Um novo estudo publicado pelos Proceedings of the National Academy of Sciences dos Estados Unidos da América (PNAS) está prevendo um futuro sombrio para os incêndios florestais e a fumaça tóxica resultante. Aqui está o resumo do estudo recém-concluído:
Publicação de pesquisa completa: https://www.pnas.org/content/118/2/e2011048118#F1
Aumento de incêndios florestais globais mortais
Aumentos dramáticos e mortais recentes na atividade global de incêndios florestais aumentaram a atenção sobre as causas dos incêndios florestais, suas consequências e como o risco de incêndios florestais pode ser mitigado. Aqui, reunimos dados sobre o risco de mudança e o fardo social do incêndio florestal nos Estados Unidos. Estimamos que cerca de 50 milhões de casas estão atualmente na interface urbano-selvagem nos Estados Unidos, um número aumentando em 1 milhão de casas a cada 3 anos. Para ilustrar como as mudanças na atividade de incêndios florestais podem afetar a poluição do ar e os resultados de saúde relacionados, e como essas ligações podem guiar a ciência e as políticas futuras, desenvolvemos um modelo estatístico que relaciona dados de incêndio e fumaça baseados em satélite às informações de estações de monitoramento de poluição.
Incêndios florestais são responsáveis por até 25% do material particulado de PM2.5 nos Estados Unidos
Usando o modelo, estimamos que os incêndios florestais foram responsáveis por até 25% de PM2.5 (material particulado com diâmetro <2.5 μm) nos últimos anos nos Estados Unidos, e até a metade em algumas regiões ocidentais, com padrões espaciais na exposição à fumaça ambiente que não seguem gradientes de exposição à poluição socioeconômica tradicional. Combinamos o modelo com cenários estilizados para mostrar que as intervenções de gestão de combustível podem ter grandes benefícios para a saúde e que os impactos futuros na saúde da fumaça de incêndios florestais induzida pelas mudanças climáticas podem se aproximar dos aumentos gerais projetados na mortalidade relacionada à temperatura devido às mudanças climáticas, mas que ambas as estimativas permanecem incerto. Usamos os resultados do modelo para destacar áreas importantes para pesquisas futuras e tirar lições para a política.
Queimar áreas de incêndios florestais nos EUA é de até 400% nas últimas quatro décadas
Nas últimas quatro décadas, a área queimada por incêndios florestais quase quadruplicou nos Estados Unidos (FIG. 1A) (1) Este rápido crescimento foi impulsionado por uma série de fatores, incluindo o acúmulo de combustíveis devido a um legado de supressão de incêndios no último século (2) e um aumento mais recente na aridez do combustível (FIG. 1B, mostrado para o oeste dos Estados Unidos), uma tendência que deve continuar com o aquecimento do clima (3, 4) Esses aumentos ocorreram paralelamente a um aumento substancial no número de casas na interface urbano-selvagem (WUI). Usando dados sobre o universo de localizações de residências nos Estados Unidos e mapas de cobertura do solo nacionais atualizados, atualizamos estudos anteriores (5, 6) e estimam que haja agora ∼49 milhões de casas residenciais na WUI, um número que tem aumentado em cerca de 350,000 casas por ano nas últimas duas décadas (FIG. 1C e Apêndice SI) Como o esforço de combate a incêndios se concentra substancialmente na proteção de residências privadas (7), esses fatores contribuíram para um aumento constante nos gastos com a supressão de incêndios florestais pelo governo dos EUA (FIG. 1D), que nos últimos anos totalizou ∼ $ 3 bilhões / ano em despesas federais (1) A área total prescrita para queimadas aumentou no sudeste dos Estados Unidos, mas permaneceu em grande parte plana em outros lugares (FIG. 1E), sugerindo a muitos que há subinvestimento nesta estratégia de mitigação de risco, dado o enorme crescimento geral do risco de incêndio florestal (8).
