Entender a dinâmica do fogo é fundamental para controlar as queimadas. Para medir o impacto desses incêndios é preciso saber as regiões mais afetadas, a frequência das queimadas e que tipo de cobertura vegetal é atingida. De 2000 a 2019, cerca de 1,5 milhão de quilômetros quadrados foram queimados pelo menos uma vez no Brasil – área que corresponde a dois Chiles. Só em territórios de vegetação nativa, a área queimada nesse período é quatro vezes a do Reino Unido. Em áreas de floresta, onde o fogo não é um fenômeno natural, foram dois Uruguais. Nestas regiões florestais, as queimadas estão relacionadas, principalmente, à ação humana – seja para desmatamento ou manejo agrícola. O Mato Grosso é o estado com maior área queimada nos últimos vinte anos – tanto em territórios de pastagem, agricultura e atividades rurais, quanto em superfícies cobertas por vegetação natural. Lá, o fogo atingiu uma mesma área, de quase 30 quilômetros quadrados, por todos os anos da última década. Isso é o equivalente a oito Central Parks queimando a cada ano, repetidamente, no Mato Grosso. Nesta semana, o =igualdades mostra o resultado de vinte anos de fogo no Brasil.
Nos últimos vinte anos, pelo menos 18% do território brasileiro foram atingidos pelo fogo. Isso significa que 1,5 milhão de quilômetros quadrados foram queimados pelo menos uma vez no Brasil desde 2000. A área afetada nesse período é equivalente a duas vezes a área do Chile.
De 2000 a 2019, 68% do território queimado no Brasil correspondia à vegetação nativa. Ou seja, cerca de 1 milhão de quilômetros quadrados queimados eram vegetação natural dos biomas brasileiros. Na Caatinga, por exemplo, mais de 80% das queimadas aconteceram em áreas de vegetação nativa. Na Amazônia, queimadas em coberturas florestais e campestres correspondem a mais da metade da área atingida pelo fogo. Ao todo, o território de vegetação nativa queimado no Brasil, nos últimos vinte anos, corresponde a quatro vezes o território do Reino Unido.
O Cerrado foi o bioma mais afetado pelo fogo nos últimos vinte anos. Além de concentrar mais da metade de todas as queimadas, a região já teve 41% do seu território atingido pelo fogo nos últimos vinte anos – mais de 825 mil quilômetros quadrados. A área corresponde a três estados de São Paulo e dois do Rio de Janeiro, somados.
Na Amazônia, mais de 420 mil quilômetros quadrados foram queimados de 2000 até 2019. As condições climáticas deste bioma fazem com que o fogo não seja um fenômeno natural. Para os pesquisadores, a ocorrência de queimadas está normalmente associada à ação do homem, seja para desmatar ou para manejo agrícola. Somente neste bioma, o fogo consumiu uma área equivalente a quatro Cubas nos últimos vinte anos.
Nos últimos vinte anos, 330 mil quilômetros quadrados foram queimados apenas em áreas de floresta. Esse processo não é natural e os pesquisadores associam essas queimadas principalmente à atividade humana. O incêndio deste tipo de cobertura vegetal pode aumentar a concentração de carbono nestas regiões – primeiro pela combustão e, posteriormente, pela progressiva mortalidade de árvores. Ao todo, a área florestal queimada no Brasil, de 2000 a 2019, é equivalente a duas vezes o território do Uruguai.
O Pantanal teve um aumento de 996% na área queimada em 2019. Em 2018, foram 1.105 quilômetros quadrados de área queimada – uma área equivalente a da cidade do Rio de Janeiro. No ano seguinte, a área atingida foi de 12.114 quilômetros quadrados, o equivalente à cidade do Rio de Janeiro e a área do todo o Líbano, somadas.
O Mato Grosso é o estado com maior área queimada nos últimos vinte anos, tanto em territórios antrópicos, usados para pastagem, agricultura e atividades rurais, quanto em vegetação natural. E o problema é recorrente: uma mesma área de quase 30 (27,98) quilômetros quadrados queimou todos os anos, por duas décadas, somente neste estado. Isso é o equivalente a oito Central Parks queimando por vinte anos no Mato Grosso.
Fontes: MapBiomas; Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística; The World Bank.
