Cząstki stałe

Ten artykuł dotyczy cząstek zawieszonych w powietrzu. Aby zapoznać się z ogólnym omówieniem typów cząstek stałych, zobacz Cząstka § Dystrybucja cząstek .

W przypadku innych zastosowań zobacz Cząstki stałe (ujednoznacznienie) .

Cząstki stałe – znane również jako cząstki aerozolu atmosferycznego , cząstki atmosferyczne , cząstki stałe ( PM ) lub cząstki zawieszone ( SPM ) – to mikroskopijne cząsteczki substancji stałych lub płynnych zawieszone w powietrzu . Termin aerozol zwykle odnosi się do mieszaniny cząstek stałych i powietrza , w przeciwieństwie do samych cząstek stałych. Źródła pyłu zawieszonego mogą być naturalne lub antropogeniczne . Mają wpływ na klimat i opady , które niekorzystnie wpływają na zdrowie ludzi , w sposób dodatkowy do bezpośredniego wdychania.

Rodzaje cząstek atmosferycznych obejmują zawieszone cząstki stałe; cząstki piersiowe i respirabilne; gruboziarniste cząstki nadające się do inhalacji, oznaczone jako PM ₁₀ , które są gruboziarnistymi cząstkami o średnicy 10 mikrometrów (μm) lub mniejszej; drobne cząstki , określane jako PM _2,5 , o średnicy 2,5 μm lub mniejszej; ultradrobne cząstki o średnicy 100 nm lub mniejszej; i sadzy .

IARC i WHO określają cząstki unoszące się w powietrzu jako czynnik rakotwórczy grupy 1 . Cząstki stałe są najbardziej szkodliwą formą (inną niż bardzo drobne ) zanieczyszczenia powietrza ze względu na ich zdolność do penetracji w głąb płuc i mózgu ze strumieni krwi, powodując problemy zdrowotne, w tym choroby serca , choroby płuc i przedwczesną śmierć . W 2013 roku badanie z udziałem 312 944 osób w dziewięciu krajach europejskich wykazało, że nie istnieje bezpieczny poziom cząstek stałych i że każdy wzrost o 10 μg/m ³ w PM ₁₀ częstość występowania raka płuc wzrosła o 22% (95% CI [1,03–1,45]). Mniejsze PM _2,5 , które mogą wnikać głębiej do płuc, wiązały się z 18% wzrostem zachorowań na raka płuc na 5 μg/m ³ ; jednak badanie to nie wykazało istotności statystycznej dla tego związku (95% CI [0,96–1,46]) Światowa ekspozycja na PM _2,5 przyczyniły się do 4,1 miliona zgonów z powodu chorób serca i udaru mózgu, raka płuc, przewlekłych chorób płuc i infekcji dróg oddechowych w 2016 r. Ogólnie rzecz biorąc, pył zawieszony w powietrzu plasuje się na szóstym miejscu wśród głównych czynników ryzyka przedwczesnej śmierci na całym świecie.

Źródła atmosferyczne

Przegląd dużych chmur aerozoli wokół Ziemi (zielony: dym, niebieski: sól, żółty: pył , biały: siarka)

Emisja cząstek stałych podczas korzystania z nowoczesnych elektronarzędzi podczas domowej instalacji szerokopasmowej, Tai Po, Hong Kong

Koparka (rodzaj ciężkiego sprzętu powszechnie używanego na budowach i robotach drogowych) wyburzająca pozostałości przedwojennego Dworca Pocztowego przy Alejach Jerozolimskich, Polska

Niektóre pyły występują naturalnie i pochodzą z wulkanów , burz piaskowych , pożarów lasów i łąk , żywej roślinności i morskiej mgły . Działalność człowieka, taka jak spalanie paliw kopalnych , kadzidła , petard i biomasy , w tym drewna i ścierniska , budownictwo (renowacja lub rozbiórka budynków, roboty drogowe , spaliny silników Diesla ciężkiego sprzętu , emisje z produkcji materiałów budowlanych itp.), obróbka metali (np. spawanie ), obróbka drewna , obróbka szkła, działalność rolnicza (np. orka i uprawa gleby), elektrownie , pył drogowy z opon i dróg zużycie, mokre wieże chłodnicze w systemach chłodzenia i różnych procesach przemysłowych, takich jak górnictwo , hutnictwo i rafinacja ropy naftowej generują również znaczne ilości cząstek stałych. Klęski żywiołowe (zarówno naturalne, jak i spowodowane przez człowieka, np. trzęsienia ziemi, wojny, ataki z 11 września itp.) również mogą powodować zanieczyszczenie pyłem. Mikroplastiki zyskują również zainteresowanie jako rodzaj unoszących się w powietrzu cząstek stałych. Aerozole antropogeniczne stanowią obecnie około 10 procent całkowitej masy aerozoli w atmosferze.

Spalanie domowe i dym drzewny

Główny artykuł: Skutki zdrowotne dymu drzewnego

W Wielkiej Brytanii domowe spalanie jest największym pojedynczym źródłem PM2,5 i PM10 rocznie, przy czym domowe spalanie drewna zarówno w zamkniętych piecach, jak i otwartych kominkach odpowiada za 38% PM2,5 w 2019 roku.

Aby rozwiązać ten problem, wprowadzono nowe przepisy. Od maja 2021 r. nie można już sprzedawać tradycyjnego węgla domowego (węgla kamiennego) i mokrego drewna, dwóch najbardziej zanieczyszczających paliw. Drewno sprzedawane w ilościach mniejszych niż 2m³ musi posiadać certyfikat „Ready to Burn”, co oznacza, że ​​jego wilgotność nie przekracza 20%. Wytwarzane paliwa stałe muszą być również certyfikowane jako „Gotowe do spalania”, aby mieć pewność, że spełniają limity emisji siarki i dymu.

Od stycznia 2022 r. wszystkie nowe piece opalane drewnem muszą spełniać nowe standardy EcoDesign (piecy Ecodesign produkują 450 razy więcej toksycznych zanieczyszczeń powietrza niż centralne ogrzewanie gazowe. Starsze piece, których sprzedaż jest obecnie zakazana, produkują 3700 razy więcej).

W 2023 r. ilość dymu, który spala się w „obszarach kontroli dymu” – większości angielskich miast i miasteczek – może emitować na godzinę, zostanie zmniejszona z 5 g do 3 g. Każdy, kto złamie nowe środki, zostanie ukarany na miejscu grzywną w wysokości do 300 funtów, a jeśli nie zastosuje się do nich, może nawet zostać wpisany do rejestru karnego.

W niektórych miastach w Nowej Południowej Walii dym drzewny może być odpowiedzialny za 60% drobnego zanieczyszczenia powietrza zimą.

Istnieje kilka sposobów na ograniczenie dymu drzewnego, np. zakup odpowiedniego pieca na drewno i jego konserwacja, wybór odpowiedniego drewna opałowego i spalanie go we właściwy sposób. Istnieją również przepisy w niektórych krajach, zgodnie z którymi ludzie mogą zgłaszać zanieczyszczenie dymem władzom lokalnym.

Kompozycja

Dalsze informacje: Cząstka materii organicznej

Skład i toksyczność aerozoli , w tym cząstek, zależy od źródła ich pochodzenia i składu chemicznego atmosfery i jest bardzo zróżnicowana. Pył mineralny przenoszony przez wiatr zwykle składa się z tlenków mineralnych i innych materiałów wydmuchiwanych ze skorupy ziemskiej ; ta cząsteczka pochłania światło . Sól morska jest uważana za drugi co do wielkości składnik światowego budżetu aerozoli i składa się głównie z chlorku sodu pochodzącego z morskiej mgły; inne składniki atmosferycznej soli morskiej odzwierciedlają skład wody morskiej , a zatem obejmują magnez , siarczan , wapń , potas i inne. Ponadto aerozole morskie mogą zawierać związki organiczne, które wpływają na ich skład chemiczny.

Niektóre cząstki wtórne pochodzą z utleniania gazów pierwotnych, takich jak tlenki siarki i azotu, do kwasu siarkowego (ciecz) i kwasu azotowego (gaz) lub z emisji biogennych. Prekursory tych aerozoli, czyli gazy, z których powstają, mogą mieć pochodzenie antropogeniczne (ze spalania biomasy i paliw kopalnych ) oraz naturalne pochodzenie biogenne . W obecności amoniaku aerozole wtórne często przybierają postać amonowe ; tj. siarczan amonu i azotan amonu (oba mogą być suche lub w roztworze wodnym ); przy braku amoniaku drugorzędne związki przybierają kwasową , jak kwas siarkowy (kropelki ciekłego aerozolu) i kwas azotowy (gaz atmosferyczny), z których wszystkie prawdopodobnie przyczyniają się do wpływu cząstek stałych na zdrowie.

Wtórne aerozole siarczanowe i azotanowe silnie rozpraszają światło . Dzieje się tak głównie dlatego, że obecność siarczanów i azotanów powoduje wzrost aerozoli do rozmiarów, które skutecznie rozpraszają światło.

