По мере улучшения качества воздуха невидимая химия, происходящая в воздухе вокруг нас, меняется. Небо должно проясниться по мере снижения выбросов, но недавние результаты показали, что уменьшение содержания оксидов азота может создать среду, в которой содержащиеся в воздухе углеродсодержащие соединения легче превращаются в мелкие частицы, наносящие вред здоровью человека.
Регуляторы теперь могут вздохнуть с облегчением. Исследование под руководством Вашингтонского университета, опубликованное в марте в Proceedings of the National Academy of Sciences, дает более полную картину взаимосвязи между оксидами азота - частицами, образующимися в выхлопной трубе, в центре скандала с Volkswagen, также известными как NOx. - и PM2.5, микроскопические частицы, которые могут поселиться в легких.
Результаты показывают, что снижение NOx из-за ужесточения стандартов в конечном итоге приводит к более чистому воздуху, просто это может занять больше времени.
Ключевой вывод заключается в том, как концентрация NOx влияет на образование PM2,5, обнаруженных в смоге, путем изменения химического состава паров углеводородов, которые превращаются в частицы размером менее 2,5 микрон, или около 3 процентов ширина человеческого волоса.
«Мы обнаружили, что существуют два разных режима образования PM2,5», - сказал первый автор Джоэл Торнтон, профессор атмосферных наук из Университета Вашингтона. «Один, в котором добавление NOx увеличивает PM2,5, а другой, где добавление NOx подавляет PM2,5».
Выводы могут помочь объяснить, почему в последние годы в некоторых частях Северной Америки наблюдается стагнация качества воздуха, даже несмотря на то, что выбросы всех типов снижаются. Регуляторы обеспокоены тем, что загрязнение воздуха представляет собой ведущую опасность для здоровья человека, особенно среди детей, пожилых людей и людей с респираторными или сердечными заболеваниями.
Должностные лица знали, что прогресс в снижении содержания озона, еще одного компонента смога, будет медленным, из-за в чем-то сходной роли, которую NOx играет в образовании озона. Но недавнее беспокойство заключалось в том, что концентрации PM2,5 могут быть другими и будут продолжать расти с уменьшением выбросов NOx.
"По сути, мы говорим: "Подождите, не волнуйтесь. Может показаться, что в некоторых местах все становится хуже, но в целом все должно стать лучше", - сказал Торнтон.
Открытие этой сложной взаимосвязи также может помочь ученым-атмосферникам предсказать, как изменится воздух по мере дальнейшего снижения выбросов.
Пары углеводородов - соединения на основе углерода из природных источников или ископаемого топлива - не легко превращаются в PM2,5. Только в результате ряда химических реакций в воздухе, в которых участвуют свободные радикалы, которые производятся солнечным светом и модулируются NOx, пары углеводородов превращаются в твердые частицы.
Исследование объединяет наблюдения полевой кампании 2013 года, в ходе которой измерялись шлейфы выбросов в воздухе над городами на юго-востоке США, а также эксперименты, проведенные в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.
Легкость, с которой углеводороды превращаются в PM2,5, меняется в зависимости от доступности различных ингредиентов, а также меняются скорости реакции. Новое исследование показывает, что необходимо учитывать оба фактора, чтобы понять влияние на региональный уровень PM2,5. Несмотря на то, что процесс образования PM2,5 из углеводородов облегчается по мере снижения содержания NOx, химические реакции замедляются. Вместе эти два эффекта означают, что в конечном итоге снижение уровня оксидов азота приведет к снижению уровня PM2,5.
«Вы можете быть в режиме, когда становится хуже, но если вы преодолеваете его, становится лучше», - сказал Торнтон. «В большинстве городских районов США уровни NOx настолько низки, что мы уже прошли эту точку».
Предыдущее исследование группы Торнтона показало, почему зимнее загрязнение воздуха более устойчиво к нормам выбросов, чем летний смог: потому что разные температуры создают сезонные условия, которые направляют химию по разным путям.