История трех загрязнителей в Чикаго: миссия NASA призвана помочь, картируя загрязнители воздуха в масштабе района

В августовский туманный день в южной части Чикаго Недра Симс Фирс собрала небольшую встречу, чтобы обсудить состояние воздуха. Рядом гудел межштатный хайвей I-94, рассекающий её район Чэтэм. Из-за семейной астмы и дыма от лесных пожаров в Канаде, накрывшего Чикаго, ей было трудно дышать. Многие её соседи не имеют кондиционеров и не могут закрыть окна от опасных мелких частиц в дыме.

Эти мелкие частицы, называемые PM2.5, более чем в 35 раз меньше песчинки и могут проникать глубоко в легочную ткань. Они ухудшают качество воздуха в районах Чикаго, которые и так непропорционально сильно подвержены воздействию выбросов ископаемого топлива. К ним относятся южные и западные районы, расположенные рядом с автомагистралями, складами и интермодальными терминалами, где сходятся грузовые поезда и грузовики. Такие объекты являются горячими точками выбросов дизельных двигателей и оксидов азота.

Жители Чикаго и нижележащих по ветру сообществ дышат вредными загрязнителями воздуха, включая PM2.5, выбросы ископаемого топлива и смог. Эти загрязнители перемещаются в атмосфере и меняются ежечасно, периодически превышая уровни, считающиеся безопасными Агентством по охране окружающей среды США (EPA).

Наблюдения в рамках STAQS

Несколько тысяч футов над домом Фирс в небе над Чикаго кружила одна из крупнейших в мире летающих лабораторий — реактивный самолет NASA DC-8. В августе 2023 года он доставил 40 исследователей и набор научных приборов для изучения загрязнения воздуха над городами и сельхозугодьями Среднего Запада.

Исследователи из NASA, NOAA и нескольких университетов собрались летом для скоординированных кампаний в городах Северной Америки. Часть миссии NASA называлась STAQS (Synergistic TEMPO Air Quality Science) и была сосредоточена на Чикаго, Нью-Йорке, Лос-Анджелесе и Торонто. В её рамках использовались два самолета Gulfstream с современными датчиками и мобильные наземные лаборатории.

Ключевыми вопросами миссии были: как загрязнители воздуха меняются и перемещаются в атмосфере, и какие сообщества подвергаются непропорционально высокому воздействию?

Новая детальная картина

Лето 2023 года стало примечательным ещё и потому, что на высоте более 22 000 миль над Землей новый прибор NASA TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution) начал сканировать планету. Это первый космический инструмент, предназначенный для непрерывного измерения дневного качества воздуха над Северной Америкой с разрешением в несколько квадратных миль. NASA и Смитсоновская астрофизическая обсерватория опубликовали первые карты данных TEMPO в августе.

TEMPO вместе с полевыми кампаниями, такими как STAQS, дают ученым более детальную картину загрязнителей воздуха, способствующих заболеваниям и преждевременной смертности в США. К ним относятся оксиды азота, аэрозоли, летучие органические соединения и парниковые газы, такие как метан и водяной пар.

Данные будут находиться в свободном доступе и особенно полезны исследователям и местным властям, работающим над решениями. «Мы надеемся, что новые подробные данные, которые мы собираем, помогут сообществам сделать их воздух безопаснее для дыхания», — сказал Барри Лефер, руководитель программы по составу тропосферы в штаб-квартире NASA.

Приземный озон, основной компонент смога, является важной целью для команды STAQS. В то время как озон высоко в атмосфере защищает Землю, приземный озон усугубляет респираторные заболевания. По данным Национальной службы погоды США, приземный озон и частицы PM2.5 ежегодно приводят к более чем 100 000 преждевременных смертей и ущербу в миллиарды долларов.

В районе Чикаго мощное влияние озера Мичиган на местную погоду и ветры заставляет шлейфы озона «путешествовать по воздушным потокам, вызывая превышение стандартов EPA в сельских сообществах за сотни миль», — отметил Лефер.

Данные для сообществ

Используя компьютерное моделирование для картирования горячих точек загрязнения воздуха в Чикаго, исследователи из Северо-Западного университета обнаружили, что районы вдоль озера Мичиган испытывают большее загрязнение приземным озоном. Районы возле автомагистралей, таких как I-94, испытывают вдвое более высокую концентрацию диоксида азота и пыли по сравнению с районами с лучшим качеством воздуха в городе.

«Наделение сообществ данными — это вопрос экологической справедливости», — сказал Дэниел Хортон, доцент кафедры наук о Земле и планетах Северо-Западного университета. Он надеется, что измерения NASA помогут найти решения, такие как электрификация тяжелых грузовиков и автобусов, и увеличение количества зеленых насаждений в городских районах.

Решение проблемы лежит в направлении ресурсов туда, где они будут наиболее эффективны, подчеркивают эксперты. Кампании вроде STAQS дают возможность определить, что именно можно контролировать и на какие источники нужно обращать внимание.

Чистый воздух как необходимость

Вернувшись в гостиную, Недра Фирс и атмосферный ученый из Аргоннской национальной лаборатории Скотт Коллис обсудили, как больше деревьев, открытых пространств и зеленых крыш могут улучшить качество воздуха в наиболее пострадавших районах. Это часть их совместного проекта CROCUS (Community Research on Climate and Urban Science), финансируемого Министерством энергетики США.

Команда CROCUS изучает климатические проблемы в городском Чикаго, сочетая научные исследования и рекомендации сообщества. Участие местных жителей критически важно для определения ключевых вопросов — от локальных наводнений до волн жары — и обеспечения прямой пользы исследований для жителей.

Для Фирс цель проста: она хочет дышать чистым воздухом в своей собственной гостиной, не закрывая окна от загрязнения. «Вы не хотите, чтобы этот загрязненный воздух был в вашем доме. Ваш дом — это ваше священное пространство, где вы можете быть счастливы и здоровы», — сказала она.