Materia organiczna (OM) znajdująca się w aerozolach może być pierwotna lub wtórna, przy czym ta ostatnia część pochodzi z utleniania lotnych związków organicznych (LZO); materiał organiczny w atmosferze może być pochodzenia biogennego lub antropogenicznego . Materia organiczna wpływa na pole promieniowania atmosferycznego zarówno poprzez rozpraszanie, jak i absorpcję. Przewiduje się, że niektóre aerozole zawierają materiał silnie pochłaniający światło i uważa się, że powodują duże dodatnie wymuszenie radiacyjne . Niektóre wtórne aerozole organiczne (SOA) pochodzące z produktów spalania silników spalinowych zostały zidentyfikowane jako niebezpieczne dla zdrowia. Stwierdzono, że toksyczność cząstek stałych różni się w zależności od regionu i udziału źródła, co wpływa na skład chemiczny cząstek.

Skład chemiczny aerozolu bezpośrednio wpływa na to, jak oddziałuje on z promieniowaniem słonecznym. Składniki chemiczne zawarte w aerozolu zmieniają ogólny współczynnik załamania światła . Współczynnik załamania określa, ile światła jest rozpraszane i pochłaniane.

Skład cząstek stałych, który ogólnie powoduje efekty wizualne, zamglenie , składa się z dwutlenku siarki, tlenków azotu, tlenku węgla, pyłu mineralnego i materii organicznej. Cząsteczki są higroskopijne ze względu na obecność siarki, a SO2 _{przekształca} się w siarczan, gdy występuje wysoka wilgotność i niskie temperatury. Powoduje to ograniczoną widoczność i żółty kolor.

Rozkład wielkości

PM _2,5 i PM ₁₀ w porównaniu z ludzkim włosem na grafice Agencji Ochrony Środowiska

Dalsze informacje: § Wielkość, kształt i rozpuszczalność mają znaczenie

Sztucznie kolorowe mapy na mapie rozmieszczenia cząstek aerozolu na tej stronie pokazują, gdzie występują naturalne aerozole, zanieczyszczenia spowodowane przez człowieka lub ich mieszanina, co miesiąc.

Wśród najbardziej oczywistych wzorców, które pokazuje szereg czasowy rozkładu wielkości, jest to, że na najbardziej wysuniętych na południe szerokościach geograficznych planety prawie wszystkie aerozole są duże, ale na wysokich północnych szerokościach geograficznych mniejsze aerozole są bardzo obfite. Większą część półkuli południowej pokrywa ocean, gdzie największym źródłem aerozoli jest naturalna sól morska z wysuszonej morskiej mgły. Ponieważ ziemia jest skoncentrowana na półkuli północnej, ilość małych aerozoli pochodzących z pożarów i działalności człowieka jest tam większa niż na półkuli południowej. Na lądzie plamy aerozoli o dużym promieniu pojawiają się na pustyniach i suchych regionach, przede wszystkim na Saharze w Afryce Północnej i na Półwyspie Arabskim, gdzie często występują burze piaskowe. Miejsca, w których powszechna jest ludzka lub naturalna aktywność pożarowa (na przykład pożary oczyszczające grunty w Amazonii od sierpnia do października lub pożary wywołane piorunami w lasach północnej Kanady latem na półkuli północnej) są zdominowane przez mniejsze aerozole. Zanieczyszczenia wytwarzane przez człowieka (paliwa kopalne) są w dużej mierze odpowiedzialne za obszary małych aerozoli nadmiernie rozwiniętych, takich jak wschodnie Stany Zjednoczone i Europa, zwłaszcza w okresie letnim.

Satelitarne pomiary aerozoli, zwane grubością optyczną aerozolu, opierają się na fakcie, że cząsteczki zmieniają sposób, w jaki atmosfera odbija i pochłania światło widzialne i podczerwone. Jak pokazano na siódmym obrazie na tej stronie, grubość optyczna mniejsza niż 0,1 (jasnożółty) wskazuje na krystalicznie czyste niebo z maksymalną widocznością, podczas gdy wartość 1 (czerwono-brązowy) wskazuje na bardzo zamglone warunki.

Procesy osadzania

Główny artykuł: Depozycja (fizyka aerozoli)

Ogólnie rzecz biorąc, im mniejsza i lżejsza cząsteczka, tym dłużej pozostanie w powietrzu. Większe cząstki (o średnicy większej niż 10 mikrometrów) mają tendencję do osiadania na ziemi pod wpływem grawitacji w ciągu kilku godzin, podczas gdy najmniejsze cząstki (mniejsze niż 1 mikrometr) mogą pozostawać w atmosferze tygodniami i są w większości usuwane przez opady . Istnieją również dowody na to, że aerozole nierzadko „podróżują przez ocean”. Na przykład we wrześniu 2017 r. pożary trawiły zachodnie Stany Zjednoczone i Kanadę, a dym dotarł nad Wielką Brytanię i północną Francję w ciągu trzech dni, jak pokazują zdjęcia satelitarne. Cząstki stałe w silnikach wysokoprężnych są najwyższe w pobliżu źródła emisji. Wszelkie informacje dotyczące DPM oraz atmosfery, flory, wysokości i odległości od głównych źródeł są przydatne do określenia skutków zdrowotnych.

Technologie i środki kontrolne

Filtry tkaninowe Efekt Hepa : bez (na zewnątrz) i z filtrem (wewnątrz)

Główny artykuł: Odpylacz

Zobacz też: System odpylania

Skomplikowana mieszanka cząstek stałych i ciekłych powoduje powstawanie cząstek stałych , a emisje tych cząstek stałych są ściśle regulowane w większości krajów uprzemysłowionych. Ze względów środowiskowych większość gałęzi przemysłu jest zobowiązana do obsługi pewnego rodzaju systemu odpylania w celu kontrolowania emisji cząstek stałych. Systemy te obejmują kolektory bezwładnościowe ( separatory cyklonowe ), kolektory z filtrem tkaninowym (zbiorniki workowe) , filtry elektrostatyczne stosowane w maskach twarzowych, płuczki mokre i elektrofiltry .

Separatory cyklonowe są przydatne do usuwania dużych, gruboziarnistych cząstek i często są stosowane jako pierwszy krok lub „wstępny środek czyszczący” do innych bardziej wydajnych kolektorów. Dobrze zaprojektowane separatory cyklonowe mogą być bardzo wydajne w usuwaniu nawet drobnych cząstek stałych i mogą pracować w sposób ciągły bez konieczności częstych wyłączeń w celu konserwacji.

Filtry tkaninowe lub filtry workowe są najczęściej stosowane w przemyśle ogólnym. Działają na zasadzie przepychania zakurzonego powietrza przez filtr tkaninowy w kształcie worka, pozostawiając cząstki stałe gromadzące się na zewnętrznej powierzchni worka i umożliwiając przepływ czystego powietrza w celu wyrzucenia do atmosfery lub w niektórych przypadkach zawrócenia do obiekt. Typowe tkaniny obejmują poliester i włókno szklane, a popularne powłoki tkanin obejmują PTFE (powszechnie znany jako teflon). Nadmiar pyłu jest następnie usuwany z worków i usuwany z kolektora.

Znaczny pył budowlany emitowany i unoszący się z budynku poddawanego renowacji w sobotnie popołudnie, Treasure Garden, Tai Po, Hongkong. Program odbudowy jest dotowany przez rząd, a kontrakt taki jak ten może być wart nawet sto milionów. Ludzie przebywają wewnątrz budynku przez cały okres remontowych , który trwa zwykle ponad rok i można prognozować, że narażenie mieszkańców na pył budowlany jest jeszcze poważniejsze niż narażenie zawodowe pracowników. Możliwa obecność azbestu też warto się martwić. Tego typu prace remontowe są bardzo powszechne (ponad 3000 budynków w ciągu pierwszych 6 lat programu), zwłaszcza w niektórych starszych dzielnicach. Przy tak dużej ilości emitowanego pyłu było oczywiste, że nie rozpylano wody ani nie używano urządzenia do odsysania pyłu, co stanowiło naruszenie miejscowego prawa

Płuczki mokre przepuszczają zanieczyszczone powietrze przez roztwór płuczący (zwykle mieszaninę wody i innych związków), umożliwiając przyczepienie się cząstek stałych do cząsteczek cieczy. Filtry elektrostatyczne ładują elektrycznie zanieczyszczone powietrze, gdy przechodzi przez nie. Teraz naładowane powietrze przechodzi następnie przez duże płytki elektrostatyczne, które przyciągają naładowane cząstki w strumieniu powietrza, zbierając je i pozostawiając teraz czyste powietrze do wyczerpania lub recyrkulacji.

