Chaque arbre, même un arbre à feuilles persistantes, peut être un moniteur de la qualité de l'air. C'est la summary de chercheurs de l'Université de l'Utah qui ont mesuré le magnétisme des particules sur les aiguilles d'arbres à feuilles persistantes sur le campus d'U. Cette mesure, ont-ils constaté, était corrélée à la qualité de l'air en général, ce qui suggère que l'analyse des aiguilles – un processus relativement very simple et peu coûteux – pourrait fournir une impression haute résolution de la qualité de l'air toute l'année.




« Partout où vous avez un arbre, vous avez un point de données », explique Grant Rea-Downing, étudiant au doctorat en géologie et géophysique. « Un arbre ne coûte pas 250 $ à déployer. Nous serons en mesure de cartographier les distributions de particules à une très haute résolution pour très peu de frais. »

Comment les particules magnétiques se retrouvent sur les feuilles




Rea-Downing et ses collègues – le professeur agrégé Pete Lippert et ses collègues étudiants diplômés Courtney Wagner et Brendon Quirk – sont tous des géoscientifiques du Département de géologie et de géophysique dont les recherches régulières sont à une échelle bien différente de celle des aiguilles de pin.

« Au jour le jour », dit Lippert, « nous déplaçons des montagnes et fermons des bassins océaniques en utilisant le magnétisme des roches pour comprendre la géographie des anciens continents.

Dans un cours intitulé « La Terre magnétique », Lippert a présenté Rea-Downing, Wagner et Quirk aux content articles de chercheurs britanniques qui ont mesuré le magnétisme des feuilles caduques pour évaluer la qualité de l'air. « Je savais que les étudiants seraient en quelque sorte époustouflés par ce que l'étude montrait et par les implications des résultats », dit Lippert.

Les particules dans l'air proviennent de nombreuses sources, y compris la poussière naturelle soufflée par le vent, la poussière de frein et le sous-produit de la combustion de combustibles solides ou fossiles.

« Ce sont des trucs dans l'air », dit Lippert, « et ça doit sortir un jour. »

Quand il tombe hors de l'air, une partie tombe bien sûr sur les feuilles des arbres et les aiguilles à feuilles persistantes. Certaines des particules contiennent du fer, suffisamment pour être détectable par le genre de magnétomètres de haute précision que Lippert utilise dans ses travaux géologiques. La matière particulaire contenant du fer dans l'air peut être trop petite pour être vue, mais le magnétisme, dit-il, est un moyen de voir l'invisible.

Les journaux ont impressionné Rea-Downing, qui a vu la qualité de l'air de Salt Lake City en contraste frappant avec l'air normalement pur de sa Californie côtière natale. Il pourrait facilement appliquer la méthode dans le laboratoire de recherche de Lippert.

« Le genre de côte à gravir pour ce faire était en fait assez plat », dit-il. « Nous avons des arbres à l'extérieur, nous avons une qualité de l'air saisonnière médiocre et nous avons un laboratoire paléomagnétique entièrement équipé, ce qui signifie que je devais littéralement marcher dehors et retirer quelques feuilles de certains arbres et les coller dans un magnétomètre.

« Nous ne sommes pas les premiers à explorer le magnétisme des aiguilles de pin pour surveiller la qualité de l'air », dit Lippert, « mais personne n'avait essayé cela pour étudier les inversions hivernales dans les bassins de l'Ouest américain. »

Avec le soutien financier du World wide Modify and Sustainability Center de l'U, les chercheurs se sont mis au travail.

Sentinelles sylvestres

L'équipe a sélectionné quatre pins autrichiens sur le campus U pour échantillonner. Trois des arbres se trouvaient sur une ligne perpendiculaire à North Campus Generate, une artère du campus très utilisée, chaque arbre étant successivement plus éloigné de la chaussée. Le quatrième était près du bâtiment de l'Union, loin de la circulation. Ils ont collecté des aiguilles de pin à deux reprises: une fois en juin 2017 après un été relativement bon et à nouveau en décembre 2017 pendant une des pires qualité de l'air de cet hiver.

