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

De lucht die we inademen is een complex mengsel van onzichtbare gassen en minuscule vaste deeltjes. Onder deze deeltjes zijn de gevaarlijkste de fijne stofjes en roetdeeltjes, klein genoeg om diep in onze longen door te dringen en zelfs in onze bloedbaan terecht te komen. Wetenschappers noemen dit fijnstof. Wanneer deze deeltjes minder dan 2,5 micrometer breed zijn, worden ze aangeduid als PM2,5; wanneer ze iets groter zijn, tot 10 micrometer, zijn ze PM10. Hoewel deze metingen technisch kunnen klinken, is de realiteit simpel: hoe meer van deze deeltjes er in de lucht zweven, hoe groter het risico voor de menselijke gezondheid, wat alles veroorzaakt van hoesten en astma tot ernstige hart- en longziekten. In veel delen van de wereld, vooral in snelgroeiende steden gelegen in valleien, wordt de lucht dik van deze vervuilende stoffen. De uitdaging voor wetenschappers is niet alleen om de lucht op één plek te meten, maar om te begrijpen hoe vervuiling beweegt en verandert over een hele stad, van het drukke centrum tot de rustigere randen, en hoe de vorm van het landschap en het weer deze schadelijke stofjes vasthouden of wegvoeren.

In de Kathmandu-vallei in Nepal, een komvormige bekkengesteld omringd door bergen, is de luchtkwaliteit een ernstige crisis voor de volksgezondheid geworden. De vorm van deze vallei zelf, met zijn steile wanden en vlakke bodem, werkt als een deksel op een pot, waardoor de lucht wordt gevangen en niet weg kan stromen. Deze natuurlijke val is vooral effectief tijdens de winter, wanneer koude lucht dicht bij de grond blijft liggen en de wind verhindert de atmosfeer te mengen. Jarenlang wisten onderzoekers dat het stadscentrum vervuild is, maar zij misten een duidelijk beeld van hoe de luchtkwaliteit verschilt in de omliggende steden en hoe de vervuiling van seizoen tot seizoen verschuift. Traditionele luchtbewakingsstations zijn duur en vereisen aanzienlijk onderhoud, waardoor ze vaak schaars zijn, wat grote hiaten in onze kennis achterlaat. Om deze hiaten op te vullen, combineerde een team van onderzoekers van Tribhuvan University gegevens van officiële overheidsmonitoren met een nieuw netwerk van betaalbare, goedkope sensoren. Door deze sensoren zowel in de dichte stedelijke kern als in de snel ontwikkelende perifere gemeenten te plaatsen, creëerden zij een gedetailleerde, hoog-resolutie kaart van de lucht in de vallei.

De studie, die de dagelijkse luchtkwaliteitsgegevens van 2023 tot 2024 analyseerde, onthulde een hardnekkig en schrijnend probleem. De lucht in het stadscentrum is consequent slechter dan in de omliggende gebieden. Gemiddeld zag de stedelijke kern PM2,5-concentraties van 40,71 microgram per kubieke meter, terwijl de perifere gebieden 27,22 microgram per kubieke meter maten. Dit verschil is niet slechts een kleine fluctuatie; het vertegenwoordigt een significante ongelijkheid in blootstelling. Tijdens de droge seizoenen, specifiek de winter en de periode vóór de moessonregens, kan de vervuiling in het stadscentrum tot 1,6 keer hoger zijn dan in de buitenwijken. De onderzoekers ontdekten dat het stadscentrum een hotspot is waar lokale bronnen, zoals zwaar verkeer, constructiestof en industriële emissies, zich ophopen bovenop de achtergrondvervuiling die de hele vallei treft. In contrast hiermee profiteren de buitengebieden, hoewel nog steeds vervuild, van een iets betere luchtmenging en minder geconcentreerde lokale bronnen.

De timing van de vervuiling vertelt een even belangrijk verhaal. De lucht is het schoonst tijdens het moessonseizoen, wanneer zware regenval het stof en roet uit de lucht wast. Echter, zelfs tijdens deze natste tijd worstelt het stadscentrum nog steeds om aan de veiligheidsrichtlijnen te voldoen. Wanneer de regen stopt en het droge seizoen begint, verslechtert de luchtkwaliteit snel. De slechtste maanden zijn januari en april, wanneer de combinatie van koude, stilstaande lucht en droge omstandigheden ervoor zorgt dat vervuilende stoffen tot gevaarlijke niveaus accumuleren. Tijdens deze droge periodes overschrijdt het stadscentrum de veiligheidslimieten van de Wereldgezondheidsorganisatie bijna elke dag. De studie toonde aan dat in de winter en de pre-moessonseizoenen het stadscentrum nul dagen had waarop de lucht aan de strikte internationale veiligheidsnormen voldeed. Dit is ver verwijderd van een incidentele schone dag; het is een staat van chronische, dagelijkse blootstelling aan gevaarlijke stoffen.

Een van de meest onthullende bevindingen was hoe het type vervuiling verandert afhankelijk van waar je bent. In het stadscentrum is de lucht gevuld met een mix van fijne deeltjes en grover stof, waarschijnlijk opgewerveld door voertuigen en bouwwerkzaamheden. In de perifere gebieden wordt de vervuiling gedomineerd door fijnere deeltjes, die vaak afkomstig zijn van het verbranden van biomassa voor koken of verwarming. De onderzoekers keken ook naar de vraag of de vervuilingspatronen veranderden tussen werkdagen en weekenden. Zij vonden vrijwel geen verschil. De lucht bleef op zaterdagen en zondagen net zo vervuild als op maandagen. Dit suggereert dat de belangrijkste drijfveren van de vervuiling in de vallei niet alleen het dagelijkse forenzenverkeer zijn, dat op weekends wellicht afneemt, maar continue bronnen zoals baksteenovens en industriële operaties die zeven dagen per week doorgaan. Deze faciliteiten houden het achtergrondniveau van de vervuiling hoog, ongeacht de dag.

De studie onderzocht ook waar de vervuiling vandaan komt tijdens de ergste episodes. Door het pad van luchtmassa's te volgen, ontdekten de onderzoekers dat tijdens extreme vervuilingsperioden de wind vaak uit het westen waait, waarbij stof en rook van de uitgestrekte vlaktes van India over de grens de Kathmandu-vallei in wordt gevoerd. Dit betekent dat de luchtkwaliteit van de stad niet alleen een lokaal probleem is, maar ook sterk wordt beïnvloed door regionale weerpatronen en emissies uit buurlanden. Wanneer de wind uit het westen waait, brengt het een verse lading vervuilende stoffen mee die in de kom van de vallei gevangen wordt, wat de lokale emissies versterkt. Dit grensoverschrijdend transport verklaart waarom pieken in de vervuiling kunnen optreden, zelfs wanneer de lokale omstandigheden beheersbaar lijken.

De onderzoekers concludeerden dat het vertrouwen op slechts enkele officiële bewakingsstations niet voldoende is om de ware aard van luchtvervuiling in een complexe stad als Kathmandu te begrijpen. Het gebruik van goedkope sensoren bleek essentieel om de scherpe verschillen in luchtkwaliteit tussen het stadscentrum en de buitenwijken vast te leggen, waardoor een niveau van detail aan het licht kwam dat voorheen ontbrak. De gegevens tonen aan dat hoewel de gehele vallei lijdt onder een slechte luchtkwaliteit, de last niet gelijkmatig verdeeld is. De mensen die in de stedelijke kern wonen, lopen een veel groter risico omdat zij lucht inademen die aanzienlijk toxischer is dan die van hun buren in de perifere gemeenten. De studie benadrukt dat het beheersen van deze crisis een begrip vereist van zowel deze lokale verschillen als de regionale krachten die hen aansturen. Zonder zowel de lokale bronnen, zoals verkeer en baksteenovens, als het regionale transport van vervuilende stoffen aan te pakken, zal de lucht in Kathmandu waarschijnlijk voor onvoorzienbare tijd onveilig blijven. De bevindingen bieden een duidelijk, op bewijs gebaseerd fundament voor het creëren van gerichte strategieën om de volksgezondheid te beschermen, waarbij wordt gewaarborgd dat het beheer van de luchtkwaliteit niet alleen het stadscentrum bereikt, maar de gehele vallei.