W przypadku budownictwa ogólnego, niektóre miejsca, które od dziesięcioleci uznają potencjalne zagrożenie dla zdrowia związane z pyłem budowlanym, prawnie wymagają od odpowiedniego wykonawcy przyjęcia skutecznych środków kontroli zapylenia, chociaż kontrole, grzywny i kara pozbawienia wolności są rzadkie (na przykład dwa postępowania karne z łączną grzywną w wysokości 6000 HKD $ w Hong Kongu w roku 2021).

Niektóre z obowiązkowych środków kontroli zapylenia obejmują załadunek, rozładunek, obsługę, przenoszenie, przechowywanie lub utylizację cementu lub suchego sproszkowanego popiołu paliwowego w całkowicie zamkniętym systemie lub obiekcie oraz wyposażanie każdego otworu wentylacyjnego lub wylotowego w skuteczny filtr tkaninowy lub równoważny środek kontroli zanieczyszczenia powietrza systemu lub sprzętu, otoczyć rusztowanie budynku ekranami przeciwpyłowymi, zastosować nieprzepuszczalną folię do osłonięcia zarówno podnośnika materiału, jak i zsypu na gruz, zwilżyć gruz wodą przed wrzuceniem go do zsypu na gruz, spryskać wodą powierzchnię elewacji przed i podczas szlifowania pracy, używać szlifierki wyposażonej w odkurzacz do prac związanych ze szlifowaniem elewacji, spryskiwać powierzchnię wodą w sposób ciągły w celu wykonywania pneumatycznych lub mechanicznych prac związanych z wierceniem, cięciem, polerowaniem lub innymi mechanicznymi czynnościami niszczącymi powodującymi emisję pyłu, chyba że ma miejsce działanie skutecznego odpylacza urządzenia odsysająco-filtrującego, zapewnić zabudowę o wysokości nie mniejszej niż 2,4 m na całej długości granicy budowy, utwardzić teren otwarty oraz umyć każdy pojazd wyjeżdżający z terenu budowy. Korzystanie z automatycznych urządzeń zraszających, automatycznych myjni samochodowych i instalacji systemu nadzoru wideo dla obiektów kontrolujących zanieczyszczenia oraz przechowywanie nagrań wideo przez jeden miesiąc do przyszłych kontroli.

Oprócz usuwania cząstek stałych ze źródła zanieczyszczeń, można go również czyścić na wolnym powietrzu (np. wieża smogowa i pistolet antysmogowy), a inne środki kontroli wykorzystują bariery.

Efekty klimatyczne

2005 wymuszenia radiacyjne i niepewności oszacowane przez IPCC

Aerozole atmosferyczne wpływają na klimat Ziemi poprzez zmianę ilości docierającego promieniowania słonecznego i wychodzącego ziemskiego promieniowania długofalowego zatrzymywanego w systemie ziemskim. Dzieje się tak za pośrednictwem kilku odrębnych mechanizmów, które dzielą się na bezpośrednie, pośrednie i półbezpośrednie efekty aerozolowe. Skutki klimatyczne aerozoli są największym źródłem niepewności w przyszłych prognozach klimatycznych. Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC) mówi:

Podczas gdy wymuszanie radiacyjne spowodowane przez gazy cieplarniane można określić z dość dużą dokładnością… niepewności związane z wymuszaniem radiacyjnym w aerozolu pozostają duże i opierają się w dużej mierze na szacunkach z globalnych badań modelowych, które są trudne do zweryfikowania na obecny czas.

Aerozol radiacyjny

Globalna grubość optyczna aerozolu . Skala aerozolu (od żółtego do ciemnoczerwono-brązowego) wskazuje względną ilość cząstek pochłaniających światło słoneczne.

Te mapy pokazują średnie miesięczne ilości aerozoli na całym świecie w oparciu o obserwacje ze spektroradiometru obrazowania o średniej rozdzielczości (MODIS) na satelicie NASA Terra.

Bezpośredni

Cząsteczki w powietrzu powodują odcienie szarości i różu w Bombaju podczas zachodu słońca

Włoskie miasto zanieczyszczone cząstkami stałymi i optycznym detektorem powietrza (laser)

Bezpośredni efekt aerozolu obejmuje dowolne bezpośrednie oddziaływanie promieniowania z aerozolami atmosferycznymi, takie jak absorpcja lub rozpraszanie. Wpływa zarówno na promieniowanie krótko-, jak i długofalowe, tworząc ujemne wymuszenie radiacyjne netto. Wielkość wypadkowego wymuszenia radiacyjnego w wyniku bezpośredniego działania aerozolu zależy od albedo powierzchni leżącej pod spodem, ponieważ wpływa to na ilość netto promieniowania pochłoniętego lub rozproszonego w przestrzeni. Na przykład, jeśli silnie rozpraszający aerozol znajduje się nad powierzchnią o niskim albedo, ma większe wymuszenie radiacyjne niż gdyby znajdował się nad powierzchnią o wysokim albedo. Odwrotnie jest w przypadku aerozolu pochłaniającego, przy czym największe wymuszenie radiacyjne powstaje w przypadku wysoce pochłaniającego aerozolu na powierzchni o wysokim albedo. Bezpośredni efekt aerozolu jest efektem pierwszego rzędu i dlatego jest klasyfikowany przez IPCC jako wymuszanie radiacyjne . Oddziaływanie aerozolu z promieniowaniem określa się ilościowo za pomocą albedo pojedynczego rozpraszania (SSA), stosunek samego rozpraszania do rozpraszania plus absorpcja ( ekstynkcja ) promieniowania przez cząstkę. SSA dąży do jedności, jeśli dominuje rozpraszanie, przy stosunkowo małej absorpcji, i maleje wraz ze wzrostem absorpcji, osiągając zero dla nieskończonej absorpcji. Na przykład aerozol z soli morskiej ma SSA równy 1, ponieważ cząsteczka soli morskiej tylko się rozprasza, podczas gdy sadza ma SSA równy 0,23, co wskazuje, że jest głównym pochłaniaczem aerozolu atmosferycznego.

Pośredni

Pośredni efekt aerozolowy obejmuje wszelkie zmiany w budżecie radiacyjnym Ziemi w wyniku modyfikacji chmur przez aerozole atmosferyczne i składa się z kilku różnych efektów. Kropelki chmur tworzą się na wcześniej istniejących cząstkach aerozolu, znanych jako jądra kondensacji chmur (CCN). Kropelki kondensujące się wokół aerozoli wytwarzanych przez człowieka, takich jak znajdujące się w zanieczyszczeniach pyłowych, są zwykle mniejsze i liczniejsze niż te, które tworzą się wokół cząstek aerozolu pochodzenia naturalnego (takich jak pył przenoszony przez wiatr ).

Dla dowolnych warunków meteorologicznych wzrost CCN prowadzi do wzrostu liczby kropel chmur. Prowadzi to do większego rozproszenia promieniowania krótkofalowego, tj. wzrostu albedo chmury, znanego jako albedo chmury , efekt pierwszego pośredniego lub efekt Twomeya . Dowody potwierdzające efekt albedo chmur zaobserwowano na podstawie wpływu smug spalin ze statków i spalania biomasy na albedo chmur w porównaniu z chmurami otaczającymi. Efekt aerozolu albedo w chmurze jest efektem pierwszego rzędu i dlatego IPCC sklasyfikował go jako wymuszenie radiacyjne .

Wzrost liczby kropel w chmurze spowodowany wprowadzeniem aerozolu powoduje zmniejszenie rozmiaru kropel w chmurze, ponieważ ta sama ilość wody jest dzielona na więcej kropel. Ma to wpływ na tłumienie opadów, wydłużając czas życia chmur, znany jako efekt aerozolu czasu życia chmury, drugi efekt pośredni lub efekt Albrechta. Zaobserwowano to jako tłumienie mżawki w chmurach spalin statków w porównaniu z chmurami otaczającymi oraz hamowanie opadów w smugach spalania biomasy. Ten efekt czasu życia chmur jest klasyfikowany przez IPCC jako sprzężenie zwrotne klimatu (a nie wymuszanie radiacyjne) ze względu na współzależność między nim a cyklem hydrologicznym. Jednak wcześniej zostało to sklasyfikowane jako ujemne wymuszenie radiacyjne.

Pół-bezpośrednie

Efekt półbezpośredni dotyczy każdego efektu radiacyjnego spowodowanego pochłanianiem aerozolu atmosferycznego, takiego jak sadza, z wyjątkiem bezpośredniego rozpraszania i absorpcji, które są klasyfikowane jako efekt bezpośredni. Obejmuje wiele indywidualnych mechanizmów i generalnie jest gorzej zdefiniowany i poznany niż bezpośrednie i pośrednie efekty aerozolu. Na przykład, jeśli absorbujące aerozole znajdują się w warstwie znajdującej się wyżej w atmosferze, mogą ogrzewać otaczające powietrze, co hamuje kondensację pary wodnej, co skutkuje mniejszym tworzeniem się chmur. Dodatkowo, ogrzewanie warstwy atmosfery w stosunku do powierzchni skutkuje bardziej stabilną atmosferą dzięki hamowaniu atmosferycznemu konwekcja . Hamuje to konwekcyjne podnoszenie wilgoci, co z kolei zmniejsza tworzenie się chmur. Ogrzewanie atmosfery w górze prowadzi również do ochłodzenia powierzchni, co skutkuje mniejszym parowaniem wody powierzchniowej. Wszystkie opisane tutaj efekty prowadzą do zmniejszenia zachmurzenia, tj. wzrostu albedo planetarnego. Efekt półbezpośredni klasyfikowany jako sprzężenie zwrotne klimatu) przez IPCC ze względu na współzależność między nim a cyklem hydrologicznym. Jednak wcześniej zostało to sklasyfikowane jako ujemne wymuszenie radiacyjne.

