Cada árvore, até mesmo uma perene, pode ser um monitor de qualidade do ar. Essa é a conclusão de pesquisadores da Universidade de Utah, que mediram o magnetismo do material particulado nas agulhas de árvores perenes no campus da U. Essa medida, eles encontraram, correlacionada com a qualidade geral do ar, sugerindo que a análise das agulhas - um processo relativamente simples e de baixo custo - poderia fornecer uma alta resolução, imagem da qualidade do ar durante todo o ano.

"Onde quer que você tenha uma árvore, você tem um ponto de dados, "diz Grant Rea-Downing, doutoranda em geologia e geofísica. "Uma árvore não custa US $ 250 para implantar. Seremos capazes de mapear as distribuições de material particulado em uma resolução muito alta por um custo muito baixo."

Os resultados são publicados em GeoHealth .

Como as partículas magnéticas acabam nas folhas

Rea-Downing e seus colegas - o professor associado Pete Lippert e seus colegas estudantes de graduação Courtney Wagner e Brendon Quirk - são todos geocientistas do Departamento de Geologia e Geofísica, cujas pesquisas regulares estão em uma escala muito diferente das agulhas de pinheiro.

"Dia a dia, "Lippert diz, "movemos montanhas e fechamos bacias oceânicas usando o magnetismo das rochas para descobrir a geografia dos antigos continentes."

Em um curso intitulado "A Terra Magnética, "Lippert introduziu Rea-Downing, Wagner e Quirk aos artigos de pesquisadores do Reino Unido que mediram o magnetismo das folhas caducas para avaliar a qualidade do ar. "Eu sabia que os alunos ficariam boquiabertos com o que o estudo mostrou, e quais foram as implicações das descobertas, "Lippert diz.

O material particulado no ar vem de muitas fontes, incluindo poeira natural soprada pelo vento, poeira de freio e o subproduto da queima de combustível sólido ou fóssil.

"Isso está no ar, "Lippert diz, "e tem que sair algum dia."

Quando sai do ar um pouco, claro, cai sobre folhas de árvores e agulhas verdes. Algumas das partículas contêm ferro, com o suficiente para ser detectado pelo tipo de magnetômetros de alta precisão que Lippert usa em seu trabalho geológico. O material particulado contendo ferro no ar pode ser muito pequeno para ser visto, mas magnetismo, ele diz, é uma forma de ver o invisível.

Os jornais impressionaram o Rea-Downing, que viu a qualidade do ar de Salt Lake City em forte contraste com o ar normalmente limpo de sua costa natal, a Califórnia. Ele poderia facilmente aplicar o método no laboratório de pesquisa de Lippert.

"O tipo de colina a subir para fazer isso era bastante plano, "diz ele." Temos árvores lá fora, temos qualidade do ar sazonalmente ruim e temos um laboratório paleomagnético totalmente equipado, o que significa que eu literalmente tive que sair e arrancar algumas folhas de algumas árvores e colocá-las em um magnetômetro. "

"Não somos os primeiros a explorar o magnetismo das agulhas de pinheiro para monitorar a qualidade do ar, "Lippert diz, "mas ninguém havia tentado isso para estudar as inversões de inverno nas bacias do oeste americano."

Com o apoio financeiro do Centro de Sustentabilidade e Mudança Global da U, os pesquisadores começaram a trabalhar.

Sentinelas silvestres

A equipe selecionou quatro pinheiros austríacos no campus da U para fazer a amostragem. Três das árvores estavam em uma linha perpendicular à North Campus Drive, uma artéria do campus muito usada, com cada árvore sucessivamente mais distante da estrada. O quarto era perto do prédio da União, longe do tráfego. Eles coletaram agulhas de pinheiro duas vezes:uma em junho de 2017, após um verão de ar relativamente bom, e novamente em dezembro de 2017, durante uma das piores qualidades do ar daquele inverno.

Com sua máscara de poeira com filtragem de partículas, Wagner coletou as amostras de dezembro no que ela descreveu como uma "névoa mortal congelante, "como uma inversão de temperatura em todo o vale levou a uma névoa amarelada espessa e geada nas agulhas de pinheiro. De volta ao laboratório, a equipe cortou cuidadosamente as agulhas em segmentos curtos usando uma tesoura de cerâmica para evitar qualquer contaminação por metais e as colocou nos magnetômetros.

Um de seus experimentos revelou que a magnetização das agulhas de dezembro era quase três vezes maior do que as agulhas de junho. Outro experimento magnético, conduzido em temperaturas super baixas, sugeriu que as partículas portadoras de ferro depositadas durante a inversão são extremamente pequenas (algumas tão pequenas quanto 1/5000 da largura de um fio de cabelo humano) e descobriram que são compostas de magnetita, um mineral de ferro que, como o nome sugere, é naturalmente magnético. A equipe também examinou as agulhas em um microscópio eletrônico e confirmou que as agulhas de dezembro estavam significativamente mais sujas. A concentração, o tamanho e a composição das partículas foram todos relacionados por outros estudos aos riscos à saúde da poluição do ar.

Eles também examinaram os elementos presentes nas partículas. As quantidades de ferro na poeira correlacionadas com quantidades de outros elementos como titânio, vanádio e zircônio, "e uma variedade de outras coisas que estão associadas à poeira de freio ou à combustão de combustível fóssil, "Lippert diz.

Outros elementos nas partículas foram associados a conversores catalíticos, ele diz, que usam catalisadores químicos para desintoxicar o escapamento. "E essas concentrações, nenhuma surpresa, são mais altos perto da beira da estrada. "

A comparação das árvores a várias distâncias da estrada mostrou uma queda na concentração de partículas magnéticas em uma distância de 50 a 150 pés. Isso pode ser devido à distância dos carros, os pesquisadores dizem, mas também possivelmente à elevação, enquanto o transecto de árvores subia uma pequena colina.

Pinho artificial

Agora, a equipe juntou forças com o cientista atmosférico Gannet Hallar e o engenheiro químico Kerry Kelly para explorar outras questões levantadas pelo estudo. Eles desenvolveram um novo tipo de monitor de ar passivo - um 3D impresso, ramo de pinho artificial com agulhas para recolher as partículas. As agulhas artificiais são instaladas ao lado de agulhas naturais e podem servir como uma plataforma experimental para entender mais claramente como e quando as partículas se acomodam em agulhas perenes, os resultados podem ser comparados diretamente às medições de distribuição de partículas medidas por equipamentos nos laboratórios de Hallar e Kelly.

"Se tivermos uma chuva forte, podemos ir e coletar antes e depois da chuva e ver se esse sinal está sendo lavado toda vez que houver um evento de chuva, "Rea-Downing diz." Ou as agulhas biológicas estão realmente absorvendo material e realmente segurando aquele sinal por mais tempo do que as agulhas sintéticas? "

Com cada árvore como um ponto de dados potencial, a análise da agulha de pinheiro pode dar uma visão mais abrangente sobre o quê, quando e por que da poluição do ar em áreas urbanas, mostrando variação na qualidade do ar na escala de dezenas de pés. A análise é direta e barata, Lippert diz.

“Já temos muitas árvores na paisagem, "Lippert diz." Eles têm um custo muito baixo. Portanto, isso democratiza nossa capacidade de monitorar a poluição do ar em todo o vale. Isso é facilmente exportável para qualquer comunidade. Isso nos permite fazer mais com menos, ou essa é a nossa esperança. "