Horned Larks från The Field Museums samlingar, med gråa fåglar från sekelskiftet och renare fåglar från senare år då det var mindre sot i atmosfären. Kredit:(c) Carl Fuldner och Shane DuBay, University of Chicago och The Field Museum
Horned Larks är söta små sångfåglar med vita magar och gula hakor - åtminstone, nu är de det. För hundra år sedan, på höjden av urban rökförorening i USA, deras bleka fjädrar färgades mörkgrå av sotet i atmosfären. Ett nytt papper i Proceedings of the National Academy of Sciences visar att missfärgning av fåglar i museisamlingar kan användas för att spåra mängden svart kol i luften över tid och miljöpolitikens effekter på föroreningar.
"Sotet på dessa fåglars fjädrar gjorde att vi kunde spåra mängden svart kol i luften över tiden, och vi fann att luften vid sekelskiftet var ännu mer förorenad än vad forskare tidigare trodde, " säger Shane DuBay, en doktorand vid The Field Museum och University of Chicago och en av författarna till studien. Han och medförfattaren Carl Fuldner, också doktorand vid UChicago, analyserat över tusen fåglar som samlats in under de senaste 135 åren för att bestämma och kvantifiera effekterna av sot i luften över städer i rostbältet.
"Om du tittar på Chicago idag, himlen är blå. Men när du tittar på bilder från Peking och Dehli, du får en känsla för hur amerikanska städer som Chicago och Pittsburgh var en gång, " säger DuBay. "Med museisamlingar, vi kunde rekonstruera den historien."
Ornitologer vid Fältmuseet har länge vetat att fågelexemplar i samlingen från tidigt 1900-tal var synbart mörkare än väntat, och atmosfäriskt sot var den misstänkte.
"När du rör dessa fåglar, du får spår av sot på händerna. Vi skulle bära vita handskar när vi hanterade dem, och handskarna skulle bli fläckiga, som när du får bläck på fingertopparna när du läser en tidning, " säger DuBay. Det beror på att sotet i luften höll fast vid fåglarnas fjädrar som damm på en fjäderdammsugare. "Dessa fåglar fungerade som luftfilter som rörde sig genom miljön, " tillägger DuBay.
Fältsparvar från Fältmuseets samlingar, med gråa fåglar från sekelskiftet och renare fåglar från senare år då det var mindre sot i atmosfären. Kredit:(c) Carl Fuldner och Shane DuBay, University of Chicago och The Field Museum
Fåglar var också idealiska kandidater för studien eftersom de smälter och odlar en ny uppsättning fjädrar varje år, vilket innebär att sotet på dem bara hade samlats under det senaste året när de samlades in. Och det fanns en uppenbar trend:gamla fåglar var smutsigare, och nya fåglar var renare.
För att mäta förändringarna i sotighet under åren, DuBay och Fuldner vände sig till ett nytt tillvägagångssätt:fotografera fåglarna och mäta ljuset som reflekteras från dem. Fuldner, en fotohistoriker som fokuserar på bilder av miljön, arbetat med DuBay för att utveckla en metod för att analysera fåglarna med hjälp av fotografi. Fåglarna fotograferade, över tusen, var alla från fem arter som häckar i tillverkningsbältet och har massor av vita fjädrar som visade upp sotet.
Bilderna, som skildrar kontrasten mellan de smutsiga grå fåglarna och de rena vita, är dramatiska. "Fotografierna ger projektet en visceral dimension - du gör en koppling till bilderna, säger Fuldner.
DuBay och Fuldner ritade ut mängden ljus som studsade från fåglarnas fjädrar enligt det år som fåglarna samlades in. För att förstå deras resultat, forskarparet grävde sedan ner i den sociala historien om luftföroreningar i städerna.
"Förändringarna i fåglarna återspeglar ansträngningar, först på stadsnivå men så småningom växande till en nationell rörelse, för att lösa rökproblemet, " säger Fuldner. "Vi kan faktiskt gå tillbaka och se hur effektiva vissa politiska tillvägagångssätt var."
"Vi blev förvånade över den precision vi kunde uppnå, " säger DuBay. "Sotet på fåglarna följer noga användningen av kol över tiden. Under den stora depressionen, det är en kraftig nedgång i svart kol på fåglarna eftersom kolkonsumtionen minskade - när vi såg det, det klickade." Mängden sot på fåglarna återhämtade sig runt andra världskriget, när tillverkningen i krigstid drev upp kolanvändningen, och hoppade av snabbt efter kriget, runt när människor i rostbältet började värma upp sina hem med naturgas som leds in från väst snarare än med kol.
Horned Larks från The Field Museums samlingar, med grå fågel från sekelskiftet och renare fågel från senare år då det var mindre sot i atmosfären. Kredit:(c) Carl Fuldner och Shane DuBay, University of Chicago och The Field Museum
"Det faktum att de nyare fåglarna är renare betyder inte att vi är klara, "DuBay noterar. "Medan USA släpper ut mycket mindre svart kol i atmosfären än vad vi brukade, vi fortsätter att pumpa in mindre iögonfallande föroreningar i vår atmosfär – dessa föroreningar är helt enkelt inte lika synliga som sot. Plus, många människor runt om i världen upplever fortfarande sotkvävd luft i sina städer."
Analys av atmosfäriskt svart kol kan hjälpa forskare att studera klimatförändringar. "Vi vet att svart kol är ett kraftfullt medel för klimatförändringar, och vid sekelskiftet, nivåerna av svart kol var sämre än man tidigare trott, " säger DuBay. "Jag hoppas att dessa resultat kommer att hjälpa klimat- och atmosfärsforskare att bättre förstå effekterna av svart kol på klimatet."
Och för både DuBay och Fuldner, att kunna tillämpa sin forskning utanför sina respektive områden av evolutionsbiologi och fotografisk historia var både oväntat och givande.
"Som historiker, en av de frågor jag alltid ställer är, "Vad är poängen med den här forskningen för hur vi lever nu?" I det här fallet blev svaret snabbt klart, ", säger Fuldner. "Att fylla i ett tomt utrymme i det historiska dokumentet om något så stort som luftföroreningar i amerikanska städer, och att kunna dela det med atmosfärsforskare som studerar effekterna av svart kol på klimatet, är extraordinärt."
"Denna studie visar en vändpunkt när vi gick bort från att bränna smutsigt kol, och idag, vi befinner oss i ett liknande avgörande ögonblick med fossila bränslen, " säger DuBay. "I mitten av 1900-talet, vi gjorde en investering i infrastruktur och reglerade bränslekällor – förhoppningsvis, vi kan ta den lärdomen och göra en liknande övergång nu till mer hållbart, förnybara energikällor som är mer effektiva och mindre skadliga för vår miljö."
DuBay noterar att förutom de miljömässiga konsekvenserna av projektet, deras arbete visar också vikten av museisamlingar som de de använde från The Field Museum i Chicago, Carnegie Museum of Natural History i Pittsburgh, och University of Michigan Museum of Zoology i Ann Arbor. "Jag hoppas att den här studien avslöjar samlingar som en värdefull resurs för att ta itu med dagens miljöproblem, " säger DuBay. "Denna tidning visar hur naturhistoriska samlingar kan användas, understryka värdet i samlingar och i att fortsätta bygga samlingar, för att hjälpa oss att förbättra vår förståelse av mänsklig påverkan på den naturliga världen."
