Spatio-temporal assessment of PM2.5 and PM10 pollution in core and peripheral municipalities of the Kathmandu valley using regulatory and low-cost sensor data

إن الهواء الذي نتنفسه هو خليط معقد من الغازات غير المرئية والجسيمات الصلبة الدقيقة. ومن بين هذه المكونات، الأكثر خطورة هي ذرات الغبار والسخام الدقيقة، وهي صغيرة بما يكفي لتتسلل إلى أعماق رئتينا وحتى تدخل إلى مجرى دمائنا. يطلق العلماء على هذه الجسيمات اسم "المواد الجسيمية". وعندما يكون عرض هذه الجسيمات أقل من 2.5 ميكرومتر، تُصنف على أنها PM2.5؛ وعندما تكون أكبر قليلاً، حتى 10 ميكرومتر، تُصنف على أنها PM10. وبينما قد تبدو هذه القياسات تقنية، إلا أن الواقع بسيط: فكلما زاد عدد هذه الجسيمات العالقة في الهواء، زادت المخاطر على صحة الإنسان، مما يسبب كل شيء من السعال والربو إلى أمراض القلب والرئة الخطيرة. وفي أجزاء كثيرة من العالم، لا سيما في المدن سريعة النمو القابعة في الوديان، يصبح الهواء كثيفاً بهذه الملوثات. ولا يقتصر التحدي الذي يواجه العلماء على قياس الهواء في نقطة واحدة فحسب، بل في فهم كيفية تحرك التلوث وتغيره عبر مدينة بأكملة، من المركز المزدحم إلى الأطراف الأكثر هدوءاً، وكيف يحبس شكل الأرض والطقس هذه الذرات الضارة أو يطردها.

في وادي كاتماندو في نيبال، وهو حوض يشبه الوعاء محاط بالجبال، أصبحت جودة الهواء أزمة صحية عامة شديدة. فشكل هذا الوادي، بجدرانه شديدة الانحدار وأرضيته المسطحة، يعمل مثل غطاء على قدر، حيث يحبس الهواء ويمنعه من التدفق بعيداً. وهذا الفخ الطبيعي فعال بشكل خاص خلال فصل الشتاء، عندما يستقر الهواء البارد بالقرب من الأرض ويوقف الرياح عن خلط الغلاف الجوي. لسنوات، عرف الباحثون أن وسط المدينة ملوث، لكنهم افتقروا إلى صورة واضحة لكيفية اختلاف جودة الهواء في البلدات المحيطة وكيف يتغير التلوث من موسم إلى آخر. إن محطات مراقبة الهواء التقليدية باهظة الثمن وتتطلب صيانة كبيرة، لذا فهي غالباً ما تكون قليلة ومتباعدة، مما يترك فجوات كبيرة في معرفتنا. ولملء هذه الفجوات، قام فريق من الباحثين من جامعة تريبوفان بدمج البيانات من المراقبين الرسميين الحكوميين مع شبكة جديدة من المستشعرات منخفضة التكلفة. ومن خلال وضع هذه المستشعرات في كل من النواة الحضرية الكثيفة والبلديات الطرفية سريعة النمو، أنشأوا خريطة عالية الدقة لتوزيع الهواء في الوادي.

كشفت الدراسة، التي حللت بيانات جودة الهواء اليومية من عام 2023 إلى 2024، عن مشكلة صارخة ومستمرة. فالهواء في وسط المدينة هو الأسوأ باستمرار مقارنة بالمناطق المحيطة. في المتوسط، سجلت النواة الحضرية تركيزات PM2.5 بلغت 40.71 ميكروغرام لكل متر مكعب، بينما سجلت المناطق الطرفية 27.22 ميكروغرام لكل متر مكعب. وهذا الاختلاف ليس مجرد تقلب طفيف؛ بل يمثل تفاوتاً كبيراً في التعرض للمخاطر. وخلال المواسم الجافة، وتحديداً في الشتاء والفترة التي تسبق أمطار الموسم، يمكن أن يكون التلوث في وسط المدينة أعلى بمقدار 1.6 مرة من المناطق الخارجية. ووجد الباحثون أن وسط المدينة هو بؤرة ساخنة حيث تتراكم المصادر المحلية، مثل حركة المرور الكثيفة، وغبار البناء، والانبعاثات الصناعية، فوق التلوث الخلفي الذي يؤثر على الوادي بأكمله. وفي المقابل، فإن المناطق الخارجية، رغم كونها ملوثة، تستفيد من اختلاط هواء أفضل قليلاً ومصادر محلية أقل تركيزاً.