Na pandemia de Covid-19 foram ultrapassados 80 milhões de refugiados e deslocados, segundo a ONU
Apesar dos apelos para um cessar-fogo global, a violência e a perseguição estão aumentando. Unhcr: “mais um trágico marco” ultrapassado que está destinado a “crescer”. A comunidade internacional "falhou" em sua tarefa de "salvaguardar a paz". Na primeira metade do ano, o número de refugiados vulneráveis reassentados em países terceiros caiu pela metade.
A reportagem é publicada por AsiaNews, 09-12-2020. A tradução é de Luisa Rabolini.
Apesar dos repetidos apelos por um cessar-fogo e políticas compassivas durante a pandemia de Covid-19, a violência e a perseguição continuaram sem descanso e contribuíram para a expulsão de muitas pessoas de suas casas. O suficiente para atingir um número recorde entre refugiados e deslocados, nunca alcançado antes. Este é o alarme lançado hoje pelas Nações Unidas, segundo o qual até ao final de 2020 “mais de 80 milhões” de pessoas serão deslocadas.
De acordo com relatórios do Alto Comissariado da ONU para Refugiados (ACNUR), no final do ano passado o número de pessoas desenraizadas e expulsas de suas casas era de 79,5 milhões, incluindo 30 milhões de refugiados. De acordo com as estimativas preliminares para o ano que está se encerrando, o número voltou a crescer, ultrapassando os 80 milhões, bem mais que 1% da população mundial.
“Estamos superando outro marco trágico - ressalta Filippo Grandi do ACNUR - que estará destinado a crescer, a menos que os líderes mundiais parem as guerras”. Em março, o secretário-geral da ONU, Antonio Guterres, pediu um cessar-fogo global dos conflitos em tempos de pandemia, com um vírus que já matou mais de 1,5 milhão de pessoas em todo o mundo.
Um apelo que caiu no vazio, com os números do primeiro semestre de 2020 que confirmam novos deslocados na Síria, República Democrática do Congo, Moçambique, Somália e Iémen. Violências brutais também geraram novos refugiados na região do Sahel, na África Central, vítimas de estupros e execuções brutais. “Com o dobro do número de deslocados na última década - diz Grandi - a comunidade internacional falhou na tarefa de salvaguardar a paz”.
Para os especialistas das Nações Unidas, a nova pandemia de coronavírus "interrompeu todos os aspectos da vida humana e agravou ainda mais os desafios já presentes para os deslocados e apátridas". E algumas medidas implementadas pelos governos para conter as infecções têm dificultado ainda mais a tarefa de garantir proteção e segurança aos refugiados.
No auge da primeira onda em abril, pelo menos 168 países haviam fechado total ou parcialmente suas fronteiras; destes, 90 não abriram exceções para os requerentes de asilo. Em 2020, os novos pedidos de acolhimento diminuíram um terço em relação ao mesmo período do ano anterior. Ao mesmo tempo, o número de refugiados vulneráveis reassentados em países terceiros caiu pela metade (apenas 17.400 na primeira metade do ano).
Como se já não tivéssemos notícias perturbadoras o suficiente em 2020, aí vem mais uma: geólogos agora têm motivos para suspeitar que um aglomerado de ilhas do Alasca é, na verdade, parte de um gigantesco sistema vulcânico interconectado, do mesmo tipo visto no Parque Nacional de Yellowstone.
Chamado de Ilhas das Quatro Montanhas (IFM), o arquipélago vulcânico está localizado ao longo da cadeia de ilhas Aleutas. Uma nova pesquisa liderada por John Power do U.S. Geological Survey no Alaska Volcano Observatory apresenta evidências de “uma grande caldeira não reconhecida anteriormente” no IFM, em pesquisa que será apresentada nesta segunda-feira (7) durante o Encontro de Outono de 2020 da União de Geofísica dos Estados Unidos (AGU).
O aglomerado consiste em seis estratovulcões bem espaçados, chamados Cleveland, Carlisle, Herbert, Kagamil, Tana e Uliaga. Estratovulcões são exatamente aquilo que você está pensando: vulcões enormes em montanhas altas e íngremes cobertas por um cone fumegante. A região também é intercalada com um monte de cones menores e fissuras. Das seis montanhas, Cleveland foi a mais ativa nas últimas duas décadas, criando nuvens de cinzas que atingem entre 4,5 e 9 metros.
