A equipe de pesquisa de Mark Zondlo rastreou gases de efeito estufa e poluentes do ar nas ruas de Pequim e Nova York, em torno dos poços de gás da Pensilvânia, e perto de confinamentos de animais no Colorado e na Califórnia.

Esses experimentos normalmente levam seis meses de planejamento, mas este ano o laboratório se preparou rapidamente para uma missão urgente:monitorar a qualidade do ar na Grande Ilha do Havaí durante a grande erupção do vulcão Kilauea. Entre maio e agosto, fluxos de lava destruíram cerca de 700 casas. Cerca de 2, 500 residentes evacuaram áreas próximas às fissuras ativas, e muitos tiveram problemas respiratórios devido às cinzas e gases vulcânicos.

"Esta foi uma oportunidade de fazer algo útil, "disse Zondlo, professor associado do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental de Princeton e diretor associado de parcerias externas do Centro Andlinger de Energia e Meio Ambiente. Zondlo foi solicitado a fazer medições durante a erupção na qualidade de membro da Equipe de Ciências Aplicadas de Saúde e Qualidade do Ar da NASA (HAQAST), que ajuda as agências de saúde pública e qualidade do ar a usar os dados de satélite da NASA.

Os dados e análises da equipe ajudarão as autoridades de saúde pública e cientistas a entender melhor como os vulcões influenciam a qualidade do ar e como as mudanças na qualidade do ar podem estar associadas a efeitos na saúde.

Entre os gases vulcânicos, o dióxido de enxofre representa o risco mais significativo para a saúde pública; pode irritar os olhos, pele e sistema respiratório. Combinado com outras moléculas na atmosfera, o dióxido de enxofre forma partículas finas que podem viajar profundamente para os pulmões:"Ele atinge você de duas maneiras, "disse Zondlo. O dióxido de enxofre é um componente chave da vog, a névoa vulcânica que geralmente reduz a visibilidade no Havaí.

Como parte de um projeto chamado Princeton Atmospheric Chemistry Experiment (PACE), em 2013 e 2014, o grupo de Zondlo desenvolveu e operou um conjunto de sensores de gás que detectam dióxido de carbono, metano, amônia e outros poluentes. Os sensores, montado em cima de carros e alimentado por baterias de carro, são mais transportáveis ​​e usam menos energia do que a maioria dos sistemas de monitoramento. Os sensores usam lasers que emitem luz em comprimentos de onda infravermelho próximo e infravermelho médio, desenvolvido no Centro de Tecnologias de Infravermelho Médio para Saúde e Meio Ambiente de Princeton.

Cada sensor é ajustado para um comprimento de onda de luz específico com base na molécula que foi projetado para detectar. O projeto do Havaí foi a primeira vez que o laboratório usou um sensor móvel para medir os níveis de dióxido de enxofre. Antes da viagem, os pesquisadores modificaram um sensor de amônia, um poluente comum da atividade agrícola, para medir o dióxido de enxofre.

A equipe chamou seu projeto do Havaí de Laboratório de Análise de Vog Atmosférico, ou LAVA. Enquanto dirige pela 4, Ilha de 000 milhas quadradas por três semanas, os pesquisadores registraram medições contínuas de sete poluentes atmosféricos, bem como dados meteorológicos sobre a velocidade e direção do vento, temperatura e umidade.

Um dos principais objetivos do esforço era complementar e preencher lacunas nos dados de imagens de satélite e nas redes de estações de monitoramento terrestre da ilha. Muitas áreas povoadas estão longe de estações de monitoramento terrestre, e embora os dados de satélite possam fornecer informações úteis em grandes escalas espaciais, essas medições podem não refletir a qualidade do ar experimentada pelos residentes.

"As emissões do vulcão são lançadas na atmosfera, "disse Zondlo. No caso do dióxido de enxofre, dados de satélite têm dificuldade em resolver concentrações em diferentes alturas, "para que a pluma [de gás vulcânico] pudesse ser elevada bem acima da superfície, e a qualidade do ar pode ser perfeitamente boa na superfície. É por isso que precisamos de redes de superfície. "

Durante julho e agosto, cada membro do laboratório de Zondlo viajou para o Havaí para se juntar ao projeto, incluindo cinco alunos de pós-graduação, dois membros da equipe, um estudante pesquisador de verão e um professor do ensino médio que trabalhou no laboratório por vários anos. A equipe trabalhou em três turnos sobrepostos enquanto se hospedava em uma casa alugada perto de Pāhoa, no extremo leste da ilha, cerca de 20 milhas ao sul da cidade de Hilo e 10 milhas da fissura em erupção mais ativa do vulcão.

