År 2020 kommer att minnas av många anledningar, inklusive dess rekordstora skogsbränder som gjorde San Franciscos himmel till en apokalyptisk nyans av rött och täckte stora delar av väst i rök i veckor i sträck.

Kalifornien upplevde fem av sina sex största bränder någonsin 2020, inklusive den första moderna "gigafire, " en löpeld som brände över 1 miljon hektar. Colorado såg sina tre största bränder någonsin.

Medan röken kan ge vackra solnedgångar, det kan också få allvarliga konsekvenser för människors hälsa.

Jag är en atmosfärskemist, och atmosfären är mitt laboratorium. När jag tittar på himlen, Jag ser en blandning av många tusen olika kemiska föreningar som interagerar med varandra och med solljus.

Reaktionerna och omvandlingarna i atmosfären gör att brandrök förändras dramatiskt när den färdas medvind, och studier har visat att det kan bli mer giftigt när det åldras. För att exakt kunna förutsäga effekterna av utsläpp av skogsbränder på populationer i medvind och utfärda mer riktade varningar för luftkvalitet när säsongerna för skogsbränder förvärras, vi måste förstå vilka kemikalier som släpps ut och hur rök förändras med tiden.

För att komma på det, mina kollegor och jag flög flygplan in i rökplymerna från några av västs stora skogsbränder.

Hur vi studerar skogsbränder

Stora skogsbränder och hur vinden bär deras rök kan inte lätt replikeras i ett laboratorium. Detta gör dem svåra att studera. Ett av de bästa sätten att lära sig om verklig brandrökskemi är att prova den direkt i atmosfären.

Under 2018 och 2019, mina kollegor och jag korsade himlen över aktiva skogsbränder i specialiserade flygplan lastade med vetenskapliga instrument. Varje instrument är designat för att prova olika delar av röken, ofta genom att bokstavligen sticka ut ett rör genom fönstret.

Brandrök är mycket mer komplex och dynamisk än vad man kan se. Den innehåller tusentals olika föreningar, de flesta är molekyler som innehåller olika mängder kol, väte, kväve- och syreatomer. Det finns gaser (enskilda molekyler) såväl som partiklar (miljontals molekyler koagulerade tillsammans).

Inget enskilt instrument kan mäta alla dessa molekyler på en gång. Faktiskt, vissa specifika föreningar är en utmaning att mäta överhuvudtaget. Många forskare, inklusive mig, ägna sina karriärer åt att designa och bygga nya instrument för att förbättra våra mätningar och fortsätta att förbättra vår förståelse av atmosfären och hur den påverkar oss.

I nypublicerad forskning från 2018 års skogsbränder, mina kollegor och jag visade hur rökpartiklarna förändrades snabbt när de fördes medvind.

En del av partiklarna höll på att avdunsta till gaser, liknar en regnpöl som avdunstar till vattenånga när solen kommer fram. På samma gång, några av gaserna i röken genomgick reaktioner för att bilda nya partiklar, liknande vattenånga som kondenserar för att bilda ett moln eller daggdroppar. Under tiden, kemiska reaktioner inträffade, förändra själva molekylerna.

Eftersom dessa molekyler reagerade med solljus och andra gaser i atmosfären, röken förvandlades i grunden. Det här är vad vi menar när forskare talar om att röken "åldras" eller blir "inaktuell" med tiden. Annan nyare forskning har börjat visa hur brandrök kan bli giftigare när den åldras.

Vad betyder alla dessa förändringar för hälsan?

Hälsoskadorna från rök beror till stor del på hur mycket PM2,5 den innehåller. Dessa är små partiklar, en bråkdel av bredden av ett människohår, som kan andas djupt ner i lungorna där de kan irritera luftvägarna. Även kortvarig exponering kan förvärra hjärt- och lungproblem.

Kemiska reaktioner styr hur mycket PM2,5 som finns i rök från skogsbränder när det transporteras bort från bränderna och in i befolkningscentra. Genom att använda våra flygplansmätningar för att förstå dessa processer, we chemists can better predict how much PM2.5 will be present in aged smoke.

Combined with meteorology forecasting that predicts where the smoke will go, this could lead to improved air quality models that can tell people downwind whether they will be exposed to unhealthy air.

Better air quality forecasting

With wildfires increasingly in the news, more people have become aware of their own air quality. Resources such as AirNow from the U.S. Environmental Protection Agency provide current and forecasted air quality data, along with explanations of the health hazards. Local information is often available from state or regional agencies as well.

Air quality measurements and forecasts can help people avoid unhealthy situations, especially sensitive groups such as people with asthma. During predicted periods of unhealthy air quality, local or state governments can use forecasts to reduce other pollution sources, such as discouraging residential wood burning or high-emitting industrial activities.

Med blicken mot framtiden, wildfire smoke is likely to be widespread across the West each year for several reasons. Rising temperatures are leaving the landscape drier and more flammable. På samma gång, more people are building homes in the wildland-urban interface, creating more opportunities for fires to start.

A large community of scientists including me are working to better understand wildfire emissions and how they change as they blow into downwind communities. That knowledge will improve forecasts for air quality and health impacts of wildfire smoke, so people can learn to adapt and avoid the worst health consequences.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.