A cratera do Monte Cleveland. Imagem: Cindy Werner/USGS
A suposta caldeira não foi detectada por muito tempo porque está escondida por depósitos recentes e pelo oceano. E, de fato, não foi fácil para esses geólogos reunir suas evidências. Elas só foram possíveis por meio da análise de depósitos geológicos, mudanças na região ao longo do tempo, emissões de gases e medições de gravidade (que indicam a densidade das rochas enterradas), entre outras pistas. O IFM, ao que parece, está sendo influenciado por esta caldeira previamente não detectada.
Para ser claro, não está provado que as ilhas IFM fazem parte de uma caldeira. É um palpite forte que agora precisa ser reforçado por outras observações.
“Nossa esperança é voltar às Ilhas das Quatro Montanhas e olhar mais de perto o fundo do mar, estudar as rochas vulcânicas com mais detalhes, coletar mais dados sísmicos e gravitacionais e amostrar muito mais áreas geotérmicas”, explicou Diana Roman, coautora do estudo e geóloga do Carnegie Institution for Science em Washington.
Caldeiras são câmaras subterrâneas enormes cheias de magma e são conhecidas por produzirem algumas das erupções mais catastróficas da história do nosso planeta. Em comparação, estratovulcões são acompanhados por bolsões minúsculos de magma. E, de fato, eles são frequentemente chamados de supervulcões por esse motivo.
Cada ponto em vermelho representa uma caldeira no arquipélago de Aleutas. Imagem: John Power/USGS
Yellowstone é provavelmente a caldeira mais reconhecível da Terra, devido ao seu tamanho e potencial ameaça. Não se espera que entre em erupção tão cedo, mas se acontecer, a caldeira derramará lava sobre uma região que se estende por 48 a 64 km. Essas erupções também podem produzir grandes quantidades de cinzas, o que pode alterar o clima no planeta como um todo. Carregado pelo vento, o aerossol de enxofre e as partículas de cinzas leves causariam “uma diminuição notável nas temperaturas ao redor do globo”, de acordo com o U.S. Geological Survey.
A possível caldeira no IFM provavelmente não se iguala ao Parque de Yellowstone em termos de tamanho ou ameaça, e muitas outras caldeiras já foram confirmadas nas Aleutas. Contudo, isso não é motivo para subestimar o perigo representado por essas características geológicas. Essa é uma descoberta muito séria e, eventualmente, os geólogos podem ter que reclassificar os vulcões IFM. O gigantesco sistema vulcânico interconectado pode explodir no futuro e com “graves consequências globais”, segundo a AGU.
Além de alterar o clima, grandes erupções também podem resultar em mudanças sociais significativas. Como, por exemplo, em 43 aC, quando o vulcão Okmok do Alasca, que é alimentado por uma caldeira, explodiu. Pesquisas recentes sugerem que essa erupção foi uma das principais causas que levou à queda da República Romana e do Reino Ptolomaico no que hoje é o Egito. Então, não é brincadeira mesmo.
Os cientistas identificaram quase 100 vulcões previamente desconhecidos na Antártica Ocidental, que, além dos 47 já conhecidos que existem na região, fazem da região uma das maiores concentrações de vulcões do mundo.
Uma nova pesquisa lançada em uma série especial da Geological Society identifica 91 novos vulcões em uma região conhecida como Sistema de Fendas Antártico Oeste, uma área de 3.500 km de extensão que se estende desde a plataforma de gelo de Ross até a Península Antártica. Todos esses vulcões estão enterrados sob a camada de gelo da Antártica, alguns enterrados a até três quilômetros de profundidade. Eles variam em tamanho de 100 a 3.850 metros, sendo o maior tão alto quanto a montanha Eiger na Suíça.
Os cientistas que conduziram o estudo, Max Van Wyk de Vries e Robert Bingham, da Escola de Geociências da Universidade de Edimburgo, dizem que essa concentração é maior do que o Rifte Africano Oriental, o que a tornaria a mais densa concentração de vulcões no mundo – Embora alguns geólogos digam que esta afirmação é excessivamente exagerada (mais sobre isso em breve). Não se sabe quantos, se algum for, dos vulcões recém-descobertos são ativos, mas os cientistas expressam a preocupação de que uma erupção possa aumentar os efeitos das mudanças climáticas no continente congelado.
