PIERCING THE HAZE
SALT LAKE CITY-Iernile pot fi toxice aici. Timp de zile sau chiar săptămâni, o ceață groasă se instalează deasupra acestui oraș de schiori și excursioniști, deoarece aerul poluat rămâne blocat într-un bazin înconjurat de munți. Poate fi greu să vezi următoarea mașină de pe drum. Vizitele la spital pentru pneumonie și astm cresc vertiginos, școlile suspendă pauzele în aer liber și chiar și locuitorii sănătoși se plâng de gâtul zgâriat și accese de tuse.
Meteorologii spun că fenomenul, cunoscut sub numele de inversiune, este ușor de explicat: Un sistem de înaltă presiune prinde aerul rece în bazin, punând un capac peste poluare. Dar ingredientele specifice ale smogului și modul în care acestea interacționează în atmosferă au fost un fel de mister. Și există o presiune din ce în ce mai mare pentru a-l rezolva: Agenția de Protecție a Mediului din SUA (EPA) a considerat că orașul încalcă „grav” standardele de curățare a aerului pentru o parte din fiecare an, obligând oficialii statului să vină cu un plan de reducere a amenințării – ceea ce nu au reușit să facă până acum.
Anul trecut, într-un efort de a ajuta la dezvoltarea acestui plan, cercetători de la șase universități și de la mai multe agenții federale și de stat au lansat un efort fără precedent pentru a înțelege mai bine compoziția chimică precisă și sursele de poluare. În timpul a două inversiuni care au durat în total 17 zile, ei au adunat date de la avioane, baloane și stații terestre.
În linii mari, ceea ce au descoperit nu a fost o surpriză. Ceața era compusă în cea mai mare parte din particule mici, cu un diametru mai mic de 2,5 microni (PM2,5), care se pot depune în plămâni și pot contribui la moartea prematură. Unele dintre particule erau praf, fum sau funingine, dar aproximativ trei sferturi dintre ele erau alcătuite din nitrat de amoniu. Acesta se formează atunci când oxizii de azot produși de vehicule, cuptoare și echipamente industriale se combină cu amoniacul, care de obicei se împrăștie de la fermele care folosesc îngrășăminte lichide pe bază de amoniac sau produc grămezi de gunoi de grajd.
Cercetătorii au fost însă surprinși de nivelurile de amoniac pur pe care le-au măsurat, având în vedere că fermele din Utah sunt în mare parte inactive iarna. „De obicei, nu ne gândim la lunile de iarnă ca fiind luni mari pentru amoniac”, spune chimistul Jennifer Murphy de la Universitatea din Toronto, Canada, care a participat la studiu. Cercetătorii și autoritățile de reglementare încearcă acum să stabilească cu exactitate de ce aceste niveluri au fost atât de ridicate și dacă reducerea acestor emisii ar putea ajuta la curățarea aerului peste ceea ce unii locuitori au ajuns să numească „Smog Lake City.”
În ciuda abundenței sale, rolul gazului incolor, cu miros ascuțit și care face apă la ochi în poluarea mortală a aerului este slab înțeles. În parte, acest lucru se datorează faptului că este în mod notoriu dificil de urmărit. Moleculele de amoniac sunt „lipicioase” și se combină cu entuziasm cu alți compuși, ceea ce face ca instrumentele de monitorizare să fie greu de captat. Iar gazul poate avea o durată de viață foarte scurtă – uneori doar câteva zile. „Amoniacul este îngrozitor”, spune inginerul de mediu Mark Zondlo de la Universitatea Princeton. „Este cu adevărat unul dintre cele mai proaste gaze de măsurat în atmosferă.”
În întreaga lume, noi senzori la sol, în aer și în spațiu ajută la evidențierea mai clară a surselor, mișcărilor și soartei amoniacului. Monitorizarea îmbunătățită are loc în condițiile în care unele națiuni, inclusiv Regatul Unit, iau măsuri pentru a reduce emisiile de amoniac. Însă altele, inclusiv Statele Unite, nu au făcut din limitarea amoniacului o prioritate, în parte din cauza incertitudinii legate de surse, precum și a preocupărilor legate de faptul că controalele costisitoare ar putea contribui prea puțin la îmbunătățirea calității aerului. În schimb, autoritățile de reglementare au ales adesea să vizeze alte ingrediente cheie ale smogului, inclusiv oxizii de azot și de sulf creați prin ardere.
