bloqueadas por la cavidad nasal, también conocidas como partículas penetrables en los pulmones. Sus fuentes se pueden dividir en fuentes naturales y fuentes artificiales, pero la fuente más importante es la artificial. El diámetro de PM2.5 es aproximadamente una trigésima parte del grosor de un cabello humano. Estas diminutas partículas no se asentarán y solo flotarán en el aire. Cuando se inhala, aumenta el riesgo de ataque cardíaco, cáncer y una serie de otros efectos adversos para la salud humana.
Según un mapa de China elaborado por la NASA, la contaminación por partículas en el aire ha aumentado en el norte de China, mientras que ha disminuido en Beijing y las zonas costeras del este.
Los científicos combinaron los datos recopilados por las sondas de la NASA con datos de monitoreo en tierra y un innovador sistema de modelado por computadora para mapear las concentraciones de PM2.5 en China, Europa y América del Norte durante los primeros meses de la pandemia de COVID-19. Los investigadores encontraron que las diferencias estacionales en PM2.5 en los últimos años se debieron principalmente a cambios naturales en el clima, más que a las medidas de confinamiento durante la pandemia.
El nuevo estudio, publicado el 23 de junio en la revista Science Advances, integra datos de los satélites Terra y Aqua de la NASA en el programa del Sistema de Observación de la Tierra (EOS) y la entrada de modelos meteorológicos de la Oficina de Modelado y Asimilación Global (GMAO) de la NASA.
Los impactos meteorológicos analizados en el estudio incluyeron cambios en las fuentes de polvo mineral, reacciones químicas, mezcla y transferencia de calor de contaminantes atmosféricos bajo la exposición a la luz solar y la eliminación de contaminantes atmosféricos por precipitación.
PM2.5 es uno de los contaminantes más complejos de estudiar debido a que su tamaño de partícula, composición y toxicidad varían ampliamente según su fuente y las condiciones ambientales.
El dióxido de nitrógeno (NO2) mostró una fuerte caída durante el cierre. El dióxido de nitrógeno es un subproducto importante de las emisiones de combustión de combustible de camiones, automóviles y otros vehículos, y las reducciones en las emisiones se pueden ver en las observaciones espaciales y terrestres. Las imágenes de fuerte smog, que alguna vez fueron la norma en todo tipo de noticias y redes sociales, se han convertido en su mayoría en imágenes de cielos despejados y azules, lo que también muestra que, en general, el COVID-19 ha provocado una reducción masiva de todos los contaminantes.
Después de que el dióxido de nitrógeno se emite a la atmósfera, puede interactuar con otros químicos en la atmósfera para formar PM2.5. Sin embargo, no existe una relación lineal entre los dos contaminantes.
Dado que las fuentes de PM2.5 y dióxido de nitrógeno suelen ser las mismas, los investigadores también han comenzado a cuestionar si las medidas de confinamiento han contribuido a la caída de PM2.5.
Los datos de los sitios de monitoreo en tierra se analizaron en el estudio sobre los cambios de PM2.5 en las primeras etapas de la epidemia. Hamer dijo que debido a la pequeña cantidad de puntos de monitoreo terrestres y las grandes distancias entre los puntos de monitoreo, estos datos de monitoreo por sí solos no pueden armar una imagen general de las concentraciones de PM2.5 en la atmósfera.
“Estábamos más interesados en estudiar los cambios en PM2.5, que es el factor de riesgo ambiental número uno para la muerte prematura en todo el mundo”, dijo Hamer. “Así que decidimos revisarlo utilizando imágenes más completas de los satélites”.
La investigación fue codirigida por Randall Martin de la Universidad de Washington en St. Louis, EE. UU., pionera en el campo de la integración de modelos y sensores remotos para estudiar contaminantes atmosféricos como PM2.5.
“Muchos países de todo el mundo no tienen monitoreo de PM2.5 en absoluto, y estas herramientas pueden proporcionar información sobre las concentraciones de PM2.5 cerca de la superficie a escala global o regional”, dijo Martin.