Tendências nas causas e consequências do incêndio florestal. (A e B) Aumentos na área queimada em terras públicas e privadas dos EUA (A) (1) foram impulsionados em parte pelo aumento da aridez do combustível, mostrado aqui no oeste dos Estados Unidos (4) (B). (C e D) O número de residências na WUI também aumentou rapidamente (C, nossos cálculos; Apêndice SI), que tem contribuído para o aumento dos custos de supressão (D) incorridos pelo governo federal. (E) A área de queima prescrita aumentou substancialmente no Sul, mas é plana em todas as outras regiões (1) (F e G) Os dias de fumaça aumentaram em todos os Estados Unidos (F), talvez prejudicando as melhorias decadais na qualidade do ar nos Estados Unidos (G). (H) Calculamos uma proporção crescente de atribuível à fumaça de incêndios florestais, especialmente no Ocidente. As linhas vermelhas e azuis em cada gráfico indicam ajustes lineares aos dados históricos, com declives relatados no canto superior esquerdo de cada painel; todos são significativamente diferentes de zero (P <0.01 para cada um), exceto para queimadura prescrita em regiões fora do Sul. As linhas vermelhas indicam que os dados subjacentes são de estudos publicados ou dados do governo, e as linhas azuis indicam novas estimativas deste artigo.
Crescentes preocupações
Quais são as consequências dessa mudança na atividade do fogo para a qualidade geral do ar e para os resultados de saúde, e como a política deve responder? Grandes aumentos na atividade de incêndios florestais foram acompanhados por aumentos substanciais no número de dias com qualquer fumaça no ar nos Estados Unidos (FIG. 1F), conforme estimado a partir de dados de satélite (9) Esses aumentos foram observados em todo o território continental dos Estados Unidos, não apenas no Ocidente, e ameaçam desfazer as melhorias substanciais na qualidade do ar observadas nos Estados Unidos nas últimas duas décadas (FIG. 1G) As impressões digitais do incêndio florestal já são visíveis nas concentrações de carbono orgânico de primavera e verão de tendência ascendente observadas em áreas rurais no sul e oeste dos EUA (Apêndice SIFig. S1), respectivamente, e os estudos descobriram que ter qualquer fumaça no ar pode aumentar a morbidade e mortalidade entre as populações expostas (10, 11).
Um desafio para centros populacionais
Um desafio em compreender a contribuição mais ampla da mudança da atividade do incêndio florestal para a qualidade do ar é a dificuldade em vincular com precisão a atividade do fogo a exposições a poluentes relacionadas em centros populacionais frequentemente distantes (12) Medidas de exposição à fumaça baseadas em satélite estão cada vez mais disponíveis e são atraentes porque o monitoramento de pluma liga intuitivamente as regiões de origem e receptor. Esses dados, no entanto, ainda não podem ser usados para medir com precisão a densidade da fumaça ou para separar a fumaça no nível da superfície da fumaça mais alta na coluna atmosférica e, portanto, são difíceis de vincular às relações de exposição-resposta à saúde existentes (13, 14) Modelos de transporte químico (CTMs), que podem modelar diretamente o movimento e a evolução das emissões de incêndios florestais, oferecem uma abordagem alternativa para vincular as concentrações locais de poluição a atividades específicas de incêndio. No entanto, a geração de estimativas de exposição precisas de CTMs requer a superação de várias incertezas importantes no caminho entre a fonte e o receptor. Em primeiro lugar, grandes incertezas nos inventários de emissões de incêndios florestais mostraram levar a muitas diferenças nos dados atribuídos aos incêndios florestais (partículas com diâmetro <2.5 μm) concentrações nos Estados Unidos (e> 20 × diferenças regionais em anos de alto incêndio) quando diferentes inventários são usados como entrada para o mesmo CTM (15, 16), e a integração de observações de satélite melhora apenas ligeiramente o desempenho (17) Em segundo lugar, as condições detalhadas em torno das emissões, como a altura das injeções de emissões e meteorologia muito localizada e seu transporte podem não ser capturadas por modelos e podem impactar drasticamente as estimativas de exposição a jusante (18, 19) Finalmente, as representações CTM da química atmosférica podem não capturar com precisão a evolução da fumaça do incêndio florestal (20⇓⇓⇓-24) Além da incerteza relacionada ao modelo, a despesa computacional de executar CTMs em grandes escalas espaciais e temporais significa que os modelos raramente são validados em comparação com a longa série de medições de concentração disponíveis em centenas de estações terrestres nos Estados Unidos.