Avec son masque anti-poussière filtrant les particules, Wagner a recueilli les échantillons de décembre dans ce qu'elle a décrit comme un « brouillard mortel glacial », car or truck une inversion de température dans toute la vallée avait conduit à un épais brouillard jaunâtre et du givre sur les aiguilles de pin. De retour au laboratoire, l'équipe a soigneusement coupé les aiguilles en petits segments à l'aide de ciseaux en céramique pour éviter toute contamination par les métaux et les a placées dans les magnétomètres.

Une de leurs expériences a révélé que la magnétisation des aiguilles de décembre était près de trois fois furthermore élevée que celle des aiguilles de juin. Une autre expérience magnétique, menée à des températures très basses, a suggéré que les particules contenant du fer déposées lors de l'inversion sont extrêmement petites (certaines aussi petites que 1/5000 de la largeur d'un cheveu humain) et ont révélé qu'elles étaient composées de magnétite, un minéral de fer. qui, comme son nom l'indique, est naturellement magnétique. L'équipe a également examiné les aiguilles au microscope électronique et a confirmé que les aiguilles de décembre étaient nettement plus gross sales. La concentration, la taille et la composition des particules ont toutes été liées par d'autres études aux risques sanitaires de la pollution atmosphérique.

Ils ont également examiné les éléments présents dans les particules. Les quantités de fer dans la poussière étaient en corrélation avec des quantités d'autres éléments comme le titane, le vanadium et le zirconium, « et une variété d'autres choses qui sont associées à la poussière de frein ou à la combustion de combustibles fossiles », dit Lippert.

D'autres éléments dans les particules étaient associés aux convertisseurs catalytiques, dit-il, qui utilisent des catalyseurs chimiques pour détoxifier les gaz d'échappement. « Et ces concentrations, sans surprise, sont les plus élevées près du bord de la route. »

La comparaison des arbres à différentes distances de la chaussée a montré une diminution de la focus de particules magnétiques sur une length de 50 à 150 pieds. Cela peut être dû à la distance des voitures, disent les chercheurs, mais aussi peut-être à l'élévation, car or truck le transect d'arbres montait une légère colline.

Pin artificiel

Maintenant, l'équipe s'est associée au scientifique atmosphérique Gannet Hallar et à l'ingénieur chimiste Kerry Kelly pour explorer d'autres queries soulevées par l'étude. Ils ont développé un nouveau variety de moniteur d'air passif – une branche de pin artificiel imprimée en 3D avec des aiguilles pour capturer les particules. Les aiguilles artificielles sont installées à côté d'aiguilles naturelles et peuvent servir de plate-forme expérimentale pour comprendre in addition clairement comment et quand les particules se déposent sur les aiguilles à feuilles persistantes, résultats qu'elles peuvent comparer directement aux mesures de la distribution des particules mesurées par des équipements dans les laboratoires de Hallar et Kelly.

« Si nous recevons une forte pluie, nous pouvons aller chercher avant et après cette pluie et voir si ce signal est simplement emporté chaque fois que vous avez un événement de pluie », dit Rea-Downing. « Ou est-ce que les aiguilles biologiques absorbent réellement la matière et retiennent réellement ce signal in addition longtemps que les aiguilles synthétiques ? »

Avec chaque arbre comme place de données potentiel, l'analyse des aiguilles de pin pourrait donner un aperçu as well as complet du quoi, du quand et du pourquoi de la pollution de l'air dans les zones urbaines, montrant la variation de la qualité de l'air à l'échelle de dizaines de pieds. L'analyse est very simple et peu coûteuse, dit Lippert.

« Nous avons déjà beaucoup d'arbres dans le paysage », dit Lippert. « Ils sont d'un coût assez bas. Donc, cela démocratise notre capacité à surveiller la air pollution de l'air dans toute la vallée. Ceci est facilement exportable vers n'importe quelle communauté. Cela nous permet de faire furthermore avec moins, ou c'est notre espoir. »