Die Niederländische App Verwandelt Smartphones In Aerosol-Verschmutzungs-Tracker

Bürgerwissenschaftler melden bereits mit ihren Handys mithilfe kostenloser Apps Roadkill, Lichtverschmutzung und invasive Pflanzen. Im Jahr 2013 gingen niederländische Forscher jedoch noch einen Schritt weiter und verwandelten Smartphones in wissenschaftliche Instrumente.

Mit einem kostengünstigen Kamera-Add-On und einer App für direkte Freiwillige haben die Wissenschaftler laut einer neuen Studie bewiesen, dass sie die Fähigkeit zur Verfolgung der Umweltverschmutzung aktueller Satelliten und bodengestützter Instrumente erreichen und in einigen Fällen sogar übertreffen können.

"Die Genauigkeit der Crowdsourcing-Messungen ist so gut wie bei jedem professionellen Instrument", sagte Projektleiter Frans Snik, Astronom an der Universität Leiden in den Niederlanden.

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Das aufsteckbare optische Gerät namens iSPEX verwandelt eine Smartphone-Kamera in ein Spektropolarimeter, ein Instrument, das misst, wie winzige Luftverschmutzungspartikel, sogenannte Aerosole, das Sonnenlicht streuen. Die Technologie wurde gegenüber dem SPEX-Instrument modifiziert, einer größeren Version für Weltraummissionen, die Erde und Mars umkreisen.

Eine einzelne iSPEX-Aufnahme ist alles andere als genau. 6.007 Bilder, die alle am selben Tag aufgenommen wurden, können jedoch eine Genauigkeit von mindestens 2 Kilometern erreichen, was gut genug ist, um Verschmutzungsquellen aufzuspüren, berichteten die Forscher in einer Studie, die am 27. Oktober in der Zeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde.

Das iSPEX-Team war auf Anfrage des niederländischen Nationalen Instituts für öffentliche Gesundheit und Umwelt motiviert, von Satelliten auf Smartphones umzusteigen, sagte Snik. Das Institut hatte nach bodengestützten Instrumenten gefragt, die mehr Informationen über die Größe und chemische Zusammensetzung von Aerosolen liefern könnten.

Hohe Aerosolspiegel in unteren Schichten der Atmosphäre, in denen Menschen leben und atmen, können sich direkt auf die Gesundheit auswirken, da die feinen Partikel die Lunge schädigen und Erkrankungen wie Asthma verschlimmern können. Aerosole weiter oben in der Atmosphäre können auch eine Rolle beim Klimawandel spielen - verschiedene Arten von Aerosolen helfen, den Planeten entweder zu kühlen oder zu heizen.

Da es immer noch viele Unsicherheiten hinsichtlich der Aerosole und ihrer Auswirkungen gibt, möchten die Forscher die Techniken zur Messung der mikroskopischen Tröpfchen und des Staubes verbessern.

"Die Niederlande sind ein Hot Spot für Aerosolverschmutzung in Europa", sagte Snik gegenüber Live Science. "Aber diese Aerosoleffekte sind so kompliziert, dass viele der Prozesse nicht sehr bekannt sind."

Nachdem sie einen Prototyp eines Kamerafilters in der Hand hatten, nahmen Snik und seine Kollegen 2012 am jährlichen Preiswettbewerb für das akademische Jahr in den Niederlanden teil. Für Projekte, die einem breiten Publikum Wissenschaft vermitteln, wurde ein Preis in Höhe von 130.000 USD (100.000 Euro) angeboten.

Das iSPEX-Widget schlug eine Wanderausstellung über die Wissenschaft von Liebe und Sex und einige Polarforscher aus.

Das Preisgeld finanzierte die App und den Werkslauf von 10.000 Filtern und löste einen Medienblitz aus, der mehr als 8.000 Freiwillige sammelte.

Bis 2013 wartete die einzige Hürde auf einen wolkenfreien Tag in den notorisch regnerischen Niederlanden. Am 8. Juli war das Wetter endlich klar.

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Mehr als 3.000 Menschen haben am sonnigen Julitag mit dem iSPEX-Filter Bilder aufgenommen. Laut Snik waren die Aerosolwerte relativ hoch, da Rauch von Waldbränden in Nordamerika über den Atlantik strömte. Zwei weitere Tests mit weniger Teilnehmern wurden später im Juli und im September durchgeführt.

Die App weist die Menschen an, mit der Sonne im Rücken zu stehen und Fotos vom Horizont bis zum Zenit zu machen. Je größer die Menge der Aerosole in der Luft ist, desto weniger blau und polarisiert erscheint der Himmel. Die Fotos geben Auskunft über die Gesamtmenge an Aerosolen, die Partikelgröße und die Partikeltyp. Ein Farbcode bietet eine sofortige Rückmeldung. Die Ergebnisse reichen von Blau für niedrige Aerosole bis Braun für hohe Aerosole.

Die Ergebnisse waren genauer als das Team gehofft hatte, aber Snik sagte, er erwarte nicht, dass der Telefonfilter teurere Instrumente ersetzen würde. Stattdessen könnten Freiwillige blinde Flecken ausfüllen, die von aktuellen Messnetzwerken übersehen werden, oder dazu beitragen, die Genauigkeit der Verschmutzungsverfolgung in städtischen Gebieten zu verbessern, in denen die Aerosolmischung komplex ist, sagte er.

"Es ist wirklich dazu gedacht, Informationen zu allem hinzuzufügen, was bereits da draußen ist", sagte er.

Das iSPEX-Team plant, das Projekt mit einem Zuschuss, der die öffentlichen Aktivitäten in Europa während des Internationalen Jahres des Lichts 2015 unterstützt, auf andere Länder auszudehnen.