Mapa de localização de estruturas de cone escondidas ao longo do Sistema de Rifte Antártico Oeste. A cor do círculo representa o fator de confiança, o tamanho do círculo representa o diâmetro e os círculos com bordas pretas representam descobertas anteriores. (Imagem: M. V. W. de Vries et al., 2017)
Max Van Wyk de Vries, um estudante do terceiro ano, conseguiu dar o ponta-pé inicial nesta descoberta depois de perceber possíveis traços de vulcanismo em mapas de radar publicamente disponíveis da Antártica. Ele sugeriu aos geólogos da escola que uma pesquisa mais rigorosa fosse realizada para confirmar suas descobertas iniciais, e eles concordaram. Com a ajuda de Bingham, de Vries examinou remotamente a parte inferior da camada de gelo para picos ocultos de pedra basáltica, semelhantes aos encontrados no topo de outros vulcões, e onde os picos se pronunciam um pouco acima do gelo. A forma da terra embaixo das camadas espessas de gelo foi analisada usando medições de radar que penetraram o gelo; Os pesquisadores estavam à procura de estruturas semelhantes a um cone que se estendiam para a camada de gelo. Esses achados foram comparados com os registros de satélites e banco de dados, juntamente com informações geológicas de levantamentos aéreos.
“A Antártica permanece entre as áreas menos estudadas do mundo e, como jovem cientista, fiquei animado em aprender sobre algo novo e não bem compreendido”, afirmou de Vries em um comunicado. “Depois de examinar os dados existentes na Antártica Ocidental, comecei a descobrir traços de vulcanismo. Naturalmente, olhei para isso mais atentamente, o que levou a essa descoberta de quase 100 vulcões debaixo da camada de gelo “.
Na verdade, a descoberta de tantos vulcões previamente desconhecidos altera nossa concepção da Antártica como uma região vulcânica, tanto no passado, presente e futuro. Pesquisas adicionais ajudarão os geólogos a entender melhor como os vulcões podem influenciar as mudanças nos lençóis de gelo em longos espaços de tempo, além de melhorar a nossa compreensão do passado climático do continente.
Infelizmente, os novos resultados não indicam quais desses vulcões podem ser ativos ou ter o potencial de entrar em erupção, mas este novo estudo deve inspirar mais pesquisas e monitoramento sísmico na área. Os pesquisadores dizem que é muito importante descobrir isso o mais rápido possível. Se um ou mais desses vulcões entrarem em erupção, poderia desestabilizar ainda mais os lençóis de gelo da Antártica Ocidental (que já estão sendo afetados pelo aquecimento global provocado pelo homem) e acelerar o fluxo de água de derretimento que vai para o oceano. Em 2013, pesquisadores da Universidade de Washington detectaram pelo menos um vulcão ativo e coberto de gelo na Antártica (também na camada de gelo da Antártica Oeste), por isso é razoável assumir que outros também possam estar ativos.
Os cientistas não estão inteiramente certos do que acontece quando os vulcões submersos em gelo entraram em erupção, mas esses eventos poderiam fazer com que o magma e os fluídos subterrâneos forçassem novos caminhos e fraturas, de acordo com pesquisadores da Universidade de Washington. Uma erupção séria poderia derreter o fundo da camada de gelo imediatamente acima do respiradouro do vulcão, mas nós realmente não temos ideia do que aconteceria depois disso.
“Este é um grande passo na compreensão dos processos sólidos da Terra sob a camada de gelo da Antártica”, disse Mike Coffin, pesquisador do Instituto de Estudos Marinhos e Antárticos da Universidade da Tasmânia (IMAS), em entrevista ao Gizmodo. “A combinação de diferentes tipos de dados – imagens magnéticas, de gravidade e de satélite – com um modelo de elevação digital e bases de dados vulcânicos existentes provou ser extremamente frutífero, e o trabalho ira semear muitas pesquisas futuras na Antártica”.
Coffin, que não estava envolvido com o novo estudo, diz que a abordagem dos pesquisadores é admirável, e os resultados são fascinantes – mas ele tem problemas com uma constatação central feita pelos autores.
“Eu não sou particularmente apaixonado pela hipérbole – ‘uma das maiores províncias vulcânicas do mundo’ “, disse ele. “Claramente, a dorsal atlântica (e os ~50% resultantes da superfície da Terra que são uma “crosta oceânica” pura) é a maior província vulcânica do mundo e até segmentos do sistema de cumes do meio do oceano (por exemplo, a cordilheira no meio do Atlântico) são muito maiores do que esta província vulcânica da Antártica Ocidental. No entanto, não devemos inibir a exuberância juvenil!”
