Твердые частицы - также известные как атмосферные аэрозольные частицы, атмосферные твердые частицы, твердые частицы ( ТЧ), или взвешенные твердые частицы ( SPM) - являются микроскопическими частицами из твердого или жидкого вещества взвешенного в воздухе. Термин аэрозоль обычно относится к смеси твердых частиц / воздуха, а не только к твердым частицам. Источники твердых частиц могут быть естественными или антропогенными. Они оказывают воздействие на климат и осадки, которое отрицательно сказывается на здоровье человека, помимо прямого вдыхания.
Типы атмосферных частиц включают взвешенные твердые частицы; грудные и респирабельные частицы; вдыхаемые частицы крупных, назначенной ПМ 10, которые являются грубыми частицами с диаметром 10 микрометров (мкм) или менее; мелкие частицы, обозначенные PM 2,5, диаметром 2,5 мкм или менее; сверхмелкозернистые частицы диаметром 100 нм или меньше; и копоть.
IARC и ВОЗ назначают в воздухе частиц, как группа 1 канцероген. Твердые частицы являются наиболее вредной формой загрязнения воздуха из-за их способности проникать глубоко в легкие, кровоток и мозг, вызывая проблемы со здоровьем, включая сердечные приступы, респираторные заболевания и преждевременную смерть. В 2013 году исследование с участием 312 944 человек в девяти европейских странах показало, что не существует безопасного уровня твердых частиц и что при каждом увеличении концентрации PM 10 на 10 мкг / м 3 частота рака легких возрастает на 22% (95% доверительный интервал [1.03– 1.45]). ТЧ 2,5 меньшего размера были особенно смертоносными, поскольку на 5 мкг / м 3 количество рака легких увеличивалось на 18% (95% ДИ [0,96–1,46]), поскольку они могут проникать глубже в легкие. Воздействие ТЧ 2,5 во всем мире привело к 4,1 миллиона смертей от сердечных заболеваний и инсультов, рака легких, хронических заболеваний легких и респираторных инфекций в 2016 году. В целом, твердые частицы в окружающей среде занимают шестое место по значимости во всем мире по фактору риска преждевременной смерти.
Некоторые твердые частицы образуются в естественных условиях из-за вулканов, пыльных бурь, лесных и пастбищных пожаров, живой растительности и морских брызг. Деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива в транспортных средствах, сжигание стерни, электростанций, дорожной пыли, мокрых градирен в системах охлаждения и различных промышленных процессах, также приводит к образованию значительных количеств твердых частиц. Сжигание угля в развивающихся странах является основным методом отопления домов и энергоснабжения. Поскольку солевой туман над океанами является наиболее распространенной формой твердых частиц в атмосфере, антропогенные аэрозоли - созданные в результате деятельности человека - в настоящее время составляют около 10 процентов от общей массы аэрозолей в нашей атмосфере.
Состав и токсичность аэрозолей, включая частицы, зависят от их источника и химического состава атмосферы и широко варьируются. Выносимая ветром минеральная пыль, как правило, состоит из минеральных оксидов и других материалов, выдуваемых из земной коры ; эти частицы поглощают свет. Морская соль считается вторым по величине источником глобального аэрозольного баланса и состоит в основном из хлорида натрия, образующегося из морских брызг; другие составляющие морской соли в атмосфере отражают состав морской воды и, таким образом, включают магний, сульфат, кальций, калий и т. д. Кроме того, аэрозоли морских брызг могут содержать органические соединения, которые влияют на их химический состав.
Некоторые вторичные частицы образуются в результате окисления первичных газов, таких как оксиды серы и азота, в серную кислоту (жидкость) и азотную кислоту (газообразную) или в результате биогенных выбросов. Прекурсоры этих аэрозолей, то есть газы, из которых они происходят, могут иметь антропогенное происхождение (от любого сжигания ископаемого топлива) и естественное биогенное происхождение. В присутствии аммиака вторичные аэрозоли часто принимают форму солей аммония ; т.е. сульфат аммония и нитрата аммония (оба могут быть сухими или в водном растворе ); в отсутствие аммиака вторичные соединения принимают кислую форму в виде серной кислоты (жидкие аэрозольные капли) и азотной кислоты (атмосферный газ), которые, вероятно, способствуют воздействию твердых частиц на здоровье.
Вторичные сульфатные и нитратные аэрозоли являются сильными светорассеивателями. Это происходит главным образом потому, что присутствие сульфата и нитрата вызывает увеличение аэрозолей до размеров, которые эффективно рассеивают свет.
Органические вещества (ОВ), содержащиеся в аэрозолях, могут быть первичными или вторичными, причем последняя часть возникает в результате окисления летучих органических соединений (ЛОС); органический материал в атмосфере может быть биогенным или антропогенным. Органическое вещество влияет на поле атмосферного излучения как за счет рассеяния, так и за счет поглощения. Предполагается, что некоторые аэрозоли содержат материал, сильно поглощающий свет, и, как считается, вызывают сильное положительное радиационное воздействие. Некоторые вторичные органические аэрозоли (SOA), образующиеся из продуктов сгорания двигателей внутреннего сгорания, были признаны опасными для здоровья. Было обнаружено, что токсичность твердых частиц варьируется в зависимости от региона и источника, что влияет на химический состав частиц.
Химический состав аэрозоля напрямую влияет на то, как он взаимодействует с солнечным излучением. Химические составляющие аэрозоля изменяют общий показатель преломления. Показатель преломления определяет, сколько света рассеивается и поглощается.
