Все знают, что автомобили загрязняют воздух. И когда большинство людей думают об источнике, на ум обычно приходит выхлоп.
Тем не менее, новое исследование под руководством Рето Жьере из Университета Пенсильвании, работающее с сотрудниками по всему миру, помогает выявить еще одного серьезного виновника загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением: крошечные кусочки шин, тормозные колодки, и дорожные материалы, которые подвешиваются в воздухе при прохождении транспортных средств.
«Я все больше и больше замечаю, что мы недостаточно знаем о том, что происходит на наших дорогах», - говорит Жьере, профессор и заведующий кафедрой наук о Земле и окружающей среде Пенсильванского университета в Школе искусств и наук. «Если у вас много трафика, проезжают автомобили и грузовики, они повторно взвешивают пыль на дорогах в атмосфере, а затем она становится пригодной для дыхания. Чтобы понять потенциальное воздействие этих частиц пыли на здоровье, очень важно понять что на дороге."
Хотя меры регулирования помогли сделать автомобили чище и эффективнее, эти ограничения не касаются загрязