犹他大学的保罗·加布里埃尔森 彼得·李伯特(左)和格兰特·雷东宁正在检查作为被动空气质量监测器的人造松枝
9月的照片
2019
学分:保罗·加布里埃尔森/犹他大学 每棵树，甚至常青树，都可以成为空气质量监测器
这是犹他大学研究人员的结论，他们测量了美国校园常青树针叶上颗粒物的磁性
他们发现，这一测量与总体空气质量相关，表明针的分析——一个相对简单和低成本的过程——可以提供高分辨率的全年空气质量图像
“哪里有树，哪里就有数据点，”地质学和地球物理学博士生格兰特·雷-唐宁说
“部署一棵树不需要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
" 研究结果发表在《地球健康》杂志上
磁性粒子是如何在叶子上结束的 雷东宁和他的同事——副教授皮特·里佩尔和研究生同事考特尼·瓦格纳和布兰登·奎克——都是地质与地球物理系的地球科学家，他们的常规研究规模与松针大相径庭
“日复一日，”李伯特说，“我们通过利用岩石的磁性来计算以前大陆的地理位置，从而移动山脉并封闭海洋盆地
" 在一门名为“磁性地球”的课程中，里佩尔向雷东宁、瓦格纳和奎克介绍了美国大学的论文
K
测量落叶磁性以评估空气质量的研究人员
“我知道学生们会被这项研究显示的内容以及这些发现的含义震惊，”李伯特说
空气中的颗粒物质有许多来源，包括自然风吹灰尘、刹车灰尘和燃烧固体或化石燃料的副产品
“那是空气中的东西，”李伯特说，“总有一天会出来的。”
" 当它从空中落下时，其中的一些当然会落在树叶和常青的针叶上
其中一些粒子含有铁，足以被李伯特在地质工作中使用的高精度磁力计探测到
空气中含铁的微粒物质可能太小而看不见，但是磁性，他说，是一种看不见的方式
这些报纸给雷-唐宁留下了深刻的印象，他认为盐湖城的空气质量与他的家乡加州通常干净的空气形成了鲜明的对比
他可以很容易地在李伯特的研究实验室应用这种方法
“爬这样的山实际上是相当平坦的，”他说
“我们室外有树，我们季节性的空气质量很差，我们有一个设备齐全的古地磁实验室，这意味着我不得不走到室外，从一些树上摘下一些叶子，然后把它们放在磁力仪里
" “我们不是第一个探索松针的磁性来监测空气质量的人，”李伯特说，“但是没有人尝试过用它来研究美国西部盆地的冬季倒转。”
" 在美国全球变化和可持续发展中心的资助下，研究人员开始工作
常绿针叶表面的扫描电子显微照片
在非反转(左)和反转(右)期间显示每个位置的图像
学分:犹他大学 西尔万哨兵 研究小组在大学校园里选择了四棵奥地利松树作为样本
三棵树排成一条线，垂直于北校园大道，这是一条经常使用的校园主干道，每棵树依次远离道路
第四个在联盟大楼附近，远离交通
他们收集了两次松针:一次是在2017年6月，在一个空气相对较好的夏天之后，另一次是在2017年12月，在那个冬天空气质量最差的时候
戴上过滤颗粒物质的防尘口罩，瓦格纳收集了12月份的样本，她称之为“冰冻死亡雾”，因为整个山谷的逆温导致了浓浓的黄色雾和松针上的霜
回到实验室，研究小组小心翼翼地用陶瓷剪刀将针切成小段，以避免任何金属污染，并将它们放入磁力计中
他们的一项实验显示，十二月针的磁化强度几乎是六月针的三倍
另一项在极低温度下进行的磁性实验表明，在反转过程中沉积的含铁粒子非常小(有些小至人类头发宽度的1/5000)，并发现它们由磁铁矿组成，这是一种铁矿物，顾名思义，具有天然磁性
研究小组还在电子显微镜下检查了针头，并证实12月份的针头明显更脏
其他研究已经将颗粒物的浓度、大小和成分与空气污染的健康风险联系起来
他们还观察了颗粒中存在的元素
李伯特说，灰尘中的铁含量与钛、钒和锆等其他元素的含量相关，“以及与制动灰尘或化石燃料燃烧相关的各种其他物质。”
他说，微粒中的其他元素与催化转换器有关，催化转换器使用化学催化剂来解毒废气
“不出所料，路边的浓度最高
" 对距离道路不同距离的树木进行比较后发现，在50到150英尺的距离上，磁性粒子的浓度有所下降
研究人员说，这可能是由于离汽车的距离，但也可能是由于海拔，因为树木的横断面上升了一个小山丘
人造松树 现在，该团队与大气科学家甘内特·哈尔和化学工程师凯利·凯利联手，探索这项研究提出的其他问题
他们开发了一种新的被动空气监测器——一种三维印刷的人造松枝，带有捕捉微粒的针
人造针安装在天然针旁边，可以作为一个实验平台，更清楚地了解颗粒是如何以及何时落在常青针上的，结果可以直接与哈尔和凯利实验室设备测量的颗粒分布进行比较
“如果我们有一场大雨，我们可以在那场雨之前和之后去收集，看看每次下雨时这个信号是否被冲走了，”雷-唐宁说
“还是说生物针实际上比合成针更能吸收物质并更长时间地保持这种信号？” 每棵树都是一个潜在的数据点，松针分析可以更全面地了解城市地区空气污染的原因、时间和原因，显示几十英尺范围内的空气质量变化
李伯特说，这种分析既简单又便宜
“我们已经有了很多树木，”李伯特说
“它们的成本相当低
因此这使得我们监测山谷空气污染的能力更加民主化
这很容易输出到任何社区
它让我们用更少的资源做更多的事情，或者这是我们的希望
"
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