"Foi desconfortavelmente incrível, "disse Zondlo." Da casa, você podia ver o laze [névoa de lava] da lava atingindo o oceano. À noite, você veria esta enorme pluma laranja no céu com toda a lava refletida nas nuvens e na fumaça. "

Cada noite, a equipe planejou a rota de amostragem do dia seguinte, consultando o modelo de vog da Universidade do Havaí, que combina estimativas de emissões de vulcão com previsões de vento para prever quais regiões têm probabilidade de ter as maiores concentrações de dióxido de enxofre e partículas finas. Eles também revisaram as observações iniciais da equipe que havia acabado de concluir a amostragem de campo naquele mesmo dia.

Com a ajuda do escritório de Procurement Services de Princeton, Zondlo ganhou acesso a um Chevrolet Bolt totalmente elétrico - o mesmo tipo de veículo que sua equipe usa para estudos de monitoramento móvel em Princeton e na cidade de Nova York. Ter um carro elétrico é útil porque o escapamento de um carro movido a gasolina interfere nas medições dos sensores.

Em grupos de três, os pesquisadores passaram até oito horas por dia dirigindo pela ilha, cobrindo grandes trechos da costa, bem como a Saddle Road que atravessa a ilha e sobe a uma altitude de mais de 6, 000 pés ao contornar a encosta do vulcão adormecido Mauna Kea. Eles fizeram intervalos para recarregar a bateria do carro, e às vezes tinha que parar de dirigir devido às fortes chuvas comuns na Ilha Grande, disseram Da Pan e Levi Golston, dois alunos de pós-graduação no laboratório de Zondlo.

Inesperadamente, a erupção do Kilauea parou dramaticamente poucos dias após o grupo começar a amostragem. "Nossa ideia de medir altas concentrações a favor do vento da fonte, a alguns quilômetros de distância, meio que saiu pela janela, "disse Golston.

O trabalho da equipe também foi interrompido pelo furacão Lane, que causou graves inundações na Ilha Grande no final de agosto. Embora o momento tenha sido um tanto decepcionante, disse Zondlo, "Cientificamente é provavelmente muito mais interessante do que se tivéssemos medido um monte de vog continuamente por 22 dias."

"A qualidade do ar não melhorou instantaneamente à medida que a lava mais antiga fluía para o oceano e algumas emissões ainda ocorriam, "ele notou." Então, foi bom que realmente medimos essa transição. "

Como os ventos alísios varrem o oeste ou sudoeste do Havaí, a costa oeste e a ponta sul da ilha - áreas a até 160 quilômetros de distância do vulcão - tendem a apresentar baixa qualidade do ar durante uma erupção ativa, um fenômeno que o grupo de Zondlo procurou documentar em detalhes. Notavelmente, em meados de agosto, o lado oeste da ilha desfrutou de um dos ares mais limpos em uma década, fornecendo uma linha de base para informar a análise do laboratório, Zondlo disse.

Agora, a equipe está trabalhando para integrar seus dados de amostragem móvel com informações de estações terrestres e imagens de satélite. Eles planejam criar um mapa dos gradientes da qualidade do ar sob cada condição de vento para entender melhor os níveis de poluição com base nos dados disponíveis durante a erupção em maio, Junho e julho.

"Cada conjunto de dados tem seus desafios e vantagens exclusivos, e se você puder tirar o melhor de todos eles, terá uma imagem muito mais completa e precisa, "disse Zondlo.

Por meio de sua conexão com o Programa de Ciências Aplicadas da NASA, Zondlo apresentará as descobertas de seu laboratório para agências de qualidade do ar e saúde pública. With high-resolution maps of air quality, epidemiologists may be able to examine associations between pollution levels and hospital admissions for respiratory and cardiovascular problems. Previous studies have shown that elevated levels of fine particles, which often occurred on the Big Island during the eruption, negatively impact health, said Zondlo.

"The State of Hawaii Clean Air Branch has a fairly small air quality program relative to more populous states, " explained Tom Moore, Air Quality Program Manager for the Western Regional Air Partnership, a consortium of 15 Western states that includes Hawaii. "The ability of experts like Mark and others to go out and make ground measurements, and then connect satellite and ground data—that very activity is important. It provides a kind of calibration point, " added Moore, who helped facilitate project efforts through NASA's HAQAST program.

Em última análise, Zondlo hopes the conclusions from this project can help researchers and public officials use satellite data to better understand air quality during any volcanic eruption. He noted that at the same time as Kilauea was wreaking havoc on Hawaii, in early June a violent eruption of Guatemala's Fuego volcano killed at least 75 people and compromised air quality for thousands.

"Can this be expanded more generally to other volcanoes across the world?" asked Zondlo. While Hawaii's air quality monitoring network may be less than ideal, ele disse, it is better than networks in many parts of the globe. "We want to use satellites to help understand where and when people should be concerned during a volcanic eruption, " ele disse.