I april 2020, eftersom Delaware och stater över hela landet antog sociala distansåtgärder för att hantera folkhälsokrisen orsakad av coronaviruset (COVID-19), Professor Cristina Archer vid University of Delaware mindes att ett gäng människor berättade för henne att himlen såg blåare ut än vanligt.

Denna enkla observation fick Archer att undersöka en viktig och komplicerad forskningsfråga:Gjorde de sociala distansåtgärder som antagits i USA, och det resulterande lägre antalet personer som använder olika transportmedel, orsaka en förbättring av luftkvaliteten i hela landet?

Tyvärr, till skillnad från de som observerats tydliga, blå himmel, svaret är lite skumt.

"Bara för att folk stannade hemma och bara för att de körde mindre, det betydde inte nödvändigtvis att luftkvaliteten var bättre, "sade Archer, professor vid School of Marine Science and Policy vid UDs College of Earth, Hav och miljö (CEOE). "På vissa parametrar var luftkvaliteten bättre, men med några andra parametrar, det var inte. Och det blev faktiskt värre på många ställen."

Resultaten av studien publicerades nyligen i Bulletin of Atmospheric Science and Technology . Studien leddes av forskare vid UD, Penn State och Columbia University.

Från UD, medförfattare inkluderar doktoranderna Maryam Golbazi och Nicolas Al Fahel. Andra medförfattare till studien är Guido Cervone, professor i geografi, och meteorologi och atmosfärisk vetenskap i Penn State, och Carolynne Hultquist, en tidigare doktorand i Cervones laboratorium och nu postdoktoral forskare vid Earth Institute of Columbia University.

För att bedöma luftkvaliteten, Archer fokuserade på kvävedioxid och fina partiklar, närmare bestämt PM2.5. De två föroreningarna är federalt reglerade och är både primära och sekundära föroreningar, vilket innebär att de kan släppas ut antingen direkt till atmosfären eller indirekt från kemiska reaktioner.

Kvävedioxid avges under förbränningen av alla motorfordon och flygplan medan partiklar släpps ut från flygplan och, bland motorfordon, mestadels med dieselfordon, som kommersiella tunga diesellastbilar. Båda släpps också ut från kraftverk med fossila bränslen, även om partiklar mestadels släpps ut från kolkraftverk.

"Kvävedioxid är en bra indikator på trafiken, ", sa Archer. "Vi hade redan bevis från några preliminära tidningar i Kina att kvävedioxiden hade sjunkit avsevärt över de områden i Kina där en låsning var på plats."

Forskarna jämförde mätningar av dessa två föroreningar i april 2020 med de i april under de fem föregående åren – från 2015-2019.

De valde april eftersom i stort sett alla stater hade någon form av social distanseringsåtgärd på plats den 1 april, vilket ledde till förändringar i livsstil.

"Även i de stater där det inte fanns så många infektioner, det skedde en förändring i människors rörlighet, sa Archer.

För att kvantifiera social distansering, forskarna använde ett rörlighetsindex beräknat och distribuerat av Descartes Labs, ett prediktivt underrättelseföretag som sammanställer stora datamängder från hela världen. Deras algoritmer stod för människors maximala sträcka tillryggalagda på en dag genom att spåra användarens plats flera gånger om dagen medan de använde utvalda appar på sina smartphones.

"En av de stora osäkerheterna med att försöka förutsäga framtida luftkvalitet är hur atmosfären kommer att reagera på lägre utsläpp av vissa föroreningar, ", sa Cervone. "COVID-19 gav oss några insikter om effekterna av lägre utsläppshastigheter på miljön. Vi hade den här unika situationen som visade oss vad som händer om folk slutar köra."

Dessutom, de använde 240 markövervakningsplatser för att mäta kvävedioxid och 480 för partiklar, samt satellitdata från National Aeronautics and Space Administrations (NASA) Ozon Monitoring Instrument (OMI) för att mäta den totala troposfäriska kolumnen – det lägsta lagret av jordens atmosfär – av kvävedioxid.

Övergripande, de fann att det fanns stora, statistiskt signifikanta minskningar av kvävedioxid vid 65 % av övervakningsplatserna, med NASA OMI-satellitdata som visar en genomsnittlig minskning 2020 med 13 % över hela landet jämfört med medelvärdet för de föregående fem åren.

Partikelhalterna, dock, var inte nämnvärt lägre 2020 än under de senaste fem åren. De var också mer sannolikt att vara högre än lägre i april 2020 jämfört med de föregående fem åren.

"Inte överraskande, vi fann att luftkvaliteten förbättrades vad gäller kvävedioxid på samtliga stationer. Så fort folk började stanna hemma, trafiken minskade och luftkvaliteten var bättre för kvävedioxid, sade Archer. "Men när vi tittade på partiklar, det var nästan ingen skillnad. Det var ingen förbättring i genomsnitt med avseende på partiklar och på 24 % av platserna, April 2020 var sämre än de föregående fem åren för partikelhalter."

Golbazi upprepade dessa känslor och sa att forskarna "förväntade sig att minskningen av transporter skulle minska kvävedioxidhalterna. Men våra resultat om PM2.5 var överraskande eftersom vi lärde oss att denna skala av minskning av mänsklig rörlighet inte riktigt minskade PM2.5-koncentrationerna."

Detta är viktigt eftersom även om kvävedioxid är en föregångare till andra föroreningar, såsom troposfärisk ozonbildning och bildning av salpetersyra i surt regn, som så småningom kommer att leda till negativa effekter på människors hälsa, partiklar är farliga i sig.

Fina partiklar är en luftförorening som består av mikroskopiska partiklar som utgör en stor risk för människors hälsa eftersom de direkt kan tränga in i mänskliga lungor, blodomloppet och till och med hjärtat.

Archer sa att de arbetar med en hypotes om varför partiklar kan ha varit förhöjda medan kvävedioxiden minskade.

En möjlig förklaring är att partiklar släpps ut från dieselfordon, som sköter de flesta av landets leveranser. Medan trafiken med bensindrivna personbilar låg nere i april, dieselbilarna och den reguljära godstrafiken förändrades inte nämnvärt.

Dessutom, mer partiklar släpps ut när individer använder värme för att värma sina privata hem jämfört med kontorsutrymmen.

"På kontoret, det är mycket osannolikt att du har en spis eller en öppen spis, medan du är hemma, " sa Archer. "Och i april 2020, även om det i många stater redan är den varma årstiden, i nordost, vi hade en otroligt kall april. Så partiklar svarar förmodligen på dessa förändringar i bostadsuppvärmning såväl som på normaliteten eller till och med över normaliteten för godstrafik och dieselfordon."

Archer sa att nästa steg i forskningen är att utföra fler studier för att bekräfta deras hypotes. Dessutom, arbetet kommer att presenteras vid det kommande virtuella höstmötet för American Geophysical Union.

När det gäller de ljusa, soliga dagar observerade i Delaware i början av avstängningen i april, Archer sa att det förmodligen bara var en fråga om uppfattning.

"Folk sa till mig, 'Det verkar som om himlen är blåare, ' men det var de inte, " sa hon. "Det var nog en slump att det var några soliga och klara dagar. I Delaware, faktiskt, vår himmel var mer förorenad i april 2020 på grund av högre partikelkoncentrationer än genomsnittet."