Coffin diz que não ficaria surpreso se alguns desses vulcões recém-descobertos estiverem ativos e gostaria de ver um estudo semelhante feito em todo o continente antártico. O Monte Gaussberg, por exemplo, é um jovem vulcão que se projeta acima do gelo na Antártica Oriental, e Coffin diz que pode haver muito mais sob o gelo do Antártico Oriental.
O magma vermelho quente atravessando a camada de gelo da Antártica evoca uma imagem mental particularmente poderosa. Talvez um desses vulcões recém-descobertos entre em atividade enquanto estivermos vivos, e realmente teremos a chance de vê-lo. Seria uma canção de gelo e fogo, de fato.
Warming seas due to climate change may help hurricanes keep their strength as they move inland, The Washington Post reports. These storms are fueled by the ocean’s moisture, so they lose intensity when they hit land. But by analyzing data from 71 North Atlantic Ocean hurricanes that made landfall from 1967 to 2018, scientists found that hurricanes are weakening more slowly once ashore. Whereas 50 years ago, the average tropical cyclone was likely to lose 75% of its intensity in the 24 hours after landfall, now, it weakens by just 50%, the researchers report today in Nature. This slower decay rate matches the rise in ocean temperatures, the researchers add, and further simulations of landfalling hurricanes suggest the warm waters allow storms to retain more moisture to fuel their progression inland. Although the study does seem to line up with other recent work showing an increased intensity from the largest hurricanes, outside researchers said more data for cyclones outside the Atlantic are needed to confirm this trend.
It’s 5 a.m. and still dark at the Carlton Complex fire camp in central Washington, except for the fire’s orange glow on a distant ridgeline. Wildlands firefighter Bre Orcasitas, two colleagues, and three volunteers suit up: heavy duty fire-resistant pants, shirt, jacket, and helmet. Their boots weigh 2 kilograms; the backpacks they will haul to the fire—loaded with 6 liters of water, food for a 16-hour shift, safety gear, and hand tools—can weigh 30 kilograms. Sometimes the burden includes a 12-kilogram chain saw.
On this day in August 2014, the crew is not just fighting flames, but also taking part in research. Orcasitas outfits each person with a chest harness and sensors that will record their heart rate, elevation gain, distance traveled, carbon monoxide intake, and skin temperature. Each swallows an ingestible radio thermometer that relays deep body temperature to the chest monitor every 15 seconds via Bluetooth. Orcasitas and her two colleagues will record each firefighter’s activities, be it cutting down trees, digging a fire break, or burning vegetation to keep a larger fire away. It’s all part of a study to assess heat exposure in wildlands firefighters—the biggest ever to do so. From 2013 through 2016, more than 300 firefighters participated.
High body temperatures are inevitable in firefighting: A study in 2013 uncovered about 50 heat-related injuries across the United States during that fire season. But other data from their project have surprised Orcasitas and her colleagues. Warmth from the firefighters’ physical exertion, not heat from the fires, was the greatest danger, the researchers found. Another surprise: “The assumption across the fire community was that if somebody went down, it was because they just didn’t drink enough water,” Orcasitas says. But the team found otherwise. “You can’t drink yourself out of a heat-related injury,” explains project leader Joseph Domitrovich, an exercise physiologist at the U.S. Forest Service’s National Technology and Development Program. “It’s not the magic bullet that people thought.”
Across the globe, researchers like Domitrovich are working to pin down how heat affects workers and vulnerable populations, such as the elderly. They are studying low-tech measures—sometimes nothing more than a splash of cold water on the skin—to make people safer and more comfortable in hot conditions. And they are exploring the body’s ability to adapt to the heat. “Deaths and illnesses caused by heat are largely preventable,” says June Spector, an occupational and environmental health physician-scientist at the University of Washington, Seattle.
The work has taken on urgency as global temperatures rise, heat waves become more frequent and intense, and casualties mount. Between 1999 and 2010, the U.S. Centers for Disease Control and Prevention logged 8081 heat-related deaths in the United States, one-third of them in people age 65 or older. Already, about one-third of the world’s population experiences conditions that create heat stress, says Nathan Bradley Morris, a human thermal physiologist at the University of Copenhagen. At high risk are construction workers and farm hands, respectively 13 times and 35 times as likely to die from heat as other workers. Farm hands in the United States already face an average of 21 days in summer when humidity and temperature combine to exceed recommended limits, and the risks are growing. In the United States, climate change will double the number of unsafe days by 2050 and triple it by 2100, Spector and colleagues reported on 25 August in Environmental Research Letters.
