En signalerande signatur av en spis, vanligtvis används för att laga mat eller ge värme genom att bränna ved, träkol, djurgödsel eller grödorester, är den tjocka, sotig rök som stiger från lågorna. Dess rester, svarta fläckar kvar på väggarna och kläderna och i lungorna hos människorna - vanligtvis kvinnor - som tenderar till kaminerna, är en slående påminnelse om de faror som spisarna utgör både för människors hälsa och för miljön.

Men sot är bara en del av historien när det gäller miljöpåverkan - ungefär hälften av det, det visar sig.

När temperaturen i en spis börjar sjunka, och den svarta röken blir gråvit, sot (eller svart kol) utsläpp ersätts med organiskt kol.

Forskning från McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis har avslöjat att, trots sitt vitaktiga utseende, organiska kolpartiklar absorberar lika mycket - om inte mer - solljus i atmosfären som svart kol. Och dess hälsoeffekter kan vara värre för de nästan 2,7 miljarder hushåll världen över som använder dem.

Forskningen publicerades den 14 april, 2020, frågan om Environmental Science &Technology Letters .

För att bättre förstå vilka effekter spisar har på miljön och människors hälsa, Rajan Chakrabarty, biträdande professor i energi, miljö- och kemiteknik, tog sin forskning till en förorening hotspot:Chhattisgarh, i hjärtat av lantliga centrala Indien, där spisar är en av de största utsläpparna av aerosoler och växthusgaser.

"Tidigare experiment hade utförts i ett laboratorium under kontrollerade förhållanden, som skiljer sig från vad du hittar i fältet, "Sa Chakrabarty.

Ändå har globala begränsningar och politiska strategier under 15 år påverkats av en studie från 2005 baserad på experiment som utförts i ett labb. Det dokumentet rekommenderade att kontrollera svart kol som ett sätt att mildra klimatförändringarna i den sydasiatiska regionen.

För att bättre förstå effekterna av kokspisutsläpp i fältet, Chakrabartys team gick till Chhattisgarh, mellan New Delhi och Calcutta. För två veckor, de bodde med boende på landsbygden där människor använde lera chulhas, eller spisar, att laga mat. Under tiden, de körde 30 tester, matlagning med olika bränslen:trä, jordbruksrester och nötkreatur, som alla kom lokalt.

Framgången för deras fältstudier underlättades starkt av lokal forskare och Chakrabartys mångåriga samarbetspartner, Professor Shamsh Pervez och hans forskargrupp vid Pt. Ravishankar Shukla University.

"Vi fann att verkligheten i en matlagningscykel är en blandning av svart och vit rök, "Sa Chakrabarty. Färgen svart absorberar ljus, och vitt återspeglar det. "Vi hade trott att de organiska kolen motverkade det svarta kolet, till en viss grad, "sa han." Sot absorberar, organisk spridning. "

Det de hittade var något annorlunda. Partiklarna i den vita röken absorberade ljus mycket starkt i de nära ultravioletta våglängderna. "När vi tittade under huven, "Chakrabarty sa, "de var faktiskt brunt kol." Efter avslutad analys, laget bestämde att absorptionen var lika om inte större än svart kol, vilket gör det till ett lika starkt medel för atmosfärisk uppvärmning.

Brinnande biomassa, som trä eller gödsel, är den dominerande källan till luftföroreningspartiklar i den sydasiatiska regionen, enligt Chandra Venkataraman, professor i kemiteknik vid Indian Institute of Technology Bombay. Venkataraman var den första författaren till det inflytelserika vetenskapliga arbetet 2005.

"Detta arbete gör ett nytt och avgörande fynd, med hjälp av fältmätningar av partikelutsläpp från biomassakaminer, att strålningsabsorption från den organiska kolkomponenten kan motsvara den från svart kol, " Hon sa.

Utöver dess effekter på klimatet, organiskt kol utgör också betydande hälsorisker. Många av partiklarna är så kallade polycykliska aromatiska kolväten med hög molekylvikt - föreningar av kol och väte som är etablerade cancerframkallande ämnen hos djur och som allmänt anses vara så hos människor.

Chakrabartys resultat är tillämpliga runt om i världen, som Världshälsoorganisationen rapporterar nästan hälften av världens befolkning lagar mat under öppen eld. Kokspisar finns i hem, inte bara i Indien, men runt om i världen, från Senegal till Peru till Albanien.

"Fyndet har mycket betydelsefulla konsekvenser för regional atmosfärisk uppvärmning från föroreningspartiklar som innehåller kortlivade klimatkrafter som svart och organiskt kol i samband med uppnåendet av Parisavtalets temperaturmål, "Sa Venkataraman.