Eine Anlage leistet einen großen Beitrag zur braunen Winterwolke von Salt Lake City

Die 2,4 Millionen Menschen, die entlang der Wasatch Front in Utah leben, sind im Winter mit einer der schlimmsten Luftverschmutzung durch Feinstaub im ganzen Land konfrontiert. Nun zeigt die Analyse von Messungen, die während Forschungsflügen der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) im Jahr 2017 durchgeführt wurden, dass Emissionen aus einer einzigen Quelle, einer Magnesiumraffinerie, möglicherweise für einen erheblichen Teil der feinen Partikel verantwortlich sind, die die dichten braunen Winterwolken bilden hängen über Salt Lake City.

Das Ergebnis wurde diese Woche im Fachblatt veröffentlicht Umweltwissenschaft und -technologie.

Die Hauptautorin Carrie Womack, eine Wissenschaftlerin am Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences an der University of Colorado Boulder, die an der NOAA arbeitet, sagte eine Analyse von luftgetragenen Messungen direkt aus der Wolke, die von der US-Magnesiumraffinerie während einer Luftverschmutzungsstudie im Winter 2017 in Utah aufsteigt fanden heraus, dass Emissionen von Chlor und Brom, bekannt als halogenierte Verbindungen, einen wesentlichen Beitrag zu den anhaltenden braunen Wolken im Winter leisteten.

„Ich war beeindruckt von der Komplexität chemischer Reaktionen in der Atmosphäre“, sagte John Lin, Professor für Atmosphärenwissenschaften an der University of Utah und Mitautor der Studie. „Veränderungen in den chemischen Bestandteilen der Atmosphäre könnten durch miteinander verbundene chemische Wege zu unerwarteten Ergebnissen führen.“

US Magnesium, der größte Magnesiumproduzent in Nordamerika, extrahiert das Metall aus der Sole des Großen Salzsees in einer Anlage in Windrichtung von Salt Lake City.

Feinstaub enthält mikroskopisch kleine Feststoffe oder Flüssigkeitströpfchen, die so klein sind, dass sie eingeatmet werden können und ernsthafte Gesundheitsprobleme verursachen. Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern, auch bekannt als Feinstaub oder PM2,5, stellen das größte Gesundheitsrisiko dar und beeinträchtigen sowohl die Lunge als auch Ihr Herz.

„Zu verstehen, was diese PM2.5-Bildung verursacht, ist der erste Schritt, um sie zu reduzieren“, sagte Womack. „Ein Aspekt unserer Studie war die Charakterisierung bekannter Punktquellen in der Gegend.“

Die Utah Division of Air Quality verlangt die Meldung von Partikelvorläufern wie Chlor- und Stickoxidemissionen, die dann der US-Umweltschutzbehörde mitgeteilt werden. Die Messungen der NOAA ergaben jedoch auch erhebliche Emissionen von Brom, einer reaktiven Chemikalie, die nicht gemeldet werden muss. Die Modellierung zeigte, dass das von der Raffinerie emittierte Chlor und Brom für 10 bis 25 % der regionalen PM2,5 während winterlicher Verschmutzungsepisoden verantwortlich waren.

„Unsere Messungen von Chlor und Stickoxiden stimmen mit dem überein, was die Einrichtung den Aufsichtsbehörden meldet“, sagte Womack. „Aber was wir gefunden haben, deutet darauf hin, dass industrielle Bromemissionen einen genaueren Blick verdienen könnten.“

Seit den 1970er Jahren eingeführte Umweltschutzvorschriften und sauberere Technologien haben die Luftqualität in den USA stetig verbessert. Dennoch weisen einige Täler im Intermountain West im Winter immer noch hohe PM2,5-Werte auf. Im städtischen Salt Lake Valley in Utah übersteigen die PM2,5-Werte im Winter die nationalen Luftqualitätsnormen an durchschnittlich 18 Tagen pro Jahr. Die meisten Überschreitungen treten im Dezember, Januar und Anfang Februar auf, während einer Zeit, in der sich starke, mehrtägige Inversionen entwickeln, die als anhaltende Kaltluftpools bekannt sind und die Verschmutzung nahe der Oberfläche einfangen.

Diese Überschreitungen wurden speziell mit nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit in der Region in Verbindung gebracht, einschließlich einer um 42 % höheren Rate an Notaufnahmen wegen Asthma während der letzten Stadien von Luftverschmutzungsereignissen von 2003 bis 2008, laut einer Studie.

Vor der NOAA-Studie hatte die chemische Zusammensetzung von PM2,5 im Norden Utahs und wie es entsteht, trotz der Schwere des Problems in Utah erheblich weniger Aufmerksamkeit erhalten als in anderen Regionen des Landes.

„Wir konnten während unserer Forschungsflüge im Jahr 2017 sehen, dass die Luft um die Anlage herum anders war als alles, was wir zuvor aufgrund der hohen Chloremissionen beprobt hatten“, sagte NOAA-Wissenschaftler Steven Brown, der die Feldkampagne leitete. „Wir waren überrascht, dass es in der gesamten Region einen so großen Einfluss auf die Winter-PM2,5 hatte.“

„In der Nähe der Anlage mussten wir nicht einmal die Instrumente überprüfen, um zu wissen, dass wir durch die Wolke flogen“, fügte Womack hinzu. „Wir konnten es riechen. Es roch nach Bleichmittel.“

Der dominierende Beitrag zum regionalen Feinstaub ist Ammoniumnitrat, das während Inversionsperioden für bis zu 70 % der Feinstaubmasse und außerhalb von Inversionszeiten für 40 % der Feinstaubmasse verantwortlich ist. Ammoniumnitrat ist ein sekundärer Schadstoff, der durch Reaktionen zwischen Ammoniak, Stickoxiden (NOx) und flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) gebildet wird. Das NOAA-Modell zeigte, dass Halogenemissionen aus US-Magnesium die Umwandlung von NOx und VOCs in Ammoniumnitrat-Feinstaub beschleunigen.

Forscher haben ihre Ergebnisse mit Beamten aus Utah geteilt, die die NOAA um Hilfe gebeten hatten, um ihre schlechte Luftqualität im Winter zu verstehen. EIN vorheriges Papier von Womack aus dem Jahr 2019 dokumentierte weitere Quellen des Wintersmogs.

Das Utah Department of Environmental Quality führt derzeit eine Studie durch, um Ammoniakquellen zu identifizieren.

Während das neue Papier auf Messungen aus dem Jahr 2017 basiert, sagte Womack, dass die Chloremissionen, die mit den nicht gemeldeten Bromemissionen einhergehen, in den letzten fünf Jahren keine Anzeichen eines signifikanten Rückgangs gezeigt haben.

An der Studie nahmen auch Forscher der University of Utah, der University of Toronto, der University of Washington und der US EPA teil.