常绿针头充当空气质量监测仪

每棵树,甚至是常绿乔木,都可以作为空气质量监测仪。这是犹他大学的研究人员得出的结论,他们测量了U校园常绿乔木针上的颗粒物质的磁性。他们发现,该测量值与总体空气质量相关,这表明对针的分析(一种相对简单且低成本的过程)可以提供高分辨率的全年空气质量图像。
 
空气质量测试配图
 
“只要有一棵树,就拥有一个数据点。”地质和地球物理学博士生Grant Rea-Downing说。“部署一棵树不需要花费250美元。我们将能够以非常低的成本以非常高的分辨率绘制颗粒物分布图。”
Rea-Downing和他的同事-皮特·利珀特副教授以及研究生Courtney Wagner和Brendon Quirk –都是地质与地球物理系的地球科学家,他们的常规研究与松针的研究规模大不相同。
利珀特说:“我们每天都在利用岩石的磁性来查明以前各大洲的地理环境,从而移动山脉并封闭海盆。”
 
在一篇题为“课磁地球,”利珀特介绍雷亚-唐宁,瓦格纳和夸克对论文通过测量谁英国的研究人员磁的落叶叶子,以评估空气质量。利珀特说:“我知道学生会对研究表明的东西以及发现的意义产生的想法感到惊讶。”
空气中的颗粒物有许多来源,包括自然的风吹尘,刹车尘以及燃烧固体或化石燃料的副产品。
利珀特说:“空气中充满了东西,它必须在某个时候出来。”

空气质量测试配图1

 
当它从空中掉下来时,其中的一些当然会掉落在树叶和常绿的针上。利珀特在地质工作中使用的高精度磁力计可以探测到其中的一些粒子中的铁。他说,空气中的含铁颗粒物太小而看不见,但是磁性是一种看不见的方法。
这些文件给Rea-Downing留下了深刻的印象,他看到盐湖城的空气质量与其本地沿海加州的正常清洁空气形成鲜明对比。他可以轻松地在Lippert的研究实验室中应用该方法。
他说:“为实现这一目标而爬的那座山实际上很平坦。” “我们外面有树木,我们的季节空气质量差,我们有一个设备齐全的古磁实验室,这意味着我实际上只需要走到外面,从一些树上摘下一些叶子,然后将它们粘贴在磁力计中。”
 
利珀特说:“我们并不是第一个探索松针的磁性来监测空气质量的人,但是没有人尝试过这种方法来研究美国西部盆地的冬季反转。”
在美国大学全球变化与可持续发展中心的财政支持下,研究人员开始工作。
该小组在U校园中选择了四棵奥地利松树进行采样。其中三棵树与北校园大道(North Campus Drive)(一条频繁使用的校园动脉)成一直线,每棵树都相距道路较远。第四个在联盟大楼附近,交通不便。他们两次收集了松针:一次是在空气相对良好的夏天之后的2017年6月,一次是在那个冬天空气质量最差的2017年12月。
 
瓦格纳(Wagner)戴上了颗粒物过滤防尘口罩,收集了12月的样品,称其为“冰冻死雾”,这是因为整个山谷的温度反转导致了松针上的浓黄色雾和霜。回到实验室,研究小组使用陶瓷剪刀小心地将针切成短段,以避免任何金属污染,并将其放入磁力计中。
 
他们的一项实验表明,十二月针的磁化强度是六月针的近三倍。在超低温下进行的另一项磁性实验表明,在反转过程中沉积的含铁颗粒非常小(有些小至人发宽度的1/5000),发现它们由磁铁矿(一种铁矿物质)组成顾名思义,它具有天然磁性。该小组还在电子显微镜下检查了针头,并确认12月的针头明显变脏。其他研究已将颗粒的浓度,大小和组成与空气污染的健康风险联系在一起。
 
他们还研究了颗粒中存在的元素。利珀特说,粉尘中的铁含量与钛,钒和锆等其他元素的含量有关,“还有与刹车粉尘或化石燃料燃烧有关的各种其他物质”。
他说,微粒中的其他元素与催化转化器有关,催化转化器使用化学催化剂对废气进行解毒。“毫无疑问,这些注意力集中在路边。”
在距行车道不同距离处比较树木,结果表明,在50至150英尺的距离内,磁性颗粒的浓度下降了。研究人员说,这可能是由于与汽车之间的距离所致,也可能是由于树木的横断面上升了一点山坡而导致的海拔高度。
 
现在,该团队与大气科学家Gannet Hallar和化学工程师Kerry Kelly联手探索了该研究提出的其他问题。他们开发了一种新型的被动式空气监测仪-带针的3D打印人造松枝,用于捕获颗粒。人造针与天然针并排安装,可以用作实验平台,以更清楚地了解颗粒如何以及何时沉降在常绿针上,其结果可以直接与Hallar和Kelly实验室的设备所测量的颗粒分布进行比较。
 
Rea-Downing说:“如果下大雨,我们可以在下雨前后去收集雨水,看看每次下雨时这个信号是否都被冲走了。” “或者生物针实际上是在吸收物质并实际上比合成针更长时间地保持该信号?”
 
随着每棵树作为一个潜在的数据点,松树针分析可以给出一个更全面的洞察什么,什么时候和在城市地区的空气污染,表现出对几十英尺的规模,在空气质量变化的原因。利珀特说,这种分析既简单又便宜。
利珀特说:“景观上已经有很多树木了。” “它们的成本非常低。因此,这使我们监测整个山谷空气污染的能力民主化了。这很容易出口到任何社区。它使我们能够事半功倍,这就是我们的希望。”
 

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