Amplifying the trends, the world’s population is moving to cities, which tend to be hotter than the countryside, says Lisa Leon, a research physiologist at the U.S. Army Research Institute of Environmental Medicine. In Paris, about 12,000 people died in 1 week during a heat wave in 2003. Even those who don’t work in the heat are vulnerable, especially people who are older and overweight or whose hearts may not be strong enough to cope with the physiological stress of heat, says Christopher Gordon, a retired physiologist from the Environmental Protection Agency. And much of the global population is aging and getting heavier.
Long slogs and heavy clothing and gear can put firefighters at even greater risk of heat injury than the fire itself.
DAVID MCNEW/GETTY IMAGES
By 2100, heat exposure will threaten the health of an estimated 4 billion people, according to an International Labour Organization report. The report forecasts that the world’s productive working hours will decline 2.2% because of increasing heat, resulting in $2.4 trillion in economic losses, concentrated in Southern Asia and Western Africa. “There are inequities in who is exposed to heat,” Spector says.
FOR CENTURIES, physiologists have studied how the human body reacts to heat stress, tracing its remarkable ability to keep its core temperature at about 37°C even when the outside air is many degrees hotter. Sensory nerves on the skin respond to the environment’s temperature, and internal sensors keep tabs on heat gain, some of which is generated by the body itself. Intense physical activity can turn the body into a furnace, raising heat production 15-fold. Whether the source is environmental or internal, if heat is not dissipated, it can strain and ultimately shut the body down.
When internal sensors tell the brain the body is warming, the hypothalamus sends signals that dilate blood vessels close to the skin, causing more blood to circulate there and lose heat—provided the air is cooler than the body. When it’s not, or if heat transfer to the air isn’t enough, the sweat glands get to work. Another part of the brain, the medulla oblongata, gets in touch with the heart, which increases its rate and the amount of blood pumped per beat. The body’s fluids shift, redirecting blood to the skin and helping fill sweat glands.
An active person can easily sweat out 2 liters of water per hour, which cools the body as it evaporates. It’s not the head, as often believed, but the hands (with their high concentration of sweat glands) and the torso (with its large surface area) that are key sites for sweat-aided cooling. The fluid loss stimulates the release of hormones that enhance thirst and alter kidney function to reduce urine production. These fluid-conserving measures help shore up blood volume so the heart can maintain blood pressure at safe levels.
Dehydration greatly adds to heat strain and the risk of serious injury. Staying well-hydrated can be protective, but it may not keep body temperature from rising if internal or external heating is too great, Domitrovich and others have found. First comes heat exhaustion, characterized by cramps, fatigue, headache, nausea, or dizziness—signals that prompt most people to move out of the heat or stop exercising. As long as sweating continues, the body can still cool itself somewhat. But if a person gets too hot (this tipping point varies, but hovers around 42°C for exertional heat stress), sweating can stop and body temperature can skyrocket, sometimes even rising above 44°C. The brain falters; confusion, agitation, slurred speech, even coma can result.
Even if people recover, heat can cause problems. Some 15% of people exposed to chronic heat stress at work develop kidney problems, possibly making it one of the first epidemics due to global warming, a European consortium called Heat Shield reported in 2018 in The Lancet Planetary Health. Moreover, studies have documented an increase in other injuries on hot days, possibly because heat and dehydration can impair thinking.
At their worst, life-threatening temperatures can damage the brain and cause organs to fail. Deprived of normal blood flow, the gut can leak, causing widespread inflammation. Blood vessels can get damaged and blood can coagulate. Cells can even fall apart as their proteins break down.
“Heat stroke is one of the three leading causes of death for athletes, soldiers in training, and laborers,” says Douglas Casa, an exercise physiologist at the University of Connecticut (UConn), Storrs.