Imagens de fumaça de satélite
Para entender melhor a mudança na contribuição do incêndio florestal para a exposição ao material particulado nos Estados Unidos e para ilustrar as principais questões científicas e políticas remanescentes na interseção do incêndio florestal, poluição e clima, treinamos e validamos um modelo estatístico que relaciona as mudanças nas estimativas de satélite exposição à nuvem de fumaça e atividade de fogo em solo medido concentrações em todas as regiões dos Estados Unidos (Apêndice SIFig. S2) Nosso modelo é especialmente treinado para prever variação em ao longo do tempo em muitos locais individuais - variação que é cada vez mais explorada para entender como as mudanças nos poluentes atmosféricos afetam os principais resultados de saúde. Nossa abordagem não depende de inventários de emissões incertos e alivia as dificuldades na modelagem da dispersão da pluma, e os resultados podem ser facilmente validados em relação a mais de uma década de dados terrestres nos quais o modelo não foi treinado. As estimativas do modelo são robustas para formas alternativas de incorporar dados de incêndio e pluma (Apêndice SI, Fig. S3 e Tabelas S1-S3) e desempenho na previsão de variação em geral está no mesmo nível das abordagens baseadas em sensoriamento remoto (Apêndice SIFig. S4) e excede o desempenho relatado de CTMs (Apêndice SI) Comparamos as estimativas desta abordagem de forma reduzida com outras estimativas específicas da região de concentrações de fumaça na literatura, descobrindo que nossa abordagem fornece estimativas semelhantes da participação de da fumaça como estudos recentes cobrindo regiões ou períodos menores (Apêndice SIFig. S5).
PM2.5 de incêndios selvagens, contribuindo com até metade de todas as PM2.5 no oeste
Nossos resultados mostram que a contribuição da fumaça do incêndio florestal para PM2.5 as concentrações nos EUA aumentaram substancialmente desde meados dos anos 2000 e, nos últimos anos, representaram até metade do total de PM2.5 exposição nas regiões ocidentais em comparação com <20% há uma década (FIG. 1H) Enquanto aumenta a contribuição da fumaça para PM2.5 estão concentrados no oeste dos EUA, eles também podem ser vistos em outras regiões (FIG. 2 A e B), resultado do transporte de longa distância de fumaça de grandes incêndios. De fato, nas regiões centro-oeste e leste dos Estados Unidos, estima-se que uma parcela crescente da fumaça seja originada de incêndios no oeste ou fora dos Estados Unidos (13) (FIG. 2 C e D), espelhando descobertas recentes sobre o movimento transfronteiriço substancial de dentro dos Estados Unidos (25) Os padrões de exposição também são pertinentes aos debates sobre justiça ambiental: Descobrimos que, embora os condados com maiores proporções de brancos não hispânicos na população estejam menos expostos ao total , como há muito se reconhece na comunidade de justiça ambiental, eles estão, na verdade, mais expostos, em média, ao ambiente da fumaça do incêndio (FIG. 2 E e F) Como essas diferenças no ambiente à base de fumaça a exposição traduzida em exposições individuais reais dependerá de uma variedade de fatores individuais, incluindo disparidades no tempo gasto ao ar livre e nas características dos ambientes internos de casa e de trabalho, muitos dos quais podem estar relacionados a fatores socioeconômicos. Por exemplo, a infiltração de poluentes externos nas residências é conhecida por ser maior, em média, para residências menores e mais antigas e para residências de baixa renda (26), e essas diferenças podem levar a disparidades na exposição individual geral, mesmo que as exposições ambientais não sejam diferentes.
