Enorma rökplymer som kastas ut i atmosfären av okontrollerade skogsbränder kan påverka hälsan för människor som bor hundratals kilometer bort.

Varje år, tusentals bränder uppslukar skogar, gräsmarker och hedar över hela Europa. Under 2018, mer än 204, 861 hektar mark brändes i Europa och andra länder runt Medelhavet, medan skogsbränder förra året förstörde över 1,2 miljoner hektar. Bränder i Arktis i juni satte ett nytt rekord i koldioxidutsläpp under 18 års övervakning.

Som träden, buskar, gräs och torv uppslukas av dessa bränder, stora mängder rök, sot och andra föroreningar släpps ut i luften. Med stora bränder, röken kan stiga många kilometer in i stratosfären och spridas över hela regioner, orsakar luftföroreningar i områden långt borta från där lågorna faktiskt var.

"I östra Medelhavet får vi rök som blåser ner från skogsbränder i Ryssland och när det händer är det bara dimmig rök överallt, sa professor Athanasios Nenes, en atmosfärskemist vid Institutet för kemiteknik i Patras, Grekland. – Det kan vara ganska dramatiskt. De påverkar luftkvaliteten över hela regioner eller delar av kontinenter.'

Prof. Nenes är huvudutredare för PyroTRACH-projektet, som försöker ta reda på hur utsläpp från skogsbränder – tillsammans med andra typer av förbränning av biomassa, som hushållsbränder – förändringar i atmosfären och den påverkan detta har på människors hälsa och klimat.

Globalt, brandrök beräknas orsaka över 339, 000 förtida dödsfall per år – långt fler än de som mister livet direkt i dessa eldsvådor.

Teamet tar regelbundna luftprover på tre platser i Grekland – Kreta, Aten och Patras. Dessa kombineras med prover från samarbetspartners runt om i världen, inklusive i USA, den arktiska, Indien, Europa, Vietnam och i luften ovanför södra Atlanten.

'När du tittar på dessa prover, du kan alltid hitta många partiklar i luften, men du kan inte säga säkert om det har kommit från biomassabränning, sa prof. Nenes. "Idén bakom PyroTRACH är att se om vi kan identifiera specifika tecken på bränder och, dessutom, spåra vad som händer med röken när den åldras i atmosfären.'

Ålder

Att göra detta, forskarna använder en speciell miljökammare i laboratoriet som replikerar de förhållanden som finns i atmosfären. De genererar sedan färska rökprover genom att bränna olika typer av växtmaterial, som sedan får "åldras" i kammaren.

Med tiden kan de se hur kemin hos partiklarna i röken förändras när de utsätts för atmosfären och dagliga mönster av solljus och mörker. Bärbara kammare gör det också möjligt för dem att åldras rök direkt från riktiga bränder i den yttre miljön.

"Vi försöker förstå rökens livslängd i atmosfären och hur den kemiskt utvecklas, sa prof. Nenes. "Vi vill karakterisera vilka effekter det kommer att ha på människors hälsa och klimatet. Blir det giftigare (med åldern), eller ha en större (uppvärmnings-) effekt på klimatet (än man nu tror), eller tillföra mer näringsämnen till ekosystemen när det faller tillbaka till marken?'

En av de viktigaste upptäckterna som teamet har gjort sedan det femåriga projektet startade 2017 är att partiklar som frigörs från brinnande vegetation i skogsbränder blir mer giftiga med tiden.

Rök från skogsbränder kan ligga kvar i atmosfären i ett par veckor när den sprider sig. Medan de är i luften reagerar rökpartiklarna kemiskt med spårradikaler - molekyler med oparade elektroner - för att genomgå en process som kallas oxidation. Detta omvandlar föreningarna i rökpartiklarna till mycket reaktiva föreningar. När de andas in, dessa reaktiva föreningar – kända som fria radikaler – kan skada celler och vävnader i kroppen.

"Vi vet att det inte är bra att andas in rök när du är nära en brand, men vi har sett att det med tiden blir värre – upp till fyra gånger mer giftigt per dag på vägen, sa prof. Nenes, hänvisar till några av deras experimentresultat. Dessa resultat visade att rökprover som tagits från luften mer än fem timmar efter att de släppts från en brand var dubbelt så giftiga än när de först släpptes och när de åldrades längre i laboratoriet ökade toxiciteten till fyra gånger de ursprungliga nivåerna.

"Detta betyder att även om du är långt borta från en brand, om röken blåser mot dig, det kan ha en betydande inverkan på hälsan, ' han sa. "Folk kanske inte ens är medvetna om att de andas in ångorna från en fjärran skogsbrand, men det kommer att påverka deras hälsa.'