Para garantizar un análisis completo, el equipo de investigación se centró en las regiones con extensos sistemas de monitoreo terrestres y comparó las estimaciones mensuales de PM2.5 para enero-abril de 2018, 2019 y 2020.
Cuando los investigadores compararon tres años de concentraciones de PM 2.5 en los meses que coincidieron con la fase de cierre de cada región, encontraron que no había una señal muy clara sobre América del Norte o Europa. Las diferencias más llamativas relacionadas con el bloqueo se encuentran en China.
“La señal detectable más obvia que encontramos fue una disminución significativa en la llanura del norte de China, donde se concentraron las medidas de bloqueo más estrictas”, dijo Hamer.
Para averiguar si el bloqueo estaba causando la señal, y varias señales más pequeñas distribuidas alrededor del área bajo investigación, el equipo de investigación realizó diferentes “pruebas de sensibilidad” utilizando GEOS-Chem, un modelo de transporte químico que el equipo de Martin ayudó a desarrollar. Simulación sexual “.
Con base en las imágenes una al lado de la otra, una comparación de las observaciones de PM2.5 de China y las concentraciones de emisiones simuladas durante el período sin bloqueo muestra un patrón muy similar de aumento de las emisiones de PM2.5 en el norte de China y disminución de PM2.5 en el este de China. .
Modelaron un escenario en el que las emisiones antropogénicas de dióxido de nitrógeno se mantuvieron constantes y los cambios en la meteorología fueron la única razón de la diferencia interanual en PM2.5 durante los meses clave de confinamiento. También simularon otro escenario en el que las emisiones de los sectores relacionados con el transporte y otras fuentes antropogénicas de dióxido de nitrógeno se redujeron para reflejar menos personas conduciendo y menos sitios industriales operando durante el cierre.
Descubrieron que las simulaciones que incluían tanto la meteorología como los efectos del tráfico eran las más cercanas a las condiciones del mundo real.
Hammer dijo: “Abordar el PM2.5 es un problema muy complejo que debe tenerse en cuenta desde múltiples fuentes, no solo el hecho de que hay menos personas en la calle, sino que la reducción de las emisiones del sector del transporte por sí sola no será suficiente para contar la historia”. .complejidad.”
La mayoría de los satélites toman muestras de la atmósfera a través de columnas verticales que se extienden desde el suelo hasta el borde del espacio. Estos satélites por sí solos no pueden determinar la concentración de partículas de aire cerca de la superficie.
Los datos satelitales de la profundidad óptica del aerosol (profundidad óptica del aerosol) utilizados en este estudio se combinaron con las concentraciones de PM2.5 cerca del suelo a través del modelo GEOS-Chem. El modelo GEOS-Chem simula la composición de la atmósfera, las reacciones y relaciones entre sus diferentes componentes, y cómo se mueven horizontal y verticalmente por el aire.
El modelo es una herramienta sofisticada que ayuda a pintar una imagen más completa de la calidad del aire, dijo Ralph A. Kahn, científico investigador sénior del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA y profesor de la Universidad de Maryland.
Kahn, quien también trabajó en el estudio, dijo: “El panorama general es en realidad la firma global de la calidad del aire, especialmente donde no hay estaciones de monitoreo terrestres. Los satélites brindan una gran parte de eso, y los modelos brindan una gran parte de eso”. Una parte importante, y las mediciones en tierra también hacen una contribución importante”.
Hamer cree que los cambios en las concentraciones de PM2.5 sobre la llanura del norte de China son más pronunciados porque la región tiene niveles más altos de contaminación del aire durante los períodos “normales”.
Los nuevos conocimientos del estudio también subrayan un punto relacionado, que puede no haber sido intuitivo al principio, que las concentraciones promedio de PM2.5 en América del Norte y Europa han disminuido constantemente. Hamer dijo que los niveles de contaminación ya más bajos son más difíciles de cambiar.
