När vulkanen Kilauea bröt ut 2018, lava täckte delar av ön Hawaii, men en vulkansk smog, känd som "vog, " översvämmade den. Vogn innehöll farliga halter av fina partiklar och svaveldioxidgas, som hotade hälsan för medvindsbefolkningen på ön.

I en ny studie, ett team av forskare använde ett lågkostnadsnätverk för luftkvalitetssensorer för att kartlägga invånarnas föroreningsexponering i realtid, för första gången. Den nya lösningen för att mäta luftkvaliteten kan hjälpa befolkningar i framtiden att bli sjuka, eftersom luftföroreningar är den enskilt största miljöriskfaktorn för för tidig död i världen.

"Vi kunde uppskatta finskalig befolkningsexponering för flera föroreningar, mäta den kemiska omvandlingen av vulkaniska utsläpp, och tillhandahålla observationer i realtid som en del av krishanteringsinsatser, sa Benjamin Crawford, Ph.D., huvudförfattare och biträdande professor vid institutionen för geografi och miljövetenskap vid University of Colorado Denver. Crawford samarbetade med forskare från Massachusetts Institute of Technology och University of Hawai'i.

Studien publicerades i tidskriften PNAS .

Realtidsövervakning under en katastrofal händelse

Före 2018, Vulkanen Kilauea hade haft ett kontinuerligt utbrott i mycket mindre skala under de senaste 35 åren. I slutet av 2017, Crawfords team startade ett projekt för att mäta luftkvaliteten i den pyrande vulkanen i vinden. samarbeta med lokala skolor för att vara värd för sensorer.

"Vi trodde att det inte var någon brådska, " sa Crawford. Teamet hade en handfull lågprissensorprototyper (LCS) och hade börjat lägga grunden på ön när vulkanen började få utbrott på allvar i maj 2018. Gruppen satte igång. De flög ut till ön och byggde nätverket på 10 dagar.

Teamet använde 30 noder designade och utplacerade specifikt för att övervaka en blandning av primär vulkanisk svaveldioxid (SO ₂ ) gas och sekundära partiklar (PM2,5) som utgör vog. Deras studie blev den första som använde ett lågkostnadssensornätverk i realtid under en extrem luftkvalitetshändelse.

Spåra plymens kemiska omvandling

Medvind av utbrottet, teamet fann att nätverksstationer mätte PM2.5 och SO topp per timme ₂ koncentrationer som kan överstiga 75 mikrogram per m-3 och 1200 ppb, respektive. LCS-nätverkets densitet möjliggjorde mycket granulära uppskattningar av mänsklig exponering för båda föroreningarna under utbrottet - något som var omöjligt med hjälp av redan existerande luftkvalitetsmätningar.

Plymens dynamik exponerade en mycket större andel (46,7 %) av öns befolkning för förhöjda halter av fint PM2,5 än jämfört med SO ₂ (2%). Dessutom, nätverket kunde spåra den vulkaniska plymens kemiska utveckling i motvind av utbrottet. Mätningar hittade ett genomsnittligt SO ₂ omvandlingstid på ~36 timmar, demonstrerar för första gången förmågan hos distribuerade LCS-nätverk att observera reaktionskinetik och kvantifiera kemiska omvandlingar av luftföroreningar i en verklig miljö.

"Vi hade en bra uppfattning om vart föroreningarna tog vägen, så vi kunde spåra och mäta plymens kemiska omvandling, " sa Crawford. "Det var första gången som vi kunde observera både plymens kemi och hur den färdades medvind. Det var glädjande att se vårt förhållningssätt fungera."

Ge andra människor möjlighet att mäta luftkvaliteten

Övervakning av luftkvalitet (AQ) är avgörande för att förstå och i slutändan minimera människors exponering för skadliga luftföroreningar; dock, ytbaserade mätningar är fortfarande relativt sparsamma i stora delar av världen. Det beror på att de flesta luftkvalitetsmätningar kommer från nätverk som drivs av regeringar, såsom stater eller Environmental Protection Agency (EPA) i USA. Dessa extremt exakta instrument är dyra, vilket begränsar mängden sensorer som används. På den stora ön Hawaii, det fanns sex permanenta övervakningsstationer i drift före utbrottet, varav en lava förstördes tidigt i utbrottet.

I kontrast, lågkostnadssensorerna i denna studie är soldrivna, fristående enheter som kan kommunicera via mobilnät och fungera på avlägsna platser. Enheternas överkomliga priser gör det också så att teamet kan lämna över dem till samhällsmedlemmarna för att själva mäta luftkvaliteten. Oavsett om det är under ett vulkanutbrott, skogsbränder, eller vardagliga stadsföroreningar och smog, Det är viktigt att ge samhällen makten att själva mäta data.

"Det finns en efterfrågan på den här typen av information, ", sa Crawford. "Det är ett utmärkt sätt att demokratisera data och låta samhällen övervaka luftkvalitetsöverträdelser oberoende av någon annan. Du kan ge människor kunskapen att fatta sina egna beslut."