Состав твердых частиц, которые обычно вызывают визуальные эффекты, дымку, состоит из диоксида серы, оксидов азота, оксида углерода, минеральной пыли и органических веществ. Частицы гигроскопичны из-за присутствия серы, а SO 2 превращается в сульфат при высокой влажности и низких температурах. Это приводит к ухудшению видимости и желтому цвету.
Карты в искусственных цветах на карте распределения аэрозольных частиц на этой странице показывают, где ежемесячно находятся естественные аэрозоли, антропогенное загрязнение или их сочетание.
Среди наиболее очевидных закономерностей, которые показывают временные ряды распределения по размерам, является то, что в самых южных широтах планеты почти все аэрозоли имеют большие размеры, но в высоких северных широтах более мелкие аэрозоли очень распространены. Большая часть Южного полушария покрыта океаном, где крупнейшим источником аэрозолей является природная морская соль из высушенных морских брызг. Поскольку земля сконцентрирована в Северном полушарии, количество небольших аэрозолей от пожаров и деятельности человека там больше, чем в Южном полушарии. На суше пятна аэрозолей большого радиуса появляются над пустынями и засушливыми регионами, в первую очередь над пустыней Сахара в Северной Африке и на Аравийском полуострове, где пыльные бури являются обычным явлением. В местах, где обычна антропогенная или естественная пожарная активность (например, при расчистных пожарах в Амазонии с августа по октябрь или в лесах северной Канады летом в Северном полушарии), преобладают более мелкие аэрозоли. Загрязнение, вызванное деятельностью человека (ископаемое топливо), в значительной степени является причиной чрезмерно освоенных территорий с малыми аэрозолями, таких как восток Соединенных Штатов и Европы, особенно летом.
Спутниковые измерения аэрозолей, называемые оптической толщиной аэрозолей, основаны на том факте, что частицы изменяют способ отражения и поглощения атмосферой видимого и инфракрасного света. Как показано на седьмом изображении на этой странице, оптическая толщина менее 0,1 (бледно-желтый) указывает на кристально чистое небо с максимальной видимостью, тогда как значение 1 (красновато-коричневый) указывает на очень туманные условия.
Как правило, чем меньше и легче частица, тем дольше она остается в воздухе. Более крупные частицы (более 10 микрометров в диаметре) имеют тенденцию оседать на землю под действием силы тяжести в считанные часы, тогда как самые мелкие частицы (менее 1 микрометра) могут оставаться в атмосфере в течение нескольких недель и в основном удаляются с помощью осадков. Больше всего твердых частиц в дизельном топливе находится рядом с источником выбросов. Любая информация относительно DPM и атмосферы, флоры, высоты и расстояния от основных источников полезна для определения воздействия на здоровье.
Сложная смесь твердых и жидких частиц приводит к образованию твердых частиц, и эти выбросы твердых частиц строго регулируются в большинстве промышленно развитых стран. Из-за проблем, связанных с окружающей средой, в большинстве отраслей промышленности требуется использовать какую-либо систему сбора пыли для контроля выбросов твердых частиц. Эти системы включают инерционные коллекторы ( циклонные сепараторы ), коллекторы тканевых фильтров (рукавные фильтры), электростатические фильтры, используемые в лицевых масках, мокрые скрубберы и электрофильтры.
Циклонные сепараторы полезны для удаления крупных и крупных частиц и часто используются в качестве первой ступени или «предварительной очистки» для других более эффективных коллекторов. Хорошо спроектированные циклонные сепараторы могут быть очень эффективными при удалении даже мелких частиц и могут работать непрерывно, не требуя частых остановок для обслуживания.
В общей промышленности чаще всего используются тканевые фильтры или рукавные фильтры. Они работают, пропуская запыленный воздух через тканевый фильтр в форме мешка, оставляя твердые частицы собираться на внешней поверхности мешка и позволяя теперь чистому воздуху проходить через него, чтобы он либо выбрасывался в атмосферу, либо, в некоторых случаях, рециркулировался в камеру. средство. Обычные ткани включают полиэстер и стекловолокно, а обычные тканевые покрытия включают ПТФЭ (обычно известный как тефлон). Затем излишки пыли удаляются из мешков и удаляются из коллектора.
Влажные скрубберы пропускают грязный воздух через промывочный раствор (обычно смесь воды и других соединений), позволяя твердым частицам присоединяться к молекулам жидкости. Электростатические фильтры заряжают загрязненный воздух по мере его прохождения. Затем заряженный воздух проходит через большие электростатические пластины, которые притягивают заряженные частицы в воздушном потоке, собирая их и оставляя теперь чистый воздух для выпуска или рециркуляции.
Помимо удаления твердых частиц из источника загрязнения, его также можно очистить на открытом воздухе.
Атмосферные аэрозоли влияют на климат Земли, изменяя количество поступающей солнечной радиации и исходящей земной длинноволновой радиации, сохраняющейся в земной системе. Это происходит через несколько различных механизмов, которые подразделяются на прямые, непрямые и полупрямые аэрозольные эффекты. Воздействие аэрозолей на климат - самый большой источник неопределенности в будущих прогнозах климата. В Третьем оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата говорится: Хотя радиационное воздействие парниковых газов может быть определено с достаточно высокой степенью точности... неопределенности, связанные с радиационным воздействием аэрозолей, остаются значительными и в значительной степени зависят от него. по оценкам глобальных модельных исследований, которые трудно проверить в настоящее время.