When cooling fails
The body works hard to keep its temperature stable. If deep body temperature rises, organs work together to drive heat to the skin. As heating continues, the heart, skin, brain, and other organs try to maintain the right body temperature and amount of fluids. But those systems can be overwhelmed. (Normal body temperature and the danger threshold vary from person to person.)
glandBody temperature 36.8˚CBloodOrgansBlood vessel38˚C39˚C42˚C39˚C1 Too warmTemperature sensors in the skin and deeper in the body sense the environment is hot and the body may need to take steps to cool itself.2 Getting thirstyWhen pressure sensors detect enough water loss, they activate the adrenal gland to release a fluid-regulating hormone. The body conserves dwindling water by reducing urine flow. Thirst develops.4 Heat strokeWhen the body gets hot and dehydrated enough, sweating can stop, the brain can malfunction, and a person can lose consciousness.Blood and sweatWhen sensors notify the brain, it stimulates blood vessels to dilate and bring heat to cooler surface tissues. If that doesn’t cool the body enough, sweat glands turn on.The heart’s roleTo keep up with fluid flow demands, the heart pumps faster and more vigorously. Blood volume initially increases, but can decrease if sweatingdrains too much fluid.Starting to failWith less fluid, the heart has to work ever harder to maintain blood pressure. As blood pressure sinks, cooling becomes increas- ingly difficult. Deep body temperature climbs faster.3 Heat strain If intense exercise continues or outside temperatures keep rising, water loss continues.5 RecoveryCooling within 30 minutes, such as by immersion in cool water, can drive deep body temperatures to safe levels and restore brain function.
V. ALTOUNIAN/SCIENCE
That’s what happened to Korey Stringer, an offensive lineman for the Minnesota Vikings. He collapsed on day two of spring training in 2001, but his heat stroke was not treated aggressively, and he died the next day. A professional athlete, he was fit—but not fit enough for such a strenuous workout early in the season. Motivation to exercise may override the body’s signals to stop, Leon says.
Gatorade and the National Football League launched the Korey Stringer Institute at UConn in 2010, and now grants and private support keep it going. As its CEO, Casa has worked extensively with athletes and with the U.S. military to protect recruits from Stringer’s fate. For the most part, the military and sports trainers have “a good handle on treating heat stroke, but I don’t think people are doing enough to prevent it from happening in the first place,” Casa says.
At the institute, suited up with heavy backpacks, rifles, and full military attire, volunteers march around a lab warmed to the temperature of a hot desert. Casa studies how bodies react to the stress of working in the heat and tests protective measures, including new fabrics for hot weather clothing, new safety and recovery procedures, and wearable sensors that can sound the alarm if conditions reach dangerous extremes.
In a study last year, for example, some of the volunteers got thirsty during a bout of fast walking on a treadmill in a room at 35°C with 30% humidity. Afterward, experimenters allowed the subjects to drink enough to replace 25% of their lost fluids and asked whether they were still thirsty. They were not. Thirst was quenched well before they had enough water, Casa and his colleagues reported in November 2019 in Nutrients. “The absence of thirst does not mean the absence of dehydration,” he warns. He recommends that elite athletes and others who exert themselves in hot conditions figure out their sweat rate and adjust their drinking accordingly.
At the Korey Stringer Institute, graduate students Gabrielle Giersch and Ryan Curtis (on bike) demonstrate how they study the interplay between heat and exercise.
PETER MORENUS/UCONN
Casa has also field tested a strategy for runners suffering from exertional heat stroke. For decades, his team has provided medical care for a 12-kilometer race on Cape Cod in August. The race is short enough that runners keep up a punishing pace but long enough that their bodies can overheat; whereas about one in 10,000 marathon racers develops heat stroke, far more—one in about 650—racers in this event do so. At the Cape Cod race, his team treats up to 45 heat stroke victims a year by immersing them in cold water. Getting their body temperature below 40°C within 30 minutes is enough to ensure a full recovery, the team has found. “Most people would be surprised to know we can treat heat stroke,” Casa says. In fact, he says, the treatment guarantees recovery if used promptly and properly.
FAR BETTERto avoid heat strain entirely, says Nigel Taylor, a thermal physiologist retired from the University of Wollongong. That means adjusting to heat by avoiding air conditioning, which Taylor says “prevents us from adapting to our climate.”
Heat tolerance varies from person to person, not just because of age and health, but also because of genetic factors. One study of 42,000 Indigenous miners in South Africa when they were first sent to work in the hot mines found that about 15% could not handle the heat, whereas 25% coped just fine.
But Taylor and others have found that frequent exposure to heat also makes a big difference to heat tolerance. If an individual has a chance to get used to being hot—by spending time in hot weather or exercising strenuously—the body modifies its physiology and becomes less vulnerable to heat stress. Athletes and workers can then work harder and longer despite the heat.
He and others have studied adaptation in detail. They find that after just 1 week spending 2 hours a day working outdoors in a hot environment, the body begins to adjust. Normal deep body temperature drops. The body sweats at a lower temperature, and there is less strain on the heart. That’s because, even in the heat, heart rate doesn’t rise as much, and the heart pumps more blood per stroke. The body retains more fluids and blood volume rises, increasing water reserves for sweating and cooling. “The body has a really good capacity to acclimate,” says Daniel Gagnon, a human physiologist at the University of Montreal. But “as long as you keep inserting air conditioning in that process, you delay acclimatization,” says Elizabeth Repasky, an immunologist at Roswell Park Comprehensive Cancer Center.
In the heat of summer, there may be other ways to cool down, says Ollie Jay, a thermal physiologist at the University of Sydney. He has put octogenarians, children, people with heart conditions, even pregnant women into a heat chamber and has found that fans can often be as effective as air conditioning, at much lower environmental and financial costs. Jay and his team reported in November 2019 in the Annals of Internal Medicine that fans can be effective at up to 40°C, particularly in humid conditions, where they help evaporate sweat that would otherwise sit on the skin. (In dry environments, sweat evaporates regardless of fan use.)
Workers can be as productive and comfortable when cooled by fans instead of air conditioners, he and his colleagues reported last year in Energy and Buildings. “In terms of increases in work productivity, fan use in a simulated Vietnamese working environment of 30˚C with 70% humidity is the equivalent of 7˚C of cooling with air conditioning,” Jay says.
Splashing cold water on the skin can also work well, his studies show. “External dousing does the job of sweat without having to sweat,” which can lead to dehydration and strain the heart, Jay says. His team evaluated dousing and fans as alternatives to air conditioning during this summer’s U.S. heat wave. In 80 of 105 cities—the exceptions being in the Southwest—those alternative measures would have been 100% effective, he and his colleagues reported on 25 July in Science of the Total Environment. “It’s getting hotter, and heat waves are getting worse,” he says. “What’s important is using these findings to make changes in public policy.”
For outdoor workers, one simple—but not always easy—fix is to move to the shade. In a rural part of Indonesia, Spector, Yuta Masuda and Nicholas Wolff of the Nature Conservancy, and colleagues randomly assigned 363 laborers to work in a forest or a deforested area nearby. (Deforestation can increase local temperatures by up to 8°C.) The workers wore heart rate monitors and had their oral temperatures taken regularly to calculate core body temperature. During a 90-minute task in hot, humid, sunny conditions, people in open areas had temperatures above 38.5°C for 3 minutes longer than those in the forested area, Spector and her colleagues reported last year in Environmental Research Letters. The differences may seem small, but over the course of a day, body temperatures would likely keep climbing, putting these workers at great risk of heat-related illness. Those who worked in deforested areas also scored worse on cognition and memory tests, perhaps because of dehydration or discomfort, the team reports in a paper in press in Environmental Research Letters.
Wildlands firefighters also work in an exposed, hot environment. Yet it is not sunshine or fire they need to worry about most. “The heat from the fire almost never has any effect on our core body temperatures,” says William Knudsen, a wildlands firefighter based in Helena-Lewis and Clark National Forest. Nor is it dehydration, once considered the biggest risk for these workers. Orcasitas found, for example, that after a particularly strenuous day’s work, a well-hydrated firefighter came back feeling “like crap” and had a higher body temperature than a colleague who started and ended the day more dehydrated. And fellow study coordinator Knudsen saw firsthand how trouble can arise even in temperate weather. His team recorded its highest body temperatures on a high-elevation site with an air temperature of only about 21°C.
Instead, Domitrovich says, “It’s the internal heat production that’s most critical.” Big packs, heavy clothing, and a fast pace cause body temperatures to spike. “And if you are less fit, you are going to generate more heat,” Orcasitas says. So now, when Knudsen takes out his crew, he’s mindful of the weight they carry and how fast they hike, frequently taking a 2-minute break after 8 minutes of walking.
Orcasitas thinks the study will make a difference for her and her firefighting colleagues. “These are all seemingly simple, but [the findings] are a pretty big deal,” she says, because they’re easy to act on.
They could also help others stay cooler as global temperatures climb. “Heat stress is a very complex topic, so the more we can educate not just firefighters but everyone, the better,” Domitrovich says. “It will lead to increased safety for all humans.”
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