Specyficzne role aerozolu

Siarczan

Główny artykuł: aerozole siarki w stratosferze

Aerozol siarczanowy ma dwa główne skutki, bezpośrednie i pośrednie. Efekt bezpośredni, poprzez albedo , to efekt chłodzenia, który spowalnia ogólne tempo globalnego ocieplenia : najlepsze oszacowanie IPCC dotyczące wymuszania radiacyjnego wynosi -0,4 wata na metr kwadratowy w zakresie od -0,2 do -0,8 W/m ² . Istnieją jednak znaczne niejasności. Efekt różni się znacznie pod względem geograficznym, przy czym uważa się, że większość ochłodzeń ma miejsce w głównych ośrodkach przemysłowych i z wiatrem. Nowoczesne modele klimatyczne dotyczące atrybucji niedawnych zmian klimatycznych wziąć pod uwagę wymuszanie siarczanów, które wydaje się odpowiadać (przynajmniej częściowo) za nieznaczny spadek globalnej temperatury w połowie XX wieku. Pośredni efekt poprzez aerozol działający jako jądra kondensacji chmur (CCN), a tym samym modyfikujący właściwości chmur (albedo i czas życia) jest bardziej niepewny, ale uważa się, że jest to ochładzanie.

Czarny karbon

Sadza (BC) lub sadza lub węgiel elementarny (EC), często nazywany sadzą, składa się z czystych klastrów węgla, szkieletowych kulek i fulerenów i jest jednym z najważniejszych absorbujących gatunków aerozoli w atmosferze. Należy go odróżnić od węgla organicznego (OC): zgrupowanych lub zagregowanych cząsteczek organicznych samodzielnie lub przenikających przez EC buckyball. Sadza z paliw kopalnych została oszacowana przez IPCC w Czwartym Raporcie Oceniającym IPCC, 4AR, jako przyczyniająca się do globalnego średniego wymuszenia radiacyjnego na poziomie +0,2 W/m2 ⁽ było +0,1 W/ ^m2 w drugim raporcie oceniającym IPCC, SAR), w zakresie od +0,1 do +0,4 W/m ² . Badanie opublikowane w 2013 roku stwierdza jednak, że „najlepsze oszacowanie dla ery przemysłowej (1750-2005) bezpośredniego wymuszania radiacyjnego sadzy atmosferycznej wynosi +0,71 W/m2 ^z 90% granicami niepewności wynoszącymi (+0,08, +1,27) W/m ² " przy "całkowitym bezpośrednim wymuszeniu przez całkowicie czarne źródła węgla, bez odejmowania przedindustrialnego tła, szacuje się na +0,88 (+0,17, +1,48) W/m ² ".

Instancje

Zobacz też: Zamglenie

Redukcja promieniowania słonecznego w wyniku erupcji wulkanów

Wulkany są dużym naturalnym źródłem aerozolu i są powiązane ze zmianami klimatu na Ziemi, często mającymi konsekwencje dla populacji ludzkiej. Erupcje związane ze zmianami klimatu obejmują erupcję Huaynaputina w 1600 r., która była powiązana z rosyjskim głodem w latach 1601–1603 , który doprowadził do śmierci dwóch milionów osób, oraz erupcję góry Pinatubo w 1991 r. co spowodowało globalne ochłodzenie o około 0,5°C trwające kilka lat. Badania śledzące wpływ aerozoli rozpraszających światło w stratosferze w latach 2000 i 2010 oraz porównujące ich wzór z aktywnością wulkaniczną wykazują ścisłą korelację. Symulacje wpływu cząstek antropogenicznych wykazały niewielki wpływ na obecne poziomy.

Uważa się również, że aerozole wpływają na pogodę i klimat w skali regionalnej. Awaria monsunu indyjskiego została powiązana z zahamowaniem parowania wody z Oceanu Indyjskiego w wyniku półbezpośredniego wpływu antropogenicznego aerozolu.

Niedawne badania suszy w Sahelu i znacznego wzrostu opadów deszczu w Australii od 1967 roku na Terytorium Północnym , Kimberley , Pilbara i wokół Równiny Nullarbor doprowadziły niektórych naukowców do wniosku, że mgła aerozolowa nad Azją Południową i Wschodnią stale przesuwa opady tropikalne w obie półkule na południe.

Efekty zdrowotne

Stacja pomiaru zanieczyszczenia powietrza w Emden w Niemczech

Zobacz też: Wpływ przemysłu węglowego na środowisko

Rozmiar, kształt i rozpuszczalność mają znaczenie

Rozmiar cząstki jest głównym wyznacznikiem tego, gdzie w drogach oddechowych cząstka zatrzyma się podczas wdychania. Większe cząstki są na ogół filtrowane w nosie i gardle przez rzęski i śluz, ale cząstki mniejsze niż około 10 mikrometrów mogą osadzać się w oskrzelach i płucach i powodować problemy zdrowotne. Rozmiar 10 mikrometrów nie stanowi ścisłej granicy między wdychanymi i niewdychanymi cząstkami, ale został uzgodniony do monitorowania pyłu zawieszonego w powietrzu przez większość agencji regulacyjnych. Ze względu na swój mały rozmiar cząstki rzędu 10 mikrometrów lub mniej ( gruboziarniste cząstki stałe , PM ₁₀ ) mogą przenikać do najgłębszych części płuc, takich jak oskrzeliki lub pęcherzyki płucne . Kiedy astmatycy są narażeni na te warunki, może to wywołać skurcz oskrzeli.

Podobnie drobne cząstki stałe ( PM _2,5 ) mają tendencję do przenikania do obszarów wymiany gazowej w płucach (pęcherzyków płucnych), a bardzo małe cząstki ( najdrobniejsze cząstki stałe , PM _0,1 ) mogą przechodzić przez płuca i oddziaływać na inne narządy. Penetracja cząstek nie jest całkowicie zależna od ich wielkości; kształt i skład chemiczny również odgrywają rolę. Aby uniknąć tej komplikacji, stosuje się proste nazewnictwo, aby wskazać różne stopnie względnej penetracji cząstki PM do sercowo-naczyniowego . Cząsteczki, które można wdychać, wnikają nie dalej niż do oskrzeli , ponieważ są filtrowane przez rzęski . Cząstki klatki piersiowej mogą przenikać bezpośrednio do oskrzelików końcowych , podczas gdy PM _0,1 , które mogą przenikać do pęcherzyków płucnych, obszaru wymiany gazowej, a tym samym do układu krążenia , nazywane są cząstkami respirabilnymi .

Analogicznie, wdychana frakcja pyłu to frakcja pyłu przedostająca się do nosa i ust, która może osadzać się w dowolnym miejscu dróg oddechowych. Frakcja piersiowa to frakcja, która dostaje się do klatki piersiowej i osadza się w drogach oddechowych płuc. Frakcja respirabilna jest tym, co osadza się w regionach wymiany gazowej (pęcherzykach płucnych).

Najmniejsze cząsteczki, mniejsze niż 180 nanometrów ( nanocząstki ), mogą być jeszcze bardziej szkodliwe dla układu sercowo-naczyniowego. Nanocząsteczki mogą przechodzić przez błony komórkowe i migrować do innych narządów, w tym do mózgu. Cząsteczki emitowane przez nowoczesne silniki wysokoprężne (powszechnie określane jako cząstki stałe w silnikach wysokoprężnych lub DPM) mają zwykle rozmiar rzędu 100 nanometrów (0,1 mikrometra). Cząsteczki sadzy zawierają również substancje rakotwórcze, takie jak benzopireny adsorbowane na ich powierzchni. Masa cząstek stałych nie jest właściwą miarą zagrożenia dla zdrowia, ponieważ jedna cząstka o średnicy 10 μm ma w przybliżeniu taką samą masę jak 1 milion cząstek o średnicy 100 nm, ale jest znacznie mniej niebezpieczna, ponieważ jest mało prawdopodobne, aby dostała się do pęcherzyków płucnych. Ustawowe limity emisji z silników oparte na masie nie mają zatem charakteru ochronnego. W niektórych krajach istnieją propozycje nowych przepisów, z sugestiami, aby zamiast tego ograniczyć powierzchnię cząstek lub liczbę cząstek (ilość liczbowa).