Прямой аэрозольный эффект заключается в любом прямом взаимодействии излучения с атмосферными аэрозолями, например в поглощении или рассеянии. Он воздействует как на коротковолновое, так и на длинноволновое излучение, создавая отрицательное радиационное воздействие. Величина результирующего радиационного воздействия из-за прямого воздействия аэрозоля зависит от альбедо подстилающей поверхности, поскольку это влияет на чистое количество радиации, поглощенной или рассеянной в космос. например, если сильно рассеивающий аэрозоль находится над поверхностью с низким альбедо, он имеет большее радиационное воздействие, чем если бы он находился над поверхностью с высоким альбедо. Обратное верно для абсорбирующего аэрозоля, при этом наибольшее радиационное воздействие возникает из-за сильно абсорбирующего аэрозоля над поверхностью с высоким альбедо. Прямой аэрозольный эффект является эффектом первого порядка и поэтому классифицируется МГЭИК как радиационное воздействие. Взаимодействие аэрозоля с излучением количественно оценивается с помощью альбедо однократного рассеяния (SSA), отношения одного рассеяния к рассеянию плюс поглощение ( ослабление) излучения частицей. SSA стремится к единице, если преобладает рассеяние с относительно небольшим поглощением, и уменьшается по мере увеличения поглощения, становясь равным нулю для бесконечного поглощения. Например, аэрозоль морской соли имеет SSA, равный 1, поскольку частица морской соли только рассеивает, тогда как сажа имеет SSA, равное 0,23, что свидетельствует о том, что он является основным поглотителем атмосферного аэрозоля.
Эффект непрямого аэрозоля состоит из любого изменения радиационного баланса Земли из-за модификации облаков атмосферными аэрозолями и состоит из нескольких различных эффектов. Капли облаков образуются на уже существующих аэрозольных частицах, известных как ядра конденсации облаков (CCN). Капли, конденсирующиеся вокруг аэрозолей, произведенных человеком, например, содержащихся в твердых частицах, обычно меньше и многочисленнее, чем капли, образующиеся вокруг аэрозольных частиц естественного происхождения (например, уносимой ветром пыли ).
Для любых данных метеорологических условий увеличение CCN приводит к увеличению количества облачных капель. Это приводит к большему рассеянию коротковолнового излучения, т. Е. К увеличению альбедо облака, известному как эффект альбедо облака, первый косвенный эффект или эффект Туми. Доказательства, подтверждающие эффект альбедо облаков, были получены на основе воздействия выхлопных газов кораблей и горения биомассы на альбедо облаков по сравнению с окружающими облаками. Эффект аэрозольного альбедо облаков является эффектом первого порядка и поэтому классифицируется МГЭИК как радиационное воздействие.
Увеличение количества облачных капель из-за введения аэрозоля способствует уменьшению размера облачных капель, поскольку такое же количество воды разделяется на большее количество капель. Это имеет эффект подавления осадков, увеличения срока службы облаков, известного как аэрозольный эффект времени существования облака, второй косвенный эффект или эффект Альбрехта. Это наблюдалось как подавление мороси в шлейфе выхлопных газов судов по сравнению с окружающими облаками, а также подавление осаждения в шлейфах сжигания биомассы. Этот эффект времени жизни облаков классифицируется МГЭИК как обратная связь с климатом (а не радиационное воздействие) из-за взаимозависимости между ним и гидрологическим циклом. Однако ранее он классифицировался как отрицательное радиационное воздействие.
Полупрямый эффект касается любого радиационного эффекта, вызванного поглощением атмосферного аэрозоля, такого как сажа, за исключением прямого рассеяния и поглощения, которое классифицируется как прямой эффект. Он включает в себя множество индивидуальных механизмов и в целом более плохо определен и понят, чем прямые и косвенные эффекты аэрозоля. Например, если абсорбирующие аэрозоли присутствуют в верхнем слое атмосферы, они могут нагревать окружающий воздух, что препятствует конденсации водяного пара, что приводит к меньшему образованию облаков. Кроме того, нагрев слоя атмосферы относительно поверхности приводит к более стабильной атмосфере из-за подавления атмосферной конвекции. Это препятствует конвективному поднятию влаги, что, в свою очередь, снижает образование облаков. Нагрев атмосферы на высоте также приводит к охлаждению поверхности, что приводит к меньшему испарению поверхностной воды. Все описанные здесь эффекты приводят к уменьшению облачного покрова, то есть увеличению планетарного альбедо. Полупрямое воздействие классифицируется МГЭИК как обратная связь с климатом из-за взаимозависимости между ним и гидрологическим циклом. Однако ранее он классифицировался как отрицательное радиационное воздействие.
Сульфатный аэрозоль имеет два основных эффекта: прямое и косвенное. Прямой эффект через альбедо представляет собой охлаждающий эффект, который замедляет общую скорость глобального потепления : лучшая оценка МГЭИК радиационного воздействия составляет -0,4 Вт на квадратный метр с диапазоном от -0,2 до -0,8 Вт / м 2. Однако есть существенная неопределенность. Эффект сильно различается географически, при этом считается, что большинство похолоданий приходится на крупные промышленные центры и с подветренной стороны от них. Современные климатические модели, касающиеся объяснения недавних изменений климата, учитывают воздействие сульфатов, которое, по-видимому, объясняет (по крайней мере частично) небольшое падение глобальной температуры в середине 20-го века. Косвенный эффект через аэрозоль, действующий как ядра конденсации облаков (CCN) и, таким образом, изменяющий свойства облака (альбедо и время жизни), является более неопределенным, но считается, что это охлаждение.
Черный углерод (BC), или технический углерод, или элементарный углерод (EC), часто называемый сажей, состоит из кластеров чистого углерода, шаров скелета и фуллеренов и является одним из наиболее важных видов абсорбирующих аэрозолей в атмосфере. Его следует отличать от органического углерода (OC): сгруппированные или агрегированные органические молекулы сами по себе или проникающие через бакиболу EC. Черный углерод из ископаемого топлива оценивается МГЭИК в Четвертом оценочном отчете МГЭИК, 4AR, как вклад в глобальное среднее радиационное воздействие в +0,2 Вт / м 2 (было +0,1 Вт / м 2 во Втором оценочном отчете МГЭИК). IPCC, SAR) в диапазоне от +0,1 до +0,4 Вт / м 2. Однако в исследовании, опубликованном в 2013 году, говорится, что «наилучшая оценка прямого радиационного воздействия атмосферного черного углерода в промышленную эпоху (с 1750 по 2005 год) составляет +0,71 Вт / м 2 с 90% -ными пределами неопределенности (+0,08, +1,27). Вт / м 2 "с" полным прямым воздействием источников полностью сажистого углерода без вычитания доиндустриального фона, оценивается как +0,88 (+0,17, +1,48) Вт / м 2 ".
Вулканы являются крупным естественным источником аэрозолей и связаны с изменениями климата Земли, часто имеющими последствия для населения. Извержения, связанные с изменениями климата, включают извержение вулкана Уайнапутина в 1600 году, которое было связано с голодом в России в 1601-1603 годах, приведшим к гибели двух миллионов человек, и извержение горы Пинатубо в 1991 году, которое вызвало глобальное похолодание примерно на 0,5 ° C с продолжительностью. несколько лет. Исследования, отслеживающие влияние светорассеивающих аэрозолей в стратосфере в 2000 и 2010 годах и сравнение его характера с вулканической активностью, показывают тесную корреляцию. Моделирование воздействия антропогенных частиц показало незначительное влияние на нынешних уровнях.
Также считается, что аэрозоли влияют на погоду и климат в региональном масштабе. Неудача индийского муссона была связана с подавлением испарения воды из Индийского океана из-за полупрямого воздействия антропогенного аэрозоля.
Недавние исследования засухи в Сахеле и значительного увеличения с 1967 года количества осадков в Австралии над Северной территорией, Кимберли, Пилбарой и вокруг равнины Налларбор привели некоторых ученых к выводу, что аэрозольный туман над Южной и Восточной Азией неуклонно смещает тропические ливни в оба полушария на юг.
Размер частицы является основным фактором, определяющим, где в дыхательных путях частица остановится при вдыхании. Более крупные частицы обычно фильтруются в носу и горле через реснички и слизь, но твердые частицы размером менее 10 микрометров могут оседать в бронхах и легких и вызывать проблемы со здоровьем. Размер 10 микрометров не представляет собой строгую границу между вдыхаемыми и не вдыхаемыми частицами, но был согласован для мониторинга переносимых по воздуху твердых частиц большинством регулирующих органов. Из-за своего небольшого размера частицы размером порядка 10 микрометров или меньше ( крупные твердые частицы, PM 10) могут проникать в самые глубокие части легких, такие как бронхиолы или альвеолы. Когда астматики подвергаются этим условиям, это может вызвать сужение бронхов.
Аналогичным образом, так называемые мелкие твердые частицы ( ТЧ 2,5) имеют тенденцию проникать в области газообмена легких (альвеолы), а очень мелкие частицы ( ультратонкие твердые частицы, ТЧ 0,1) могут проходить через легкие и влиять на другие органы. Проникновение частиц не полностью зависит от их размера; форма и химический состав также играют роль. Чтобы избежать этого осложнения, используется простая номенклатура для обозначения различных степеней относительного проникновения частицы PM в сердечно-сосудистую систему. Вдыхаемые частицы не проникают дальше бронхов, так как отфильтровываются ресничками. Торакальные частицы могут проникать прямо в конечные бронхиолы, тогда как PM 0,1, которые могут проникать в альвеолы, зону газообмена и, следовательно, в систему кровообращения, называются респирабельными частицами. По аналогии, фракция вдыхаемой пыли - это фракция пыли, попадающая в нос и рот, которая может оседать в любом месте дыхательных путей. Грудная фракция - это фракция, которая попадает в грудную клетку и откладывается в дыхательных путях легких. Вдыхаемая фракция - это то, что откладывается в областях газообмена (альвеолах).
Самые маленькие частицы, менее 100 нанометров ( наночастицы ), могут нанести еще больший вред сердечно-сосудистой системе. Наночастицы могут проходить через клеточные мембраны и мигрировать в другие органы, включая мозг. Частицы, выбрасываемые из современных дизельных двигателей (обычно называемые Diesel Particulate Matter или DPM), обычно имеют размер в диапазоне 100 нанометров (0,1 микрометра). Эти частицы сажи также несут канцерогены, такие как бензопирены, адсорбированные на их поверхности. Масса твердых частиц не является надлежащим показателем опасности для здоровья, потому что одна частица диаметром 10 мкм имеет примерно такую же массу, как 1 миллион частиц диаметром 100 нм, но гораздо менее опасна, так как вряд ли попадет в альвеолы. Поэтому законодательные ограничения на выбросы двигателя, основанные на массе, не являются защитными. В некоторых странах существуют предложения по новым правилам, с предложениями вместо этого ограничить площадь поверхности частиц или количество частиц (числовое количество).
Место и степень абсорбции вдыхаемых газов и паров определяются их растворимостью в воде. Абсорбция также зависит от расхода воздуха и парциального давления газов во вдыхаемом воздухе. Судьба конкретного загрязнителя зависит от формы, в которой он существует (аэрозоль или твердые частицы). Вдыхание также зависит от частоты дыхания пациента.
Другая сложность, не полностью задокументированная, заключается в том, как форма ТЧ может влиять на здоровье, за исключением игольчатой формы волокон асбеста, которые могут застревать в легких. Геометрически угловые формы имеют большую площадь поверхности, чем округлые формы, что, в свою очередь, влияет на связывающую способность частицы с другими, возможно, более опасными веществами.
Последствия вдыхания твердых частиц, которые широко изучались на людях и животных, включают астму, рак легких, респираторные заболевания, сердечно-сосудистые заболевания, преждевременные роды, врожденные дефекты, низкий вес при рождении и преждевременную смерть. Наружные мелкодисперсные частицы диаметром менее 2,5 микрон являются причиной 4,2 миллиона смертей в год во всем мире и более 103 миллионов потерянных лет жизни с поправкой на инвалидность, что делает их пятым по значимости фактором риска смерти. Частицы могут вызывать повреждение тканей, попадая в органы напрямую или косвенно в результате системного воспаления. Неблагоприятные воздействия могут возникать даже при уровнях воздействия ниже опубликованных стандартов качества воздуха, которые считаются безопасными.
Повышенные уровни мелких частиц в воздухе в результате антропогенного загрязнения воздуха твердыми частицами «последовательно и независимо связаны с наиболее серьезными последствиями, включая рак легких и другую сердечно-легочную смертность ». Связь между большим числом смертей и другими проблемами со здоровьем и загрязнением твердыми частицами была впервые продемонстрирована в начале 1970-х годов и с тех пор многократно воспроизводилась. По оценкам, загрязнение ТЧ является причиной 22 000–52 000 смертей в год в Соединенных Штатах (с 2000 г.), что способствовало ~ 370 000 преждевременных смертей в Европе в 2005 г. и 3,22 миллиона смертей во всем мире в 2010 г., исходя из глобального бремени сотрудничества по борьбе с болезнями.
Исследование, проведенное в 2000 году в США, показало, насколько мелкие твердые частицы могут быть более вредными, чем крупные твердые частицы. Исследование проводилось в шести разных городах. Они обнаружили, что причиной смерти и посещения больниц, вызванных твердыми частицами в воздухе, были в основном мелкие твердые частицы. Аналогичным образом, исследование данных о загрязнении воздуха в США в 1987 году показало, что мелкие частицы и сульфаты, в отличие от более крупных, наиболее последовательно и значительно коррелировали с общими годовыми показателями смертности в стандартных городских статистических районах.
Более высокие показатели бесплодия связаны с воздействием твердых частиц.
Кроме того, вдыхание PM 2,5 - PM 10 связано с повышенным риском неблагоприятных исходов беременности, таких как низкий вес при рождении. Воздействие PM 2,5 на мать во время беременности также связано с повышенным кровяным давлением у детей. Воздействие PM 2,5 было связано с большим снижением веса при рождении, чем воздействие PM 10. Воздействие ТЧ может вызвать воспаление, окислительный стресс, эндокринные нарушения и нарушение доступа транспорта кислорода к плаценте, что является механизмом повышения риска низкой массы тела при рождении. Общие эпидемиологические и токсикологические данные свидетельствуют о существовании причинно-следственной связи между долгосрочным воздействием ТЧ 2,5 и последствиями для развития (например, низкой массой тела при рождении). Однако исследования, изучающие значимость воздействия на триместр, оказались неубедительными, а результаты международных исследований противоречивы в установлении ассоциаций пренатального воздействия твердых частиц и низкой массы тела при рождении. Поскольку перинатальные исходы связаны с сохранением здоровья на протяжении всей жизни, а воздействие твердых частиц широко распространено, этот вопрос имеет решающее значение для общественного здравоохранения, и необходимы дополнительные исследования для информирования государственной политики по этому вопросу.
Исследование 2002 года показало, что PM 2,5 приводит к образованию большого количества бляшек в артериях, вызывая воспаление сосудов и атеросклероз - затвердевание артерий, которое снижает эластичность, что может привести к сердечным приступам и другим сердечно-сосудистым проблемам. Мета-анализ 2014 года показал, что долгосрочное воздействие твердых частиц связано с коронарными событиями. Исследование включало 11 когорт, участвовавших в Европейском исследовании когорт последствий загрязнения воздуха (ESCAPE) с 100 166 участниками, за которым наблюдали в среднем 11,5 лет. Увеличение расчетного годового воздействия PM 2,5 всего на 5 мкг / м 3 было связано с увеличением риска сердечных приступов на 13%. В 2017 году исследование показало, что ТЧ воздействуют не только на клетки и ткани человека, но и на бактерии, вызывающие болезни у людей. Это исследование пришло к выводу, что формирование биопленки, толерантность к антибиотикам и колонизация как Staphylococcus aureus, так и Streptococcus pneumoniae были изменены воздействием черного углерода.
В 2008 году было опубликовано крупнейшее в США исследование острого воздействия на здоровье крупных частиц загрязнения диаметром от 2,5 до 10 микрометров, которое обнаружило связь с госпитализацией по поводу сердечно-сосудистых заболеваний, но не обнаружило связи с количеством госпитализаций по поводу респираторных заболеваний. После учета уровней мелких частиц (PM 2,5 и менее) связь с крупными частицами осталась, но больше не была статистически значимой, что означает, что эффект обусловлен частью мелких частиц.
Правительственное агентство Монголии зафиксировало 45% -ное увеличение заболеваемости респираторными заболеваниями за последние пять лет (данные были опубликованы в сентябре 2014 года). Бронхиальная астма, хроническая обструктивная болезнь легких и интерстициальная пневмония были наиболее распространенными недугами, которые лечили районные больницы. Уровень преждевременной смерти, хронического бронхита и сердечно-сосудистых заболеваний растет быстрыми темпами.
