每棵樹，甚至是常綠喬木，都可以作為空氣質(zhì)量監(jiān)測儀。這是猶他大學(xué)的研究人員得出的結(jié)論，他們測量了U校園常綠喬木針上的顆粒物質(zhì)的磁性。他們發(fā)現(xiàn)，該測量值與總體空氣質(zhì)量相關(guān)，這表明對針的分析(一種相對簡單且低成本的過程)可以提供高分辨率的全年空氣質(zhì)量圖像。

“只要有一棵樹，就擁有一個數(shù)據(jù)點(diǎn)。”地質(zhì)和地球物理學(xué)博士生Grant Rea-Downing說。“部署一棵樹不需要花費(fèi)250美元。我們將能夠以非常低的成本以非常高的分辨率繪制顆粒物分布圖。”

結(jié)果發(fā)表在GeoHealth上。

磁性粒子如何最終留在葉子上

Rea-Downing和他的同事–皮特·利珀特副教授和研究生Courtney Wagner和Brendon Quirk –都是地質(zhì)和地球物理系的地球科學(xué)家，他們的常規(guī)研究與松針的研究規(guī)模大不相同。

利珀特說：“我們每天都在利用巖石的磁性來查明以前各大洲的地理環(huán)境，從而移動山脈并封閉海盆。”

在一篇題為“課磁地球，”利珀特介紹雷亞-唐寧，瓦格納和夸克對論文通過測量誰英國的研究人員磁的落葉葉子，以評估空氣質(zhì)量。利珀特說：“我知道學(xué)生會對研究表明的東西以及發(fā)現(xiàn)的意義產(chǎn)生的想法感到驚訝。”

空氣中的顆粒物有許多來源，包括自然的風(fēng)吹塵，剎車塵以及燃燒固體或化石燃料的副產(chǎn)品。

利珀特說：“空氣中充滿了東西，它必須在某個時候出來。”

當(dāng)它從空中掉下來時，其中的一些當(dāng)然會掉落在樹葉和常綠的針上。利珀特在地質(zhì)工作中使用的高精度磁力計可以探測到其中的一些粒子中的鐵。他說，空氣中的含鐵顆粒物太小而看不見，但是磁性是一種看不見的方法。

這些文件給Rea-Downing留下了深刻的印象，他看到鹽湖城的空氣質(zhì)量與其本地沿海加州的正常清潔空氣形成鮮明對比。他可以輕松地在Lippert的研究實驗室中應(yīng)用該方法。

他說：“為實現(xiàn)這一目標(biāo)而爬的那座山實際上很平坦。” “我們外面有樹木，我們的季節(jié)空氣質(zhì)量差，我們有一個設(shè)備齊全的古磁實驗室，這意味著我實際上只需要走到外面，從一些樹上摘下一些葉子，然后將它們粘貼在磁力計中。”

利珀特說：“我們并不是第一個探索松針的磁性來監(jiān)測空氣質(zhì)量的人，但是沒有人嘗試過這種方法來研究美國西部盆地的冬季反轉(zhuǎn)。”

在美國大學(xué)全球變化與可持續(xù)發(fā)展中心的財政支持下，研究人員開始工作。

西爾萬哨兵

該小組在U校園中選擇了四棵奧地利松樹進(jìn)行采樣。其中三棵樹與北校園大道(North Campus Drive)(一條頻繁使用的校園動脈)成一直線，每棵樹都相距道路較遠(yuǎn)。第四個在聯(lián)盟大樓附近，交通不便。他們兩次收集了松針：一次是在空氣相對良好的夏天之后的2017年6月，一次是在那個冬天空氣質(zhì)量最差的2017年12月。

瓦格納(Wagner)戴上了顆粒物過濾防塵口罩，收集了12月的樣品，稱其為“冰凍死霧”，這是因為整個山谷的溫度反轉(zhuǎn)導(dǎo)致了松針上的濃黃色霧和霜?；氐綄嶒炇?，研究小組使用陶瓷剪刀小心地將針切成短段，以避免任何金屬污染，并將其放入磁力計中。

他們的一項實驗表明，十二月針的磁化強(qiáng)度是六月針的近三倍。在超低溫下進(jìn)行的另一項磁性實驗表明，在反轉(zhuǎn)過程中沉積的含鐵顆粒非常小(有些小至人發(fā)寬度的1/5000)，發(fā)現(xiàn)它們由磁鐵礦(一種鐵礦物質(zhì))組成顧名思義，它具有天然磁性。該小組還在電子顯微鏡下檢查了針頭，并確認(rèn)12月的針頭明顯變臟。其他研究已將顆粒的濃度，大小和組成與空氣污染的健康風(fēng)險聯(lián)系在一起。

他們還研究了顆粒中存在的元素。利珀特說，粉塵中的鐵含量與鈦，釩和鋯等其他元素的含量有關(guān)，“還有與剎車粉塵或化石燃料燃燒有關(guān)的各種其他物質(zhì)”。

他說，微粒中的其他元素與催化轉(zhuǎn)化器有關(guān)，催化轉(zhuǎn)化器使用化學(xué)催化劑對廢氣進(jìn)行解毒。“毫無疑問，這些注意力集中在路邊。”

在距行車道不同距離處比較樹木，結(jié)果表明，在50至150英尺的距離內(nèi)，磁性顆粒的濃度下降了。研究人員說，這可能是由于與汽車之間的距離所致，也可能是由于樹木的橫斷面上升了一點(diǎn)山坡而導(dǎo)致的海拔高度。

人造松

現(xiàn)在，該團(tuán)隊與大氣科學(xué)家Gannet Hallar和化學(xué)工程師Kerry Kelly聯(lián)手探索了該研究提出的其他問題。他們開發(fā)了一種新型的被動式空氣監(jiān)測儀-帶針的3D打印人造松枝，用于捕獲顆粒。人造針與天然針并排安裝，可以用作實驗平臺，以更清楚地了解顆粒如何以及何時沉降在常綠針上，其結(jié)果可以直接與Hallar和Kelly實驗室的設(shè)備所測量的顆粒分布進(jìn)行比較。

Rea-Downing說：“如果下大雨，我們可以在下雨前后去收集雨水，看看每次下雨時這個信號是否都被沖走了。” “或者生物針實際上是在吸收物質(zhì)并實際上比合成針更長時間地保持該信號?”

隨著每棵樹作為一個潛在的數(shù)據(jù)點(diǎn)，松樹針分析可以給出一個更全面的洞察什么，什么時候和在城市地區(qū)的空氣污染，表現(xiàn)出對幾十英尺的規(guī)模，在空氣質(zhì)量變化的原因。利珀特說，這種分析既簡單又便宜。

利珀特說：“景觀上已經(jīng)有很多樹木了。” “它們的成本非常低。因此，這使我們監(jiān)測整個山谷空氣污染的能力民主化了。這很容易出口到任何社區(qū)。它使我們能夠事半功倍，這就是我們的希望。”