Las agujas de hoja perenne actúan como monitores de la calidad del aire

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Peter Lippert (izquierda) y Grant Rea-Downing examinan las ramas de pino artificial que se están probando como monitores pasivos de la calidad del aire. Foto de septiembre de 2019.Crédito: Paul Gabrielsen / Universidad de Utah

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 de la materia particulada en las agujas de los árboles de hoja perenne en el campus de la U. Descubrieron que esa medición se correlacionaba 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 dólares. Podremos mapear las distribuciones de materia particulada a una resolución muy alta por muy poco costo”.

Los resultados se publican en GeoHealth.

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 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 descubrir la geografía de los antiguos continentes”.

En un curso titulado “La Tierra Magnética”, Lippert presentó a Rea-Downing, Wagner y Quirk a documentos por investigadores del Reino Unido que midieron magnetismo de hojas caducas para evaluar la calidad del aire. “Sabía que a los estudiantes les sorprendería lo que mostraba el estudio y 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 utiliza Lippert en su trabajo geológico. La materia particulada que contiene hierro en el aire puede ser demasiado pequeña para verla, pero el magnetismo, dice, es una forma de ver lo invisible.

Los periódicos 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 que había que escalar para hacer esto era bastante llana”, dice. “Tenemos árboles afuera, tenemos mala calidad del aire estacionalmente y tenemos un laboratorio paleomagnético completamente equipado, lo que significa que literalmente tuve que caminar afuera, arrancar algunas hojas de algunos árboles y pegarlas 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.

Las agujas de hoja perenne actúan como monitores de la calidad del aire

Microfotografías electrónicas de barrido de superficies de agujas de hoja perenne. Las imágenes de cada ubicación se muestran tanto durante la no inversión (izquierda) como durante la inversión (derecha). Crédito: Universidad de Utah

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 del edificio Union, 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 pequeñas como 1/5000 del ancho de un cabello humano) y encontró que están compuestas 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 las agujas de diciembre 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 correlacionan 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 utilizan catalizadores químicos para desintoxicar los gases de escape. “Y esas concentraciones, no es de extrañar, son más altas cerca 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 autos, dicen los investigadores, pero también posiblemente a la elevación, ya que el transecto de árboles subió una ligera 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 3D con agujas para atrapar partículas. Las agujas artificiales se instalan junto con las agujas naturales y pueden servir como una plataforma experimental para comprender más claramente cómo y cuándo se depositan las partículas en las agujas de hoja perenne; los resultados se 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 simplemente desaparece cada vez que hay un evento de lluvia”, dice Rea-Downing. “¿O las agujas biológicas absorben material y retienen esa señal durante más tiempo que las agujas sintéticas?”

Con cada árbol como un punto de datos potencial, el pino aguja El análisis podría dar una idea más completa del qué, cuándo y por qué de la contaminación del aire en áreas urbanas, mostrando variaciones en la calidad del aire en una escala de decenas de pies. El análisis es sencillo y económico, dice Lippert.

“Tenemos muchos arboles ya en el paisaje “, dice Lippert.” Son un costo bastante bajo. Entonces, 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 “.


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Más información:
Grant Rea ‐ Downing et al, magnetización de aguja Evergreen como un sustituto de la contaminación por partículas en entornos urbanos, GeoHealth (2020). DOI: 10.1029 / 2020GH000286

Proporcionado por
Universidad de Utah

Citación: Las agujas de hoja perenne actúan como monitores de la calidad del aire (2020, 16 de septiembre) recuperado el 16 de septiembre de 2020 de https://phys.org/news/2020-09-evergreen-needles-air-quality.html

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