A quantidade, fonte e incidência de fumaça de incêndio florestal. (A e B) Microgramas médios previstos por metro cúbico de atribuível à fumaça de incêndio florestal em 2006 a 2008 e 2016 a 2018, conforme calculado a partir de um modelo estatístico de dados de pluma de fumaça derivados de satélite. (C) Parcela de fumaça originada fora dos Estados Unidos, junho a setembro de 2007 a 2014 (calculada a partir da ref. 13), com uma quantidade substancial de fumaça no Nordeste e Centro-Oeste originada de incêndios canadenses e cerca de 60% da fumaça no Nordeste originada fora do país; nacionalmente, estima-se que ∼11% da fumaça seja originada fora do país. (D) A parcela da fumaça originada no oeste dos Estados Unidos, de junho a setembro de 2007 a 2014. A fumaça originária do oeste dos Estados Unidos representa 54% da fumaça experimentada no resto dos Estados Unidos. (E e F) Os gradientes de exposição racial são opostos para o material particulado da fumaça em comparação com o material particulado total: Nos Estados Unidos, condados com uma proporção maior de população de brancos não hispânicos têm exposição média menor ao material particulado, mas exposição ambiental média mais alta a particulado de fumaça (P <0.01 para ambas as relações).
Quais são as opções de políticas futuras?
Essas tendências e padrões destacam pontos importantes de tensão entre a regulamentação existente da qualidade do ar e a crescente ameaça da fumaça do incêndio florestal e levantam importantes questões de pesquisa sem respostas que serão críticas para informar a escolha de políticas. As abordagens atuais de regulamentação nos Estados Unidos tratam a qualidade do ar principalmente como um problema local, em que os condados são penalizados se as concentrações de poluentes excederem os limites designados de curto ou longo prazo. A regulamentação atual sob a Lei do Ar Limpo também isenta potencialmente a fumaça de incêndio florestal - mas não a fumaça de queimadas prescritas - da designação de obtenção. Essas abordagens parecem estar em desacordo com a natureza transfronteiriça e a crescente contribuição da fumaça do incêndio florestal para a qualidade do ar.
Para melhor orientar a política, uma primeira contribuição científica chave será uma melhor quantificação das exposições à fumaça e métodos acordados para validar essas exposições. Ambas as abordagens estatísticas e baseadas em transporte para avaliação da exposição têm seus pontos fortes e fracos, e o desempenho de ambas deve ser avaliado com base em métricas relevantes para a medição das respostas de saúde a jusante. Em particular, para isolar a exposição à fumaça de possíveis fatores de confusão, a maioria das abordagens estatísticas em estudos recentes de impacto na saúde usa a variação ao longo do tempo na exposição à poluição para estimar os efeitos na saúde. Isso implica que os modelos de fumaça usados para estimar os impactos na saúde devem ser avaliados em sua capacidade de prever a variação temporal em em locais relevantes, não apenas padrões espaciais em níveis; a maioria dos esforços de validação existentes concentra-se no último. Para evitar o sobreajuste, essas avaliações devem ser feitas em dados de solo não usados no treinamento do modelo. Nosso modelo mostra como uma abordagem estatística relativamente simples pode prever com razoável precisão a variação em , mas tais abordagens - sozinhas ou em combinação com CTMs - podem provavelmente ser melhoradas substancialmente. [Embora não os consideremos aqui, a atividade intensificada de incêndios florestais também pode ter impactos negativos significativos na qualidade da água por meio do aumento do escoamento e subsequente suspensão de partículas, traços de metais e produtos químicos (27); medir melhor essas exposições e seus impactos na saúde é outra área-chave para pesquisa.]
Uma segunda questão científica importante é a natureza das respostas de saúde à fumaça de incêndios florestais. Evidências crescentes indicam uma gama de consequências negativas para a saúde associadas à exposição à fumaça de fogo (10, 28), consistente com uma vasta literatura sobre as consequências mais amplas do ar poluído para a saúde. As evidências mais recentes sugerem que não existe um nível "seguro" de exposição aos principais poluentes, como (29, 30), mas as diferenças na forma da função de resposta à poluição e à saúde em baixos níveis de exposição podem ter grandes implicações nos benefícios da redução da poluição.