Dar este probabil ca atenția asupra amoniacului să se intensifice. Emisiile globale ale acestui gaz s-au dublat în ultimii 70 de ani și se preconizează că vor continua să crească, în mare parte din cauza cererii tot mai mari de îngrășăminte chimice. Acest lucru a pus presiune asupra cercetătorilor și autorităților de reglementare pentru a înțelege mai bine implicațiile asupra calității aerului.
Smogul umple o stradă din centrul orașului Salt Lake City în decembrie 2017.
George Frey/REUTERS
În această vară, omul de știință în domeniul atmosferei Jeff Collett de la Colorado State University din Fort Collins stătea într-un luminiș din Parcul Național Rocky Mountain înconjurat de instrumente care evidențiau cât de dificilă este urmărirea amoniacului. Alți poluanți atmosferici, cum ar fi ozonul și monoxidul de carbon, sunt în general monitorizați de rețele de instrumente automate care colectează și transmit date în timp real. Dar pentru a urmări amoniacul, echipa lui Collett trebuie să facă o călătorie de o oră din campus până pe teren, de mai multe ori pe săptămână, pentru a colecta manual eșantioane de la instrumentele lor.
Unul dintre ele este o simplă găleată care colectează apa de ploaie, pe care cercetătorii o analizează pentru a vedea cât amoniac a rămas prins în vaporii de apă. O alta se bazează pe un burete acoperit cu un acid pentru a absorbi gazul. (Amoniacul, o bază, reacționează cu aviditate cu acizii.) Există, de asemenea, o spirală de sticlă acoperită cu acid, care îndepărtează moleculele lipicioase de amoniac din eșantioanele de aer înainte de a separa alte componente ale particulelor.
Este un proces pretențios, dar probele sunt vitale pentru efortul lui Collett de a documenta modul în care amoniacul plutește în derivă de la fermele aflate la aproximativ 80 de kilometri distanță, în Greeley, Colorado, în parc, unde nutrientul poate afecta ecosistemele sensibile, și în Denver, unde contribuie la smog. Activitatea, în curs de desfășurare din 2011, a ajutat la precizarea imaginii surselor și a mișcărilor amoniacului din regiune. De exemplu, atunci când grupurile de fermieri din Colorado au susținut că terenurile de golf jucau un rol important în ceea ce privește emisiile de amoniac din cauza folosirii generoase a îngrășămintelor, Collett a montat un monitor în apropierea unui teren de golf local și a arătat că acest lucru nu era corect; fermele erau sursa cea mai mare. Monitorizarea a permis, de asemenea, statului să stabilească un sistem care avertizează fermierii atunci când se preconizează că condițiile meteorologice vor împinge amoniacul spre Denver, încurajându-i să limiteze în mod voluntar aplicațiile de îngrășăminte și să acopere grămezile de gunoi de grajd.
Proaspăt de la fermă
Regiunile agricole pot fi surse majore de amoniac (NH3, zone întunecate), în special în timpul sezonului de creștere, când utilizarea îngrășămintelor lichide este ridicată. Incendiile de vegetație (unele zone galbene din apropierea părții de sus a hărții) pot produce, de asemenea, pene de compus.
În altă parte, alte eforturi de monitorizare – inclusiv o rețea națională de 66 de situri administrată de EPA care raportează citirile la fiecare 2 săptămâni – au descris o imagine mai amplă, la nivelul întregului continent, inclusiv modul în care emisiile de amoniac pot varia în funcție de vreme și de anotimp. Progresele în domeniul monitorizării mobile au făcut posibilă colectarea mai rapidă a unor măsurători precum cele ale lui Collett. Iar din 2008, sateliții NASA au oferit o privire globală asupra semnăturii amoniacului în atmosferă. Astfel de instrumente îi ajută pe oamenii de știință să asambleze o imagine mai completă a surselor de amoniac, inclusiv a incendiilor de pădure, care se estimează că produc 10% din emisiile globale de amoniac prin eliberarea compusului din plante.
„Cu zece ani în urmă, aveam poate o duzină de măsurători pe termen lung în întreaga țară și doar una sau două măsurători efectuate de aeronave vreodată”, spune chimistul atmosferic Daven Henze de la Universitatea Colorado din Boulder. „Acum, suntem capabili să obținem în mod regulat informații despre sincronizare, magnitudine, variabilitate și surse.”