Влияние загрязнения воздуха и твердых частиц на когнитивные способности стало активной областью исследований. Недавнее лонгитюдное исследование, проведенное в Китае, по сравнению загрязнения воздуха и воздействия твердых частиц с результатами вербальных и математических тестов, показало, что совокупное воздействие препятствует устным тестам мужчин и женщин в значительно большей степени, чем результаты математических тестов. Негативное влияние на вербальные рассуждения в результате воздействия твердых частиц было более выраженным по мере того, как люди старели, и больше влияли на мужчин, чем на женщин. Уровень когнитивного снижения оценок вербального мышления был более выражен у менее образованных (с дипломом средней школы или ниже) предметов. Кратковременное воздействие твердых частиц было связано с краткосрочным снижением когнитивных функций у здоровых взрослых людей.
Твердые частицы также, как представляется, роль в патогенезе от болезни Альцгеймера и преждевременного старения мозга
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ), по оценкам, в 2005 году, что»... в порядке запыленность воздуха (PM (2,5)), вызывает около 3% смертности от сердечно - легочной болезни, около 5% смертности от рака трахеи, бронхов и легких и около 1% смертности от острых респираторных инфекций среди детей в возрасте до 5 лет во всем мире ». Исследование 2011 года пришло к выводу, что выхлопные газы являются единственной наиболее серьезной предотвратимой причиной сердечного приступа у населения, причиной 7,4% всех приступов.
Исследования твердых частиц в Бангкоке, Таиланд, в 2008 году показали, что риск смерти от сердечно-сосудистых заболеваний увеличивается на 1,9%, а риск всех болезней - на 1,0% на каждые 10 микрограммов на кубический метр. В среднем уровни составляли 65 в 1996 году, 68 в 2002 году и 52 в 2004 году. Снижение уровней может быть связано с переводом дизельного топлива на сжигание природного газа, а также с улучшением нормативных требований.
Было проведено множество исследований, связывающих расовую принадлежность с увеличением близости к твердым частицам и, следовательно, восприимчивостью к неблагоприятным последствиям для здоровья, которые идут в тандеме с долгосрочным воздействием. В исследовании, посвященном анализу воздействия загрязнения воздуха на районы с расовой сегрегацией в Соединенных Штатах, результаты показывают, что «доля чернокожих жителей в тракте была связана с более высокими показателями астмы». Многие ученые связывают эту диспропорциональность с расовой сегрегацией жилья и соответствующим им неравенством в отношении «воздействия токсичных веществ». Эта реальность усугубляется выводом о том, что «здравоохранение происходит в контексте более широкого исторического и современного социального и экономического неравенства и стойкой расовой и этнической дискриминации во многих сферах американской жизни». Близость жилых домов к объектам, выбрасывающим твердые частицы, увеличивает воздействие ТЧ 2,5, что связано с повышением уровня заболеваемости и смертности. Многочисленные исследования подтверждают, что бремя выбросов ТЧ выше среди небелого и бедного населения, хотя некоторые говорят, что доход не влияет на эти различия. Эта корреляция между расой и последствиями для здоровья, связанными с жильем, проистекает из давней проблемы экологической справедливости, связанной с практикой исторической красной черты. Примером этих факторов, контекстуализированных, является область юго-востока Луизианы, в просторечии получившая название «Аллея рака» из-за высокой концентрации смертей, связанных с раком, из-за соседних химических заводов. Раковый переулок, где проживает большинство афроамериканцев, а район, ближайший к растению, на 90% состоит из черных, увековечивает научное повествование о том, что чернокожие населения расположены непропорционально ближе к районам с высоким уровнем выбросов ТЧ, чем белые. Статья 2020 года связывает долгосрочные последствия для здоровья жизни в условиях высоких концентраций PM с повышенным риском, распространением и уровнем смертности от SARS-CoV-2 или COVID-19, и опровергает историю расизма для этого результата.
Существует повышенный риск воздействия твердых частиц в регионах с постоянными лесными пожарами. Дым от лесных пожаров может затронуть уязвимые группы, такие как пожилые люди, дети, беременные женщины и люди с легочными и сердечно-сосудистыми заболеваниями. Исследование показало, что в сезон лесных пожаров 2008 года в Калифорнии твердые частицы были гораздо более токсичными для легких человека, поскольку наблюдались повышенный инфильтрат нейтрофилов, приток клеток и отек по сравнению с твердыми частицами из окружающего воздуха. Кроме того, твердые частицы от лесных пожаров были связаны как триггерный фактор острых коронарных событий, таких как ишемическая болезнь сердца. Лесные пожары также были связаны с увеличением количества посещений отделений неотложной помощи из-за воздействия твердых частиц, а также с повышенным риском событий, связанных с астмой. Кроме того, была обнаружена связь между PM2,5 от лесных пожаров и повышенным риском госпитализаций по поводу сердечно-легочных заболеваний.
Крупные энергетические компании понимали, по крайней мере с 1960-х годов, что использование их продуктов вызывает широко распространенные неблагоприятные последствия для здоровья и смерть, но продолжали агрессивное политическое лоббирование в Соединенных Штатах и других странах против регулирования чистого воздуха и начали крупные корпоративные пропагандистские кампании, чтобы посеять сомнения относительно причинной связи между ними. сжигание ископаемого топлива и серьезные риски для жизни человека. Внутренние меморандумы компании показывают, что ученые и руководители энергетической отрасли знали, что загрязнители воздуха, создаваемые ископаемым топливом, оседают глубоко в тканях легких человека и вызывают врожденные дефекты у детей нефтяников. В служебных записках признается, что автомобили «на сегодняшний день являются величайшим источником загрязнения воздуха», а также что загрязнение воздуха вызывает неблагоприятные последствия для здоровья и способствует накоплению токсинов, в том числе канцерогенов, «глубоко в легких, которые в противном случае были бы удалены через горло».
В ответ на растущую обеспокоенность общественности отрасль в конечном итоге создала Глобальную климатическую коалицию, группу отраслевого лоббирования, чтобы сорвать попытки правительств регулировать загрязнение воздуха и создать путаницу в общественном сознании относительно необходимости такого регулирования. Аналогичные усилия по лоббированию и корпоративным связям с общественностью были предприняты Американским институтом нефти, торговой ассоциацией нефтегазовой отрасли, и частным аналитическим центром по борьбе с изменением климата, Институтом Хартленда. «Реакция интересов ископаемого топлива была основана на том же самом сценарии - сначала они знают, потом строят планы, потом отрицают, а потом откладывают. Они отказались от промедлений, изощренных форм пропаганды и подрыва регулирования », - сказал Джеффри Супран, исследователь истории компаний, работающих на ископаемом топливе, и изменения климата из Гарвардского университета. Эти усилия были сопоставлены политическими аналитиками, такими как Кэрролл Маффетт из Центра международного экологического права, со стратегией лоббирования табачной промышленностью и корпоративными пропагандистскими кампаниями с целью вызвать сомнение в причинной связи между курением сигарет и раком и предотвратить ее регулирование. Кроме того, финансируемые отраслью адвокаты, когда их назначают на высшие государственные должности в Соединенных Штатах, пересмотрели научные выводы, показывающие смертельные последствия загрязнения воздуха, и отменили его регулирование.
Твердые частицы могут закупоривать устьичные отверстия растений и мешать фотосинтезу. Таким образом, высокие концентрации твердых частиц в атмосфере могут привести к задержке роста или гибели некоторых видов растений.
Из-за высокотоксичного воздействия твердых частиц на здоровье большинство правительств разработало правила как для разрешенных выбросов из определенных типов источников загрязнения (автомобили, промышленные выбросы и т. Д.), Так и для концентрации твердых частиц в окружающей среде. IARC и ВОЗ обозначают твердые частицы в группы 1 канцероген. Твердые частицы являются самой смертоносной формой загрязнения воздуха из-за их способности проникать глубоко в легкие и нефильтрованных потоков крови, вызывая респираторные заболевания, сердечные приступы и преждевременную смерть. В 2013 году исследование ESCAPE с участием 312 944 человек в девяти европейских странах показало, что безопасного уровня твердых частиц не существует, и что при каждом увеличении концентрации PM 10 на 10 мкг / м 3 заболеваемость раком легких возрастает на 22%. Для PM 2,5 наблюдалось увеличение рака легких на 36% на 10 мкг / м 3. Согласно метаанализу 18 глобальных исследований 2014 года, включая данные ESCAPE, при каждом увеличении PM 2,5 на 10 мкг / м 3 частота рака легких увеличивалась на 9%.
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 25 мкг / м 3 | 8 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 50 мкг / м 3 Никто | 25 мкг / м 3 Никто |
Австралия установила ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
В Канаде стандарт для твердых частиц устанавливается на национальном уровне Советом министров окружающей среды Канады (CCME) на уровне федеральных провинций. Юрисдикции (провинции и территории) могут устанавливать более строгие стандарты. Стандарт CCME для твердых частиц 2,5 (PM 2,5) по состоянию на 2015 год составляет 28 мкг / м 3 (рассчитано с использованием среднего за 3 года годового 98-го процентиля среднесуточных среднесуточных концентраций) и 10 мкг / м 3 (3 - среднегодовая среднегодовая). Стандарты PM 2.5 станут более строгими в 2020 году.
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 70 мкг / м 3 | 35 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 150 мкг / м 3 Никто | 75 мкг / м 3 Никто |
Китай установил ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 40 мкг / м 3 | 25 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 50 мкг / м 3 35 год | Никто Никто |
Европейский союз установил европейские стандарты выбросов, которые включают в себя ограничения для частиц в воздухе:
Европейский индекс качества воздуха | Хороший | Справедливый | Умеренный | Бедных | Очень бедный | Очень плохо |
---|---|---|---|---|---|---|
Частицы менее 2,5 мкм (PM 2,5) | 0-10 мкг / м 3 | 10-20 мкг / м 3 | 20-25 мкг / м 3 | 25-50 мкг / м 3 | 50-75 мкг / м 3 | 75-800 мкг / м 3 |
Частицы менее 10 мкм (PM 10) | 0-20 мкг / м 3 | 20-40 мкг / м 3 | 40-50 мкг / м 3 | 50-100 мкг / м 3 | 100-150 мкг / м 3 | 150-1200 мкг / м 3 |
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 50 мкг / м 3 | 35 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 100 мкг / м 3 9 | 75 мкг / м 3 9 |
Гонконг установил ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | Никто | 15 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 100 мкг / м 3 Никто | 35 мкг / м 3 Никто |
Япония установила ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 50 мкг / м 3 | 15 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 100 мкг / м 3 Никто | 35 мкг / м 3 Никто |
Южная Корея установила ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | 65 мкг / м 3 | 15 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 125 мкг / м 3 Никто | 35 мкг / м 3 Никто |
Тайвань установил ограничения на содержание твердых частиц в воздухе:
PM 10 | PM 2.5 | |
---|---|---|
В среднем за год | Никто | 12 мкг / м 3 |
Среднесуточное значение (24 часа) Допустимое количество превышений в год | 150 мкг / м 3 1 | 35 мкг / м 3 Непригодный |
Агентство США по охране окружающей среды (EPA) установило стандарты для ТЧ 10 и ТЧ 2,5 концентрации. (См. Национальные стандарты качества окружающего воздуха )
Тенденции качества воздуха в СШАВ октябре 2008 года Департамент по контролю за токсичными веществами (DTSC) Калифорнийского агентства по охране окружающей среды объявил о своем намерении запросить информацию, касающуюся аналитических методов испытаний, судьбы и переноса в окружающей среде, а также другую соответствующую информацию от производителей углеродных нанотрубок. DTSC осуществляет свои полномочия в соответствии с Кодексом здоровья и безопасности штата Калифорния, глава 699, разделы 57018-57020. Эти разделы были добавлены в результате принятия Закона о собраниях AB 289 (2006). Они предназначены для того, чтобы сделать информацию о судьбе и транспортировке, обнаружении и анализе, а также другую информацию о химических веществах более доступной. Закон возлагает ответственность за предоставление этой информации Департаменту на тех, кто производит или импортирует химические вещества.