Para ilustrar essa sensibilidade, combinamos as mudanças de poluição previstas em nosso modelo estatístico com três funções de resposta de mortalidade publicadas recentemente (29, 31, 32) para simular mudanças na mortalidade de idosos previstas por várias mudanças em exposição induzida pela mitigação da fumaça do incêndio florestal. Guiado por estimativas existentes de como a queima prescrita reduz a atividade de incêndio florestal subsequente (33) (Apêndice SI), avaliamos cenários estilizados nos quais o uso de queima prescrita altera a distribuição interanual e a quantidade geral de da fumaça. As estimativas do número anual de vidas salvas entre adultos mais velhos para uma determinada mudança na fumaça diferem por um fator de 3 nas funções de resposta publicadas, implicando em grandes diferenças médias nos benefícios da mitigação da fumaça (FIG. 3) Também faltam evidências sobre se certas populações são mais suscetíveis à exposição à fumaça (10, 28).
As consequências para a saúde das mudanças na exposição à fumaça dependem da função dose-resposta presumida e da magnitude das mudanças na fumaça causadas pelo gerenciamento ou pelo clima. (A) Distribuições de para todos os anos de células de grade nos Estados Unidos contíguos, de 2006 a 2018, sob várias estratégias estilizadas de gestão de incêndios florestais e cenários de mudança climática (ver Apêndice SI para detalhes). A distribuição da linha de base do total previsto de todas as fontes está em preto. As distribuições de cinza mostram cenários alternativos em que o tempo e / ou quantidade de fumaça geral relacionada é alterada por meio de intervenções de gestão ou aumentada devido ao clima, incluindo a (hipotética) eliminação total da fumaça . (B e C) Número anual de mortes prematuras evitadas na população dos EUA com mais de 65 anos para cada estratégia de gestão, calculado combinando o distribuições em A com publicação de longo prazo funções de exposição-resposta representadas em C (29, 31, 32).
Estratégias de gerenciamento de incêndios florestais
Os grandes benefícios potenciais para a saúde da mitigação da fumaça também levantam questões importantes sobre as estratégias de gestão de incêndios florestais. Por exemplo, as evidências existentes não fornecem uma compreensão abrangente de como uma determinada intervenção de queima prescrita mudará o tempo, a quantidade e a distribuição espacial da fumaça, e descobrimos que estimativas alternativas da eficácia da queima prescrita na redução do tamanho subsequente dos incêndios florestais (33) pode levar a diferenças mais do que o dobro nos benefícios de saúde estimados de queimaduras prescritas (FIG. 3) Da mesma forma, os esforços atuais de supressão de incêndio enfocam compreensivelmente na proteção de casas e estruturas, mas o impacto geral sobre a saúde da população de um incêndio florestal altamente poluente que não ameaça as estruturas pode ser muito pior do que o de um incêndio menor que ameaça as estruturas. Além disso, as atividades de gestão de combustíveis têm como objetivo a proteção da comunidade local e os benefícios do ecossistema e não consideram os prováveis impactos de incêndios florestais em grandes populações. Trabalho quantitativo adicional é necessário para ajudar a navegar por essas difíceis compensações.
Uma terceira questão chave é se agnóstico da fonte - as funções de resposta à saúde são apropriadas para estimar os impactos específicos da fumaça do incêndio florestal na saúde. Embora seja comumente hipotetizado, a literatura existente é mista sobre se a exposição à fumaça de incêndio florestal tem impactos diferentes à saúde do que a exposição a outras fontes de (34), com algumas evidências de que as diferenças são específicas do resultado (35) A ciência aprimorada neste tópico - incluindo os investimentos necessários em monitoramento especializado para distinguir poluentes específicos de incêndios florestais - será crítica para a compreensão dos impactos dos incêndios florestais.