وتخبرنا توقيتات التلوث قصة لا تقل أهمية. فالهواء يكون في أنقى حالاته خلال موسم الأمطار، عندما تغسل الأمطار الغزيرة الغبار والسخام من السماء. ومع ذلك، حتى خلال هذا الوقت الأكثر رطوبة، لا يزال وسط المدينة يعاني للوفاء بإرشادات السلامة. ومع توقف الأمطار وبدء الموسم الجاف، تتدهور جودة الهواء بسرعة. وأسوأ الشهور هي يناير وأبريل، عندما تسمح حالة الهواء الراكد والبارد والظروف الجافة بتراكم الملوثات إلى مستويات خطيرة. وخلال هذه الفترات الجافة، يتجاوز وسط المدينة حدود السلامة الخاصة بمنظمة الصحة العالمية في كل يوم تقريباً. وقد أظهرت الدراسة أنه في فصلي الشتاء وما قبل الموسم المطير، لم يمر يوم واحد في وسط المدينة استوفى المعايير الدولية الصارمة للسلامة. وهذا بعيد كل البعد عن الأيام النظيفة العارضة؛ إنه حالة من التعرض المزمن واليومي للهواء الخطير.

كان أحد أكثر النتائج كشفاً هو كيفية تغير نوع التلوث بناءً على مكان تواجدك. ففي وسط المدينة، يمتلئ الهواء بمزيج من الجسيمات الدقيقة والغبار الخشن، والذي يُرجح أن يكون ناتجاً عن حركة المركبات وأعمال البناء. أما في المناطق الطرفية، فيسود التلوث بالجسيمات الأكثر دقة، والتي تأتي غالباً من حرق الكتلة الحيوية لأغراض الطبخ أو التدفئة. كما بحث الباحثون فيما إذا كانت أنماط التلوث تتغير بين أيام الأسبوع وعطلات نهاية الأسبوع، ووجدوا أنه لا يوجد فرق تقريباً. فقد ظل الهواء ملوثاً في أيام السبت والأحد تماماً كما كان في أيام الاثنين. وهذا يشير إلى أن المحركات الرئيسية للتلوث في الوادي ليست فقط حركة المرور اليومية، التي قد تنخفض في عطلات نهاية الأسبوع، بل هي مصادر مستمرة مثل أفران الطوب والعمليات الصناعية التي تعمل سبعة أيام في الأسبوع. هذه المنشآت تحافظ على بقاء مستوى التلوث الخلفي مرتفعاً، بغض النظر عن اليوم.

كما بحثت الدراسة في مصدر التلوث خلال فترات الذروة. ومن خلال تتبع مسار الكتل الهوائية، اكتشف الباحثون أنه خلال أحداث التلوث القصوى، تهب الرياح غالباً من الغرب، حاملة معها الغبار والدخان من السهول الواسعة في الهند عبر الحدود إلى وادي كاتماندو. وهذا يعني أن جودة الهواء في المدينة ليست مجرد قضية محلية، بل تتأثر بشدة بأنماط الطقس الإقليمية والانبعاثات من الدول المجاورة. فعندما تهب الرياح من الغرب، فإنها تجلب حمولة جديدة من الملوثات التي تُحبس في وعاء الوادي، مما يضاعف الانبعاثات المحلية. هذا الانتقال عبر الحدود يفسر سبب حدوث طفرات في التلوث حتى عندما تبدو الظروف المحلية تحت السيطرة.

وخلص الباحثون إلى أن الاعتماد على عدد قليل من محطات المراقبة الرسمية ليس كافياً لفهم الطبيعة الحقيقية لتلوث الهواء في مدينة معقدة مثل كاتماندو. لقد ثبت أن استخدام المستشعرات منخفضة التكلفة كان ضرورياً لالتقاط الاختلافات الحادة في جودة الهواء بين وسط المدينة والضواحي، مما كشف عن مستوى من التفاصيل كان مفقوداً في السابق. وتظهر البيانات أنه بينما يعاني الوادي بأكمله من سوء جودة الهواء، فإن العبء لا يتوزع بالتساوي. فالناس الذين يعيشون في النواة الحضرية يواجهون مخاطر أعلى بكثير، حيث يستنشقون هواءً أكثر سمية بشكل ملحوظ من جيرانهم في المناطق الطرفية. وتؤكد الدراسة أن إدارة هذه الأزمة تتطلب فهم هذه الاختلافات المحلية والقوى الإقليمية التي تحركها. وبدون معالجة كل من المصادر المحلية، مثل حركة المرور وأفران الطوب، والنقل الإقليمي للملوثات، فمن المرجح أن يظل الهواء في كاتماندو غير آمن في المستقبل المنظور. وتوفر هذه النتائج أساساً واضحاً قائماً على الأدلة لوضع استراتيجيات مستهدفة لحماية الصحة العامة، وضمان وصول إدارة جودة الهواء ليس فقط إلى وسط المدينة، بل إلى الوادي بأكمله.