Miejsce i stopień wchłaniania wdychanych gazów i oparów zależy od ich rozpuszczalności w wodzie. Absorpcja zależy również od natężenia przepływu powietrza i ciśnienia cząstkowego gazów we wdychanym powietrzu. Los określonego zanieczyszczenia zależy od postaci, w jakiej występuje (aerozol lub pył). Wdychanie zależy również od szybkości oddychania pacjenta.

Inną nie do końca udokumentowaną złożonością jest wpływ kształtu PM na zdrowie, z wyjątkiem igiełkowatego kształtu włókien azbestu , które mogą osadzać się w płucach. Kształty geometrycznie kanciaste mają większą powierzchnię niż kształty okrągłe, co z kolei wpływa na zdolność wiązania cząsteczki z innymi, być może bardziej niebezpiecznymi substancjami.

Ważny jest skład, ilość i czas trwania

Pracownik w chmurze betonowego pyłu

Skład cząstek może się znacznie różnić w zależności od ich pochodzenia i sposobu ich wytwarzania. Na przykład pył emitowany podczas spalania żywej i martwej roślinności różniłby się od pyłu emitowanego podczas spalania papieru kamiennego lub odpadów budowlanych . Cząsteczki emitowane ze spalania paliw nie są tożsame z cząstkami emitowanymi ze spalania odpadów. Pył powstający w wyniku pożaru stoczni recyklingowej lub statku pełnego złomu może zawierać więcej substancji toksycznych niż inne rodzaje spalania. Różne rodzaje prac renowacyjnych budynków również wytwarzają różne rodzaje pyłu. Skład PM powstałych w wyniku cięcia lub mieszania betonu wykonanego z cementu portlandzkiego byłby inny niż w przypadku cięcia lub mieszania betonu wykonanego z różnymi rodzajami żużla (np . lub nawet pył z EAF (EAFD), podczas gdy EFAD, żużel i popiół lotny są prawdopodobnie bardziej toksyczne , ponieważ zawierają metale ciężkie . Skład dymów spawalniczych również jest bardzo zróżnicowany i zależy od metali w spawanym materiale, składu powłok, elektrody itp., a zatem różne rodzaje emisji toksycznych mogą powodować wiele problemów zdrowotnych.

Oprócz składu ważne są również ilość i czas trwania narażenia, ponieważ wpływają one na wyzwalanie i ciężkość choroby. Cząsteczki, które dostają się do pomieszczeń, mają bezpośredni wpływ na jakość powietrza w pomieszczeniach . Niepokojące są również możliwe wtórne zanieczyszczenia, takie jak to, które miało miejsce w przypadku palenia z trzeciej ręki .

W skrócie, chociaż stężenie tła jest ważne, to tylko „poprawa jakości powietrza” lub „spadek stężenia PM w otoczeniu” niekoniecznie oznacza lepsze zdrowie. Wpływ na zdrowie zależy głównie od toksyczności (lub źródła) cząstek stałych, na które narażona jest dana osoba, ilości, na którą jest narażona i jak długo, a także wielkości, kształtu i rozpuszczalności PM.

Ponieważ projekty budowlane i remontowe są znaczącymi źródłami pyłu zawieszonego, oznacza to, że takich projektów, które są bardzo powszechne w niektórych miejscach, należy unikać w miarę możliwości w placówkach służby zdrowia, które już się rozpoczęły i działają. W przypadku nieuniknionych projektów należy wprowadzić lepsze planowanie i środki łagodzące w odniesieniu do emisji PM. Używanie elektronarzędzi, ciężkiego sprzętu, olejów napędowych i potencjalnie toksycznych materiałów budowlanych (np. betonu i lutu ) należy ściśle monitorować, aby upewnić się, że nie ma to negatywnego wpływu na pacjentów, którzy szukają leczenia choroby lub szans na przeżycie.

Problemy zdrowotne

Zgony z powodu zanieczyszczenia powietrza w porównaniu z innymi powszechnymi przyczynami

Informacje o jakości powietrza na PM ₁₀ wyświetlane w Katowicach , Polska

Skutki wdychania cząstek stałych, które były szeroko badane u ludzi i zwierząt, obejmują COVID-19 , astmę , raka płuc, choroby układu oddechowego, takie jak krzemica , choroby układu krążenia, przedwczesne porody , wady wrodzone, niską masę urodzeniową , zaburzenia rozwojowe, zaburzenia neurodegeneracyjne, zaburzenia psychiczne i przedwczesną śmierć. Drobne cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrona na zewnątrz są odpowiedzialne za 4,2 miliona zgonów rocznie na całym świecie i ponad 103 miliony utraconych lat życia skorygowanych o niepełnosprawność , co czyni go piątym wiodącym czynnikiem ryzyka zgonu. Zanieczyszczenie powietrza zostało również powiązane z szeregiem innych problemów psychospołecznych. Cząsteczki mogą powodować uszkodzenie tkanek, wnikając bezpośrednio do narządów lub pośrednio poprzez ogólnoustrojowe zapalenie . Negatywne skutki mogą wystąpić nawet przy poziomach narażenia niższych niż opublikowane normy jakości powietrza uznane za bezpieczne.

Głównym zagrożeniem są antropogeniczne drobne cząstki stałe

Zwiększony poziom drobnych cząstek w powietrzu w wyniku antropogenicznego zanieczyszczenia powietrza „jest konsekwentnie i niezależnie związany z najpoważniejszymi skutkami, w tym rakiem płuc i innymi śmiertelnościami sercowo-płucnymi ”. Związek między dużą liczbą zgonów i innymi problemami zdrowotnymi a zanieczyszczeniem pyłem został po raz pierwszy wykazany na początku lat 70. XX wieku i od tego czasu był wielokrotnie powtarzany. Szacuje się, że zanieczyszczenie PM powoduje 22 000–52 000 zgonów rocznie w Stanach Zjednoczonych (od 2000 r.) i przyczyniło się do około 370 000 przedwczesnych zgonów w Europie w 2005 r. i 3,22 miliona zgonów na całym świecie w 2010 r. na globalne obciążenie współpracą w zakresie chorób . Badanie przeprowadzone przez Europejską Agencję Środowiska szacuje, że 307 000 osób zmarło przedwcześnie w 2019 r. z powodu zanieczyszczenia drobnymi cząsteczkami w 27 państwach członkowskich UE.

W badaniu przeprowadzonym w 2000 roku w USA zbadano, w jaki sposób drobny pył może być bardziej szkodliwy niż gruboziarnisty. Badanie przeprowadzono w sześciu różnych miastach. Odkryli, że zgony i wizyty w szpitalach, które były spowodowane pyłem zawieszonym w powietrzu, były spowodowane głównie drobnym pyłem zawieszonym. Podobnie badanie amerykańskich danych dotyczących zanieczyszczenia powietrza z 1987 r. Wykazało, że drobne cząstki i siarczany, w przeciwieństwie do grubszych cząstek, najbardziej konsekwentnie i istotnie korelowały z całkowitymi rocznymi wskaźnikami śmiertelności w standardowych statystycznych obszarach metropolitalnych .

Badanie opublikowane w 2022 roku w GeoHealth wykazało, że wyeliminowanie emisji paliw kopalnych związanych z energią w Stanach Zjednoczonych zapobiegłoby 46 900–59 400 przedwczesnym zgonom każdego roku i zapewniłoby 537–678 miliardów dolarów korzyści z uniknięcia chorób i śmierci związanych z PM2,5.

Ciąża, płód i skutki porodu

Wyższe wskaźniki niepłodności zostały skorelowane z narażeniem na cząstki stałe.

Ponadto wdychanie pyłów PM _2,5 – PM ₁₀ wiąże się z podwyższonym ryzykiem wystąpienia niekorzystnych następstw ciąży, takich jak niska masa urodzeniowa . Narażenie matki na PM _2,5 w czasie ciąży jest również związane z wysokim ciśnieniem krwi u dzieci. Ekspozycja na PM _2,5 wiąże się z większym zmniejszeniem masy urodzeniowej niż ekspozycja na PM ₁₀ . Ekspozycja na PM może powodować stany zapalne, stres oksydacyjny, zaburzenia endokrynologiczne i upośledzony dostęp transportu tlenu do łożyska, z których wszystkie są mechanizmami zwiększającymi ryzyko niskiej masy urodzeniowej. Ogólne dowody epidemiologiczne i toksykologiczne sugerują, że istnieje związek przyczynowy między długotrwałym narażeniem na PM _2,5 i wyniki rozwojowe (tj. niska masa urodzeniowa). Jednak badania badające znaczenie narażenia specyficznego dla trymestru okazały się niejednoznaczne, a wyniki badań międzynarodowych były niespójne w rysowaniu powiązań między prenatalnym narażeniem na pył zawieszony a niską masą urodzeniową. Ponieważ wyniki okołoporodowe są związane ze zdrowiem przez całe życie, a narażenie na pył zawieszony jest powszechne, kwestia ta ma kluczowe znaczenie dla zdrowia publicznego i konieczne będą dodatkowe badania, aby poinformować politykę publiczną w tej sprawie.

Choroby układu krążenia i oddechowego

Badanie z 2002 roku wykazało, że PM _2,5 prowadzi do odkładania się dużych ilości blaszek miażdżycowych w tętnicach , powodując zapalenie naczyń i miażdżycę tętnic – stwardnienie tętnic, które zmniejsza elastyczność, co może prowadzić do zawałów serca i innych chorób sercowo-naczyniowych . problemy. Metaanaliza z 2014 roku wykazała, że ​​długotrwałe narażenie na pył zawieszony jest powiązane ze zdarzeniami wieńcowymi. Badanie obejmowało 11 kohort uczestniczących w Europejskim badaniu kohort dotyczących skutków zanieczyszczenia powietrza (ESCAPE) z udziałem 100 166 uczestników, obserwowanych przez średnio 11,5 roku. Wzrost szacunkowej rocznej ekspozycji na PM 2,5 o zaledwie 5 μg/m ³ wiązał się z 13% wzrostem ryzyka zawału serca. W 2017 roku badanie wykazało, że PM nie tylko wpływa na ludzkie komórki i tkanki, ale także na bakterie, które powodują choroby u ludzi. To badanie wykazało, że biofilm powstawanie, tolerancja antybiotyków i kolonizacja zarówno Staphylococcus aureus , jak i Streptococcus pneumoniae zostały zmienione przez ekspozycję na sadzę .

W 2008 roku opublikowano największe amerykańskie badanie dotyczące ostrych skutków zdrowotnych zanieczyszczenia gruboziarnistymi cząstkami o średnicy od 2,5 do 10 mikrometrów, które wykazało związek z liczbą przyjęć do szpitala z powodu chorób układu krążenia, ale nie ma dowodów na związek z liczbą przyjęć do szpitala z powodu chorób układu oddechowego. Po uwzględnieniu poziomów drobnych cząstek (PM _2,5 i mniej) powiązanie z gruboziarnistymi cząstkami pozostało, ale nie było już istotne statystycznie, co oznacza, że ​​efekt wynika z podsekcji drobnych cząstek.

Mongolska agencja rządowa odnotowała 45% wzrost wskaźnika chorób układu oddechowego w ciągu ostatnich pięciu lat (zgłoszony we wrześniu 2014 r.). Astma oskrzelowa, przewlekła obturacyjna choroba płuc i śródmiąższowe zapalenie płuc były najczęstszymi dolegliwościami leczonymi przez okoliczne szpitale. Poziom przedwczesnej śmierci, przewlekłego zapalenia oskrzeli i chorób układu krążenia wzrasta w szybkim tempie.

Zagrożenia poznawcze

Dalsze informacje: Neuroplastyczne skutki zanieczyszczenia

Wpływ zanieczyszczenia powietrza i cząstek stałych na wydajność poznawczą stał się aktywnym obszarem badań. Niedawne badanie podłużne w Chinach porównując zanieczyszczenie powietrza i ekspozycję na cząstki stałe z wynikami testów werbalnych i matematycznych stwierdzono, że skumulowana ekspozycja utrudniała wyniki testów werbalnych mężczyzn i kobiet znacznie bardziej niż wyniki z matematyki. Negatywny wpływ na rozumowanie werbalne w wyniku narażenia na cząstki stałe był bardziej wyraźny, ponieważ ludzie starzeli się i częściej dotykali mężczyzn niż kobiety. Poziom pogorszenia funkcji poznawczych w wynikach rozumowania werbalnego był bardziej wyraźny u osób z niższym wykształceniem (gimnazjalnym lub niższym). Krótkotrwała ekspozycja na pył zawieszony została powiązana z krótkotrwałym pogorszeniem funkcji poznawczych u zdrowych osób dorosłych.

Zanieczyszczenie powietrza, pył zawieszony i dym drzewny mogą również powodować uszkodzenia mózgu i zwiększać ryzyko zaburzeń rozwojowych, zaburzeń neurodegeneracyjnych, zaburzeń psychicznych i samobójstw, chociaż badania dotyczące związku między depresją a niektórymi zanieczyszczeniami powietrza nie są spójne. Co najmniej jedno badanie wykazało „obfitą obecność w ludzkim mózgu nanocząstek magnetytu, które dokładnie odpowiadają wysokotemperaturowym nanosferom magnetytu, utworzonym przez spalanie i/lub ogrzewanie pochodzące z tarcia, które są obfite w miejskich cząstkach zawieszonych w powietrzu (PM) ”.

Cząsteczki wydają się również odgrywać rolę w patogenezie choroby Alzheimera i przedwczesnego starzenia się mózgu

Zwiększona śmierć

Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) oszacowała w 2005 r., że „... zanieczyszczenie powietrza drobnym pyłem (PM(2,5)) powoduje około 3% śmiertelności z powodu chorób sercowo-płucnych, około 5% śmiertelności z powodu raka tchawicy, oskrzeli i płuc i około 1% śmiertelności z powodu ostrych infekcji dróg oddechowych u dzieci poniżej 5 lat na całym świecie”. Badanie z 2011 roku wykazało, że zmęczenie spowodowane ruchem drogowym jest najpoważniejszą przyczyną zawałów serca , której można zapobiec w społeczeństwie, i jest przyczyną 7,4% wszystkich ataków.

Badania pyłu zawieszonego przeprowadzone w Bangkoku w Tajlandii w 2008 roku wykazały wzrost ryzyka śmierci z powodu chorób układu krążenia o 1,9% i wszystkich chorób o 1,0% na każde 10 mikrogramów na metr sześcienny. Poziomy wynosiły średnio 65 w 1996 r., 68 w 2002 r. I 52 w 2004 r. Spadające poziomy można przypisać konwersji oleju napędowego na spalanie gazu ziemnego, a także ulepszonym przepisom.

Różnice rasowe

Przeprowadzono wiele badań łączących rasę ze zwiększoną bliskością cząstek stałych, a tym samym podatnością na niekorzystne skutki zdrowotne, które idą w parze z długotrwałym narażeniem. W badaniu analizującym wpływ zanieczyszczenia powietrza na dzielnice z segregacją rasową w Stanach Zjednoczonych wyniki pokazują, że „proporcje czarnych mieszkańców w danym obszarze były powiązane z wyższymi wskaźnikami astmy”. Wielu uczonych łączy tę nieproporcjonalność z rasową segregacją mieszkaniową i ich odpowiednie nierówności w „ekspozycjach toksycznych”. Rzeczywistość tę pogarsza stwierdzenie, że „opieka zdrowotna występuje w kontekście szerszych historycznych i współczesnych nierówności społecznych i ekonomicznych oraz utrzymującej się dyskryminacji rasowej i etnicznej w wielu sektorach życia w Ameryce”. Bliskość budynków mieszkalnych do obiektów emitujących pył zwiększa narażenie na PM 2,5, co wiąże się ze zwiększonymi wskaźnikami zachorowalności i śmiertelności. Liczne badania potwierdzają, że obciążenie emisjami PM jest wyższe wśród populacji innych niż biała i dotkniętych ubóstwem, chociaż niektórzy twierdzą, że dochody nie wpływają na te różnice. Ta korelacja między reperkusjami zdrowotnymi związanymi z rasą i mieszkaniem wynika z długotrwałego problemu sprawiedliwości środowiskowej związanego z praktyką historycznego redliningu. Przykładem tych czynników kontekstualizowanych jest obszar południowo-wschodniej Luizjany, potocznie nazywany „ Cancer Alley ” ze względu na wysokie stężenie zgonów związanych z rakiem z powodu sąsiednich zakładów chemicznych. Cancer Alley, będąca w większości społecznością Afroamerykanów, a sąsiedztwo znajdujące się najbliżej elektrowni jest w 90% czarne, utrwala narrację naukową, że populacje czarnych znajdują się nieproporcjonalnie bliżej obszarów o wysokiej produkcji PM niż populacje białych. Artykuł z 2020 roku wiąże długoterminowe skutki zdrowotne życia w wysokim stężeniu PM ze zwiększonym ryzykiem, rozprzestrzenianiem się i śmiertelnością z powodu SARS-CoV-2 lub COVID-19 i obwinia historię rasizmu za ten wynik.

Ryzyko dymu z pożaru

występują pożary, istnieje zwiększone ryzyko narażenia na pył są trwałe. Dym z pożarów może mieć wpływ na wrażliwe grupy, takie jak osoby starsze, dzieci, kobiety w ciąży oraz osoby z chorobami płuc i układu krążenia. Badanie wykazało, że w sezonie pożarów lasów 2008 w Kalifornii pył był znacznie bardziej toksyczny dla ludzkich płuc, ponieważ zaobserwowano zwiększony naciek neutrofili, napływ komórek i obrzęk w porównaniu z pyłem z otaczającego powietrza. Co więcej, pył zawieszony z pożarów lasów został powiązany z czynnikiem wyzwalającym ostre zdarzenia wieńcowe, takie jak choroba niedokrwienna serca. Pożary lasów są również związane ze zwiększoną liczbą wizyt na oddziałach ratunkowych z powodu narażenia na pył zawieszony, a także ze zwiększonym ryzykiem zdarzeń związanych z astmą. Ponadto odkryto związek między PM2,5 z pożarów lasów a zwiększonym ryzykiem hospitalizacji z powodu chorób sercowo-płucnych.

Wiedza branży energetycznej i reakcja na niekorzystne skutki zdrowotne

Duże firmy energetyczne przynajmniej od lat 60. XX wieku rozumiały, że stosowanie ich produktów powoduje powszechne niekorzystne skutki zdrowotne i śmierć, ale kontynuowały agresywny lobbing polityczny w Stanach Zjednoczonych i innych krajach przeciwko regulacjom dotyczącym czystego powietrza i rozpoczęły duże korporacyjne kampanie propagandowe, aby zasiać wątpliwości co do związku przyczynowego między spalanie paliw kopalnych i poważne zagrożenia dla życia ludzkiego. Wewnętrzne memoranda firmowe ujawniają, że naukowcy z branży energetycznej i kadra kierownicza wiedzieli, że zanieczyszczenia powietrza wytwarzane przez paliwa kopalne osadzają się głęboko w ludzkiej tkance płucnej i powodują wady wrodzone u dzieci pracowników przemysłu naftowego. Notatki branżowe potwierdzają, że samochody „są zdecydowanie największymi źródłami zanieczyszczenia powietrza”, a także, że zanieczyszczenie powietrza powoduje niekorzystne skutki zdrowotne i osadza toksyny, w tym substancje rakotwórcze, „głęboko w płucach, które w przeciwnym razie zostałyby usunięte w gardle”.

W odpowiedzi na rosnące zaniepokojenie opinii publicznej branża ostatecznie utworzyła Globalną Koalicję Klimatyczną , branżową grupę lobbystyczną, aby wykoleić rządowe próby uregulowania zanieczyszczenia powietrza i wywołać zamieszanie w opinii publicznej co do konieczności takiej regulacji. Podobne działania lobbingowe i korporacyjne public relations zostały podjęte przez American Petroleum Institute , stowarzyszenie branżowe przemysłu naftowego i gazowego oraz prywatny think tank zaprzeczający zmianom klimatycznym , The Heartland Institute . „Reakcja ze strony firm zajmujących się paliwami kopalnymi pochodzi z tego samego podręcznika – najpierw wiedzą, potem knują, potem zaprzeczają, a potem zwlekają. Powrócili do opóźnień, subtelnych form propagandy i podważania przepisów” powiedział Geoffrey Supran, badacz z Uniwersytetu Harvarda zajmujący się historią firm paliw kopalnych i zmianami klimatycznymi. Wysiłki te zostały porównane przez analityków politycznych, takich jak Carroll Muffett z Centrum Międzynarodowego Prawa Ochrony Środowiska , do strategii przemysłu tytoniowego polegającej na lobbingu i korporacyjnych kampaniach propagandowych wzbudzić wątpliwości co do związku przyczynowego między paleniem papierosów a rakiem i zapobiec jego regulacji. Ponadto rzecznicy finansowani przez przemysł, mianowani na wyższe stanowiska rządowe w Stanach Zjednoczonych, zrewidowali odkrycia naukowe pokazujące śmiertelne skutki zanieczyszczenia powietrza i wycofali jego regulacje.

Wpływ na roślinność

Cząstki stałe mogą zatykać otwory aparatów szparkowych roślin i zakłócać funkcje fotosyntezy. W ten sposób wysokie stężenie cząstek stałych w atmosferze może prowadzić do zahamowania wzrostu lub śmierci niektórych gatunków roślin.

Rozporządzenie

Ze względu na wysoce toksyczne skutki zdrowotne pyłu zawieszonego, większość rządów stworzyła przepisy zarówno dotyczące dozwolonych emisji z niektórych rodzajów źródeł zanieczyszczeń (pojazdy silnikowe, emisje przemysłowe itp.), jak i stężenia cząstek stałych w otoczeniu. IARC i WHO określają cząstki stałe jako czynniki rakotwórcze grupy 1 . Cząstki stałe są najbardziej śmiercionośną formą zanieczyszczenia powietrza ze względu na ich zdolność do penetracji w głąb płuc i niefiltrowanych strumieni krwi, powodując choroby układu oddechowego , zawały serca i przedwczesna śmierć . W 2013 r. badanie ESCAPE z udziałem 312 944 osób w dziewięciu krajach europejskich wykazało, że nie ma bezpiecznego poziomu pyłu zawieszonego i że każdy wzrost PM _{10 o 10 μg/m} ³ zachorowalność na raka płuc wzrasta o 22%. W przypadku PM _2,5 nastąpił 36% wzrost zachorowań na raka płuc na 10 μg/m ³ . W metaanalizie 18 badań z całego świata z 2014 r., w tym danych ESCAPE, dla każdego wzrostu PM _{2,5 o 10 μg/m} ³ częstość występowania raka płuc wzrosła o 9%.

Australia

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	25 μg/ m3	8 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	50 μg/ m3 Nic	25 μg/ m3 Nic

Australia ustaliła limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Kanada

W Kanadzie norma dotycząca cząstek stałych jest ustalana na szczeblu krajowym przez federalno-prowincjonalną Kanadyjską Radę Ministrów Środowiska (CCME). Jurysdykcje (prowincje i terytoria) mogą ustalać bardziej rygorystyczne standardy. Norma CCME dla pyłu zawieszonego 2,5 (PM _2,5 ) od 2015 r. wynosi 28 μg/m ³ (obliczona na podstawie 3-letniej średniej rocznej 98 percentyla dobowych średnich stężeń) i 10 μg/m ³ (3 -średnia roczna średniej rocznej). Normy PM _2,5 staną się bardziej rygorystyczne w 2020 roku.

Chiny

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	70 μg/ m3	35 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	150 μg/ m3 Nic	75 μg/ m3 Nic

Chiny ustaliły limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Unia Europejska

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	40 μg/ m3	25 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	50 μg/ m3 35	Nic Nic

Unia Europejska ustanowiła europejskie normy emisji , które zawierają limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Europejski Indeks Jakości Powietrza	Dobry	Sprawiedliwy	Umiarkowany	Słaby	Bardzo ubogi	Bardzo biedny
Cząsteczki mniejsze niż 2,5 μm (PM 2,5 )	0–10 μg/ m3	10–20 μg/ m3	20–25 μg/ m3	25–50 μg/ m3	50–75 μg/ m3	75–800 μg/ m3
Cząsteczki mniejsze niż 10 μm (PM 10 )	0–20 μg/ m3	20–40 μg/ m3	40–50 μg/ m3	50–100 μg/ m3	100–150 μg/ m3	150–1200 μg/ m3

Hongkong

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	50 μg/ m3	35 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	100 μg/ m3 9	75 μg/ m3 9

Hongkong ustalił limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Japonia

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	Nic	15 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	100 μg/ m3 Nic	35 μg/ m3 Nic

Japonia ustaliła limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Korea Południowa

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	50 μg/ m3	15 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	100 μg/ m3 Nic	35 μg/ m3 Nic

Korea Południowa ustaliła limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Tajwan

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	50 μg/ m3	15 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	100 μg/ m3 Nic	35 μg/ m3 Nic

Tajwan ustalił limity dla cząstek stałych w powietrzu:

Stany Zjednoczone

	po południu 10	PM 2,5
Średnia roczna	Nic	12 μg/ m3
Średnia dzienna (24-godzinna) Dozwolona liczba przekroczeń w ciągu roku	150 μg/ m3 1	35 μg/ m3 Nie dotyczy

Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (EPA) ustanowiła normy dotyczące stężeń PM ₁₀ i PM _2,5 . (Patrz krajowe normy jakości powietrza atmosferycznego ).

Trendy jakości powietrza w Stanach Zjednoczonych

Kalifornia

Trendy jakości powietrza w zachodnich Stanach Zjednoczonych

W październiku 2008 r. Departament Kontroli Substancji Toksycznych (DTSC) w ramach Kalifornijskiej Agencji Ochrony Środowiska ogłosił zamiar zwrócenia się do producentów nanorurek węglowych o informacje dotyczące analitycznych metod badawczych, losów i transportu w środowisku oraz innych istotnych informacji . DTSC wykonuje swoje uprawnienia zgodnie z kalifornijskim kodeksem zdrowia i bezpieczeństwa, rozdział 699, sekcje 57018-57020. Sekcje te zostały dodane w wyniku przyjęcia ustawy montażowej AB 289 (2006). Mają one na celu zwiększenie dostępności informacji na temat losów i transportu, wykrywania i analizy oraz innych informacji na temat chemikaliów. Prawo nakłada obowiązek dostarczenia tych informacji do Departamentu na tych, którzy produkują lub importują chemikalia.

W dniu 22 stycznia 2009 r. do producentów, którzy produkują lub importują nanorurki węglowe w Kalifornii lub którzy mogą eksportować nanorurki węglowe do stanu, wysłano oficjalne pismo z prośbą o udzielenie informacji. List ten stanowi pierwszą formalną implementację uprawnień wprowadzonych do ustawy przez AB 289 i jest skierowany do producentów nanorurek węglowych, zarówno przemysłowych, jak i akademickich w stanie, oraz do producentów spoza Kalifornii, którzy eksportują nanorurki węglowe do Kalifornii. Producenci muszą spełnić to żądanie informacji w ciągu jednego roku. DTSC czeka na zbliżający się 22 stycznia 2010 termin odpowiedzi na wezwanie do transmisji danych.

California Nano Industry Network i DTSC były gospodarzami całodniowego sympozjum w dniu 16 listopada 2009 r. W Sacramento w Kalifornii. To sympozjum było okazją do wysłuchania ekspertów z branży nanotechnologii i przedyskutowania przyszłych kwestii regulacyjnych w Kalifornii.

DTSC rozszerza wezwanie do szczegółowych informacji chemicznych na członków tlenków nanometali, najnowsze informacje można znaleźć na ich stronie internetowej.

Kolorado

Trendy jakości powietrza w południowo-zachodnich Stanach Zjednoczonych

Kluczowe punkty w Planie Kolorado obejmują redukcję poziomów emisji i rozwiązania według sektorów. Rolnictwo, transport, zielona energia elektryczna i badania nad energią odnawialną to główne koncepcje i cele tego planu. Programy polityczne, takie jak obowiązkowe badania emisji spalin pojazdów i zakaz palenia w pomieszczeniach, to działania podejmowane przez samorządy lokalne w celu budowania świadomości społecznej i udziału w czystszym powietrzu. Położenie Denver obok Gór Skalistych i rozległe równiny sprawiają, że obszar metropolitalny stolicy Kolorado jest prawdopodobnym miejscem występowania smogu i widocznego zanieczyszczenia powietrza.

Dotknięte obszary

Hrabstwa USA naruszają krajowe normy PM _2,5

Hrabstwa USA naruszają krajowe standardy PM ₁₀

Stężenie PM ₁₀ w Europie

Stężenie PM _2,5 (European Air Quality Index) w przedziale czasowym w mieście we Włoszech 2019-2020

Najbardziej skoncentrowane zanieczyszczenie pyłem zawieszonym wynikające ze spalania paliw kopalnych w transporcie i źródłach przemysłowych występuje zwykle w gęsto zaludnionych obszarach metropolitalnych w krajach rozwijających się, takich jak Delhi i Pekin .

Australia

Zanieczyszczenie PM10 na obszarach wydobycia węgla w Australii, takich jak dolina Latrobe w Wiktorii i region Hunter w Nowej Południowej Walii, znacznie wzrosło w latach 2004-2014. Chociaż wzrost ten nie wpłynął znacząco na statystyki nieosiągnięć, tempo wzrostu rosło każdego roku w latach 2010-2014.

Chiny

Niektóre miasta w północnych Chinach i Azji Południowej miały stężenia powyżej 200 μg/m ³ jeszcze kilka lat temu . Poziomy PM w chińskich miastach były ekstremalne w ostatnich latach , osiągając rekordowy poziom w Pekinie w dniu 12 stycznia 2013 r., wynoszący 993 μg/m ³ .

Aby monitorować jakość powietrza w południowych Chinach, konsulat USA w Kantonie ustawił monitor PM _2,5 i PM ₁₀ na wyspie Shamian w Kantonie i wyświetla odczyty na swojej oficjalnej stronie internetowej i platformach społecznościowych.

Ułan Bator

Stolica Mongolii, Ułan Bator , ma średnią roczną temperaturę około 0°C, co czyni ją najzimniejszą stolicą świata. Około 40% ludności mieszka w mieszkaniach, z których 80% jest zaopatrywanych w instalacje centralnego ogrzewania z trzech elektrociepłowni. W 2007 roku elektrownie zużyły prawie 3,4 mln ton węgla. Technologia kontroli zanieczyszczeń jest w złym stanie.

Pozostałe 60% populacji mieszka w slumsach (dystrykty Ger), które rozwinęły się dzięki nowej gospodarce rynkowej kraju i bardzo mroźnym sezonom zimowym. Biedni w tych dzielnicach gotują i ogrzewają swoje drewniane domy za pomocą wewnętrznych pieców opalanych drewnem lub węglem. Wynikające z tego zanieczyszczenie powietrza charakteryzuje się podwyższonym poziomem dwutlenku siarki i tlenku azotu oraz bardzo wysokimi stężeniami unoszących się w powietrzu cząstek stałych i pyłu zawieszonego (PM). Odnotowano roczne średnie sezonowe stężenia pyłu zawieszonego na poziomie 279 μg/m ³ (mikrogramów na metr sześcienny). Zalecany przez Światową Organizację Zdrowia średni roczny poziom PM ₁₀ wynosi 20 μg/m ^{3 , co oznacza, że} ​​średni roczny poziom PM ₁₀ w Ułan Bator jest 14 razy wyższy niż zalecany.

Zwłaszcza w miesiącach zimowych zanieczyszczenie powietrza zasłania powietrze, wpływając na widoczność w mieście do tego stopnia, że ​​w niektórych przypadkach samoloty nie mogą lądować na lotnisku.

Poza emisją z kominów innym źródłem nieuwzględnionym w inwentaryzacji emisji są popioły lotne ze stawów popiołowych, ostatecznego miejsca składowania popiołów lotnych, które zostały zebrane w osadnikach. Stawy popiołu są nieustannie erodowane przez wiatr w okresie zimowym.

Zobacz też

• Indeks jakości powietrza
• Prawo jakości powietrza
• Miażdżyca tętnic
• Bioaerozol
• Przewlekła obturacyjna choroba płuc
• Kryteria zanieczyszczeń powietrza
• Oddziaływanie na środowisko przemysłu węglowego
• Zwężenie oskrzeli wywołane wysiłkiem fizycznym
• Mgła
• Ulotny pył
• Globalnego zaciemnienia
• Lista najbardziej zanieczyszczonych miast według stężenia pyłu zawieszonego
• Mikroplastiki
• Krajowe normy jakości powietrza atmosferycznego
• Emisje inne niż spaliny
• Mgła grochowa
• Pylica płuc
• Rozedma płuc
• Zwłóknienie płuc
• Respirator
• Płuczka
• Najdrobniejsze cząstki

Dalsza lektura

• „Przykłady postępowania z pyłem w miejscu pracy” . EPA Wiktoria .
• Wojland, Adam. „Aerozole: małe cząsteczki, duży wpływ”. NASA, 2 listopada 2010, Aerozole: małe cząsteczki, duży wpływ
• Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (główny międzynarodowy organ naukowy zajmujący się zmianami klimatycznymi) rozdział dotyczący aerozoli atmosferycznych i ich skutków radiacyjnych
• InsideEPA.com, badanie łączy toksyczność powietrza z chorobami serca u myszy wśród kontrowersji EPA
•   Preining, Othmar i E. James Davis (red.), „Historia nauki o aerozolu”, Österreichische Akademie der Wissenschaften, ISBN 3-7001-2915-7 (Pbk.)
• G Invernizzi i in., Cząstki stałe z tytoniu a spaliny samochodowe z silnikiem Diesla: perspektywa edukacyjna . Kontrola tytoniu 13, S.219–221 (2004)
• „Waga liczb: zanieczyszczenie powietrza i PM2,5” . Magazyn Undark . Źródło 27 września 2019 r .
• JEFF CHARLTON Planowanie pandemii: przegląd poziomów ochrony respiratorów i masek.
•   Hinds, William C., Technologia aerozolowa: właściwości, zachowanie i pomiar cząstek unoszących się w powietrzu , Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19410-7
• Zangari, Shelby i in., Zmiany jakości powietrza w Nowym Jorku podczas pandemii COVID-19. Nauka o całym środowisku 742 (2020)
•   NARSTO (2004) Nauka o cząstkach stałych dla decydentów: ocena NARSTO. P. McMurry, M. Shepherd i J. Vickery, wyd. Cambridge University Press, Cambridge, Anglia. ISBN 0 52 184287 5 .

Linki zewnętrzne

• Aktualna globalna mapa rozmieszczenia PM ₁
• Aktualna globalna mapa rozmieszczenia PM ₁ i PM _2.5
• rozmieszczenia PM ₁ , PM _2.5 i PM ₁₀
• Aktualna globalna mapa grubości optycznej aerozolu materii organicznej w świetle zielonym
• Fakty dotyczące zanieczyszczenia według wskaźnika jakości życia w powietrzu