Puține eforturi de inventariere a amoniacului au fost, totuși, atât de amănunțite precum cel întreprins în regiunea Salt Lake City în iarna anului 2017. Cele două evenimente de inversiune documentate de campania terestră și aeriană au durat fiecare mai mult de o săptămână, iar cercetătorii au reușit să adune observații în fiecare dintre cele trei văi majore din zonă: Salt Lake, Cache și Utah.
Studiile existente ale surselor de amoniac din Utah au sugerat că nivelurile de amoniac ar fi similare în fiecare dintre cele trei văi. De fapt, cercetătorii au descoperit că nivelurile variau în funcție de geografie – și că valorile erau mai mari decât se așteptau.
Acum, Murphy și cercetătorii aliați lucrează pentru a înțelege această variație și pentru a-și da seama de unde provine amoniacul. Echipa folosește o rețea de monitoare la sol, combinată cu măsurători aeriene, pentru a cartografia concentrațiile de amoniac în interiorul orașului. Aceștia examinează modelele de vânt pentru a vedea cum amoniacul ar putea pătrunde din zonele agricole din apropiere. Și caută surse care ar fi putut fi trecute cu vederea.
Autoturismele din zonele urbane, de exemplu, pot contribui cu mai mult amoniac decât se știa până acum. Într-un studiu recent, Zondlo a desfășurat instrumente mobile care folosesc lasere pentru a măsura coloanele de amoniac eliberate de vehicule în orașe din Statele Unite și China. El a descoperit că vehiculele – care produc amoniac ca un produs secundar al convertoarelor catalitice de curățare a emisiilor – emiteau aproximativ de două ori mai mult amoniac decât se presupunea. „În marea schemă a lucrurilor, vehiculele reprezentau o sursă destul de mică”, notează el. Cu toate acestea, emisiile ar putea juca un rol important în poluarea cu particule din orașe, spune el, deoarece amoniacul este produs în imediata apropiere a altor compuși de combustie care alimentează crearea de PM2.5.
În Utah, autoritățile de reglementare ale statului speră că o mai bună înțelegere a surselor de amoniac din Salt Lake City îi va ajuta să construiască simulări computerizate îmbunătățite ale evenimentelor de poluare a aerului, care pot fi esențiale pentru identificarea soluțiilor. De exemplu, dacă se dovedește că amoniacul ajunge în oraș de la fermele din văile învecinate, statul ar putea încerca să limiteze aceste surse – poate cerându-le fermierilor să limiteze utilizarea îngrășămintelor – atunci când vremea este propice pentru inversiuni. Dar această strategie ar putea să nu mai aibă sens dacă se dovedește că sursele urbane de amoniac, cum ar fi mașinile, joacă un rol mai important în stimularea chimiei care produce smogul. „Cu atât de mulți factori, trebuie să înțelegem imaginea completă”, spune Murphy.
Regulatorii vor, de asemenea, să fie siguri că măsurile de control potențial costisitoare asupra fermelor sau a altor surse de amoniac vor produce un beneficiu, ceea ce înseamnă crăparea compoziției chimice a smogului. În Statele Unite, de exemplu, reglementările existente privind poluarea aerului au redus puternic concentrațiile atmosferice de oxizi de azot, ceea ce înseamnă că mai puține molecule din acești compuși sunt disponibile pentru a se combina cu amoniacul și a forma particule. Așadar, reducerea emisiilor de amoniac ar putea să nu facă o mare diferență în zonele în care alte ingrediente ale smogului sunt deja puține. Cu toate acestea, în alte zone, blocarea coloanelor de amoniac ar putea fi esențială pentru reducerea particulelor. „Încă nu suntem într-un loc”, spune Murphy, „în care să putem spune chiar că măsurile dificile vor avea un impact.”
Situația este foarte diferită în Europa, unde autoritățile de reglementare în domeniul mediului au pus de mult timp accentul pe amoniac, în parte din cauza preocupărilor legate de impactul acestuia asupra ecosistemelor. (De exemplu, amoniacul se poate scurge în cursuri de apă și râuri, unde poate fi toxic pentru organismele acvatice). Comisia Economică pentru Europa, o ramură a Organizației Națiunilor Unite, a stabilit limite pentru amoniac în 2012, iar țările europene au folosit o varietate de strategii pentru a reduce emisiile globale din agricultură cu 24% din 1990. Germania, de exemplu, a impus limite pe hectar în ceea ce privește utilizarea anumitor tipuri de îngrășăminte, iar Țările de Jos au creat stimulente financiare pentru o utilizare mai eficientă a îngrășămintelor.