Quarto, como a interação da mudança climática e do risco de incêndio florestal pode moldar as prioridades das políticas? O aquecimento do clima é responsável por cerca de metade do aumento da área queimada nos Estados Unidos (4), e as futuras mudanças climáticas podem levar a uma duplicação adicional das emissões de partículas relacionadas ao incêndio florestal em áreas propensas a incêndios (36) ou um aumento de muitas vezes na área queimada (37, 38) Os custos desses aumentos incluem os custos econômicos e de saúde a jusante da exposição à fumaça, bem como o custo das atividades de supressão, perda direta de vidas e propriedades e outras medidas adaptativas (por exemplo, cortes de energia) que têm consequências econômicas generalizadas. Atualmente, não se sabe se a contabilização desses custos relacionados ao incêndio aumenta significativamente os danos econômicos gerais estimados das mudanças climáticas.
Quanto isso custará?
Para começar a quantificar o possível custo dos aumentos de incêndios florestais induzidos pelo clima, usamos nosso modelo estatístico e cenários estilizados para calcular a mudança na exposição à fumaça e a mortalidade resultante associada aos aumentos projetados no risco de incêndios florestais. Usando aumentos projetados na fumaça futura amplamente consistentes com a literatura existente (36⇓-38), calculamos que o aumento da mortalidade devido à fumaça de incêndios florestais induzida pelas mudanças climáticas pode se aproximar dos aumentos gerais projetados na mortalidade relacionada à temperatura - ela própria o maior contribuinte estimado para danos econômicos nos Estados Unidos (39) (Apêndice SI) Estudos mais detalhados são necessários para refinar essas estimativas em termos de sua magnitude, sua especificidade geográfica e as subpopulações específicas que podem ser as mais afetadas. Uma questão política fundamental relacionada será se e em que grau modificar as exceções atuais à Lei do Ar Limpo concedida aos estados por impactos da poluição da fumaça de incêndios florestais, já que estes corroem os ganhos dos esforços destinados a reduzir de outras fontes de poluição.
Qual é a conexão entre incêndios florestais e infecções por Covid-19?
Finalmente, os incêndios florestais têm interagido fortemente com a pandemia de COVID-19 de maneiras que requerem mais estudos. A COVID-19 tem, até certo ponto, impedido a capacidade do governo e do setor privado de responder ao risco de incêndios florestais, antes, enquanto e depois dos incêndios. A escala da temporada de incêndios florestais de 2020 em muitas partes do oeste, onde a seca na estação chuvosa de 2019 a 2020 se seguiu ao acúmulo de combustíveis durante uma temporada relativamente úmida de 2018 a 2019 apresentou desafios particularmente agudos. Os treinamentos de bombeiros selvagens foram atrasados ou às vezes cancelados, as tripulações de bombeiros condenados não estavam disponíveis devido à liberação antecipada das prisões estaduais para evitar surtos de COVID, muitos tratamentos de gestão de combustíveis não ocorreram no inverno e na primavera, os serviços públicos enfrentaram pelo menos alguns atrasos nas atividades de redução do risco de incêndio florestal, e as abordagens tradicionais para a evacuação de incêndios florestais têm se mostrado mais desafiadoras devido à capacidade reduzida nos centros de evacuação resultante dos requisitos de distanciamento social. Atualmente, não se sabe, mas é provável que a temporada histórica de incêndios e os consequentes impactos da fumaça também tenham piorado os resultados de saúde relacionados ao COVID, pois as primeiras evidências sugerem que a exposição à poluição do ar aumenta os casos de COVID e as mortes nos Estados Unidos (40, 41) (um achado consistente com a relação entre poluição e outras doenças respiratórias virais) (42, 43) Uma melhor compreensão causal do impacto da poluição do ar nos resultados de COVID, incluindo os de incêndios florestais, é uma prioridade de pesquisa criticamente urgente, e os estudiosos forneceram diretrizes sobre como as relações poluição do ar / COVID podem ser melhor estudadas (44) Os resultados desta pesquisa podem ser importantes para orientar esforços de combate a incêndios com restrições financeiras e trabalhistas e estratégias de gerenciamento de combustíveis à medida que a pandemia continua.
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