Hälsa

Även om de exakta hälsoeffekterna av att andas in denna rök fortfarande är helt oklart, Prof. Nenes och hans team kommer att mata in sina resultat i ett annat projekt som heter REMEDIA. Den tittar på hur luftföroreningar påverkar lungorna som en del av Human Exposome Network, som fokuserar på vad miljöexponeringar gör för människors hälsa.

Men reaktiva föreningar från brandrök tros ha ett antal hälsoeffekter på kort och lång sikt.

"De kan göra människor mer benägna för infektioner, kan leda till andningssvårigheter och göra vissa människor mer benägna att få hjärtinfarkt, sa prof. Nenes. Samtidigt innehåller rökpartiklarna också cancerframkallande ämnen – polyaromatiska kolväten – som också oxiderar och blir mer cancerframkallande, ökar risken för cancer.'

Denna ökning av toxicitet är ett särskilt problem eftersom rök från stora skogsbränder är känd för att resa över hela kontinenter och till och med hav. Rök väller från skogsbränder i Alberta, Kanada, till exempel, spårades sprida sig längs USA:s östkust, över Atlanten och in i Europa 2019. På samma sätt, rök från de nyligen förödande bränderna i Australien uppslukade Sydamerika och föroreningar från skogsbränder i Sibirien har spridit sig till västra Kanada och USA.

'Rök från skogsbrand kan cirkulera världen över, sa Dr Mike Flannigan, chef för Canadian Partnership for Wildland Fire Science vid University of Alberta. "Rök från intensiv eld kan injiceras i den övre atmosfären där starka vindar - typiskt västliga vindar - kan föra den snabbt runt världen."

Detta innebär att stora skogsbränder kan ha dramatiska effekter på luftkvaliteten och sikten i städer långt borta från rökkällan, vilket då kan förvärra luftföroreningarna i städerna, ökar risken för hälsoproblem och dödsfall bland de som bor där.

Rök

I Europa finns det i genomsnitt 65, 000 skogsbränder varje år, men regionen är också uppslukad av säsongsbetonade rökmoln från flammor längre bort också.

Under de kallare vintermånaderna bidrar inhemsk vedeldning till en betydande del av röken i atmosfären, särskilt i stadsområden, enligt prof. Nenes.

Mer arbete krävs för att förstå de många föroreningskällorna i luften. Att reda ut dessa källor är målet med Aeromet-projektet. Det utvecklar nya sätt att bättre analysera aerosoler och partiklar som förorenar luften, särskilt i städerna i Europa. För närvarande är det svårt att särskilja vilka som kommer från naturliga källor – som damm som blåses upp i luften och salt som lyfts från haven av vinden – och de som kommer från bränder, fordon, industri och andra mänskliga aktiviteter.

Att förbättra noggrannheten i hur dessa mäts och identifieras kan inte bara hjälpa myndigheter att övervaka luftföroreningar bättre, men också "potentiellt hjälpa till att identifiera kritiska enskilda partikelkällor och att föreslå lämpliga motåtgärder för att förbättra luftkvaliteten" baserat på resultaten, säger Dr Burkhard Beckhoff, koordinator för Aeromet-projektet och forskare vid Tysklands Physikalisch-Technische Bundesanstalt i Berlin.

Prof. Nenes hoppas att karakterisering av föroreningarna från skogsbränder och hushållsvedseldning skulle kunna bidra till att förbättra klimatförändringsmodellerna eftersom en del av sotet som frigörs vid bränder – känd som brunt kol – spelar en betydande roll för att absorbera värme från solen. och gör den globala uppvärmningen värre.

"De mindre bruna kolmolekylerna tenderar att bleka ganska snabbt men de större är mer motståndskraftiga, skapar en låg men ihållande värmeeffekt, ' han sa.

Att veta hur mycket av detta bruna kol som produceras i skogsbränder och inhemsk vedeldning skulle göra det möjligt för klimatforskare att göra bättre klimatförutsägelser.

Med klimatmodeller som redan förutspår att skogsbränder sannolikt kommer att bli vanligare och intensivare när den globala temperaturen ökar, och inhemsk vedeldning ökar, röken de producerar kan utgöra en ännu större risk för människors hälsa och miljön, säger prof. Nenes.

"Jag växte upp med att kunna se effekten av bränder på vår luft här i Grekland, ' han sa. – Det är alarmerande att tänka på vad vi gör mot oss själva och miljön. Men förhoppningsvis när vi förstår mer om detta, vi kan bidra till policyer som bör utvecklas för att mildra effekterna av dessa bränder.'

Forskningen i denna artikel finansierades av EU. Om du gillade den här artikeln, överväg att dela det på sociala medier.