La începutul acestui an, Regatul Unit a dezvăluit un plan cuprinzător privind calitatea aerului care include planuri de reducere a emisiilor de amoniac din agricultură ale națiunii cu 16% până în 2030. Măsura a fost luată în urma unei constatări a Agenției de Mediu din Marea Britanie potrivit căreia amoniacul a fost singurul poluant atmosferic major al națiunii care a crescut din 2013 și că emisiile de la ferme vor continua să crească în lipsa unor „măsuri urgente”. Această tendință amenința încercarea guvernului de a reduce la jumătate, până în 2025, numărul persoanelor care respiră aer cu niveluri de PM2,5 considerate nesigure de către Organizația Mondială a Sănătății (OMS). (Standardul de particule al OMS este de 10 micrograme de PM2,5 pe metru cub de aer, în medie anuală; standardul anual din SUA este de 12 µg/m3.)
Pentru a atinge reducerea amoniacului, guvernul intenționează să le ceară fermierilor să limiteze aplicațiile de îngrășăminte și să acopere grămezile de gunoi de grajd, și va impune controale mai stricte asupra operațiunilor de prelucrare a laptelui. Industria agricolă, care a fost consultată cu privire la acest plan, a fost în mare parte receptivă. Fermierii au luat deja în mod voluntar măsuri similare, au remarcat oficialii din industrie, și au salutat planurile guvernului de a ajuta la finanțarea implementării tehnologiilor de control al amoniacului.
Managementul surselor de amoniac din ferme, cum ar fi această grămadă de gunoi de grajd de pui din Maryland, ar putea fi esențial pentru limitarea emisiilor.
EDWIN REMSBERG/ALAMY STOCK PHOTO
Alte națiuni cu emisii mari de amoniac nu sunt încă pregătite să urmeze exemplul Regatului Unit. China, despre care se știe că este un punct fierbinte al emisiilor de amoniac la nivel mondial, dar care nu are un inventar fiabil al surselor, nu reglementează acest compus. Nici Statele Unite, deși EPA consideră amoniacul ca fiind un precursor al PM2,5.
O mare problemă cu care se confruntă autoritățile de reglementare din SUA este lipsa unor date complete privind sursele de amoniac. „Este greu să reglementezi ceva dacă nu îl măsori”, spune Collett. Grupurile agricole din SUA au respins, până în prezent, eforturile de a cere fermierilor să raporteze emisiile de amoniac, argumentând că efortul ar fi inutil de împovărător. În 2013, EPA a lansat totuși un studiu de monitorizare a amoniacului pe o perioadă de doi ani, în colaborare cu industriile cărnii de porc, a produselor lactate și a păsărilor de curte, care a implicat 24 de locații din nouă state. Dar proiectul a fost întrerupt după ce consilierii științifici ai agenției au criticat calitatea datelor care erau colectate.
Dacă EPA ar urmări reglementări privind amoniacul, politica ar reprezenta probabil un obstacol. Grupurile de fermieri au susținut că, deoarece gazul are multe surse și se poate deplasa pe distanțe mari, orice control ar trebui să fie proiectat cu atenție; o soluție nu ar fi la fel de simplă ca, de exemplu, instalarea unui epurator chimic la o centrală electrică. De asemenea, aceștia remarcă faptul că fermierii au luat deja măsuri voluntare pentru a limita emisiile, cum ar fi reducerea cantității de precursori de amoniac utilizați în hrana animalelor și schimbarea practicilor de gestionare a gunoiului de grajd.
Cu toate acestea, autoritățile de reglementare din SUA s-ar putea confrunta cu presiuni pentru a acționa în cazul în care studiile din Salt Lake City și din alte părți furnizează dovezi că amoniacul a devenit un factor important de poluare cu particule. Și cel puțin un om de știință crede că răspunsurile ar putea veni mai devreme decât mai târziu – „ani, nu decenii”, prezice Henze, care face parte din grupul consultativ al EPA care analizează această problemă. „EPA nu a fost dispusă să împingă mingea înainte din cauza incertitudinii” legate de amoniac, spune el. „Acum împingem dincolo de incertitudine.”
.