22 января 2009 года официальное письмо с запросом информации было отправлено производителям, которые производят или импортируют углеродные нанотрубки в Калифорнии или которые могут экспортировать углеродные нанотрубки в штат. Это письмо представляет собой первую формальную реализацию полномочий, установленных законом AB 289, и адресовано производителям углеродных нанотрубок, как промышленным, так и академическим кругам штата, а также производителям за пределами Калифорнии, которые экспортируют углеродные нанотрубки в Калифорнию. Этот запрос информации должен быть выполнен производителями в течение одного года. DTSC ожидает 22 января 2010 г. крайнего срока для ответов на запрос данных.
Сеть наноиндустрии Калифорнии и DTSC организовали однодневный симпозиум 16 ноября 2009 года в Сакраменто, Калифорния. Этот симпозиум предоставил возможность услышать мнение экспертов отрасли нанотехнологий и обсудить будущие нормативные аспекты Калифорнии.
DTSC расширяет призыв к специальной химической информации для представителей нанометаллических оксидов, последнюю информацию можно найти на их веб-сайте.
Ключевые моменты в плане Колорадо включают снижение уровней выбросов и решения по секторам. Исследования в области сельского хозяйства, транспорта, экологически чистой электроэнергии и возобновляемых источников энергии являются основными концепциями и целями этого плана. Политические программы, такие как обязательное тестирование выбросов от транспортных средств и запрет курения в помещениях, - это действия, предпринимаемые местными властями для повышения осведомленности общественности и ее участия в обеспечении более чистого воздуха. Расположение Денвера рядом со Скалистыми горами и широкие равнины делают район столицы Колорадо вероятным местом для смога и видимого загрязнения воздуха.
Наиболее концентрированное загрязнение твердыми частицами в результате сжигания ископаемого топлива транспортными и промышленными источниками, как правило, происходит в густонаселенных городских районах развивающихся стран, таких как Дели и Пекин.
Загрязнение PM10 в угледобывающих районах Австралии, таких как долина Латроб в Виктории и регион Хантер в Новом Южном Уэльсе, значительно увеличилось в период с 2004 по 2014 год. Хотя это увеличение не привело к значительному увеличению статистики недостижения, темпы роста увеличиваются с каждым годом. с 2010 по 2014 гг.
Еще несколько лет назад в некоторых городах Северного Китая и Южной Азии концентрации превышали 200 мкг / м 3. Уровни PM в китайских городах были экстремальными в последние годы, достигнув рекордного уровня в Пекине 12 января 2013 года - 993 мкг / м 3.
Чтобы контролировать качество воздуха на юге Китая, консульство США в Гуанчжоу установило монитор PM 2.5 на острове Шамянь в Гуанчжоу и отображает показания на своем официальном веб-сайте и в социальных сетях.
В столице Монголии Улан-Батор средняя годовая температура составляет около 0 ° C, что делает его самой холодной столицей в мире. Около 40% населения проживает в квартирах, 80% из которых обеспечены системами центрального отопления от 3-х ТЭЦ. В 2007 году электростанции потребили почти 3,4 миллиона тонн угля. Техника контроля загрязнения находится в плохом состоянии.
Остальные 60% населения проживают в трущобах (районах Гер), которые возникли благодаря новой рыночной экономике страны и очень холодным зимним сезонам. Бедняки в этих районах готовят и отапливают свои дровяные дома с помощью домашних печей, работающих на дровах или угле. Возникающее в результате загрязнение воздуха характеризуется повышенным уровнем диоксида серы и оксида азота и очень высокой концентрацией переносимых по воздуху частиц и твердых частиц (ТЧ). Ежегодные средние сезонные концентрации твердых частиц были зарегистрированы на уровне 279 мкг / м 3 (микрограммы на кубический метр). Рекомендуемый Всемирной организацией здравоохранения средний годовой уровень PM 10 составляет 20 мкг / м 3, что означает, что среднегодовые уровни PM 10 в Улан-Баторе в 14 раз выше рекомендованных.
В частности, в зимние месяцы загрязнение воздуха закрывает воздух, влияя на видимость в городе до такой степени, что в некоторых случаях самолетам не разрешается приземлиться в аэропорту.
В дополнение к выбросам из дымовой трубы, другим источником, не учитываемым в кадастре выбросов, является летучая зола из золоотвалов, места окончательного захоронения летучей золы, которая была собрана в отстойниках. Пруды с пеплом постоянно подвергаются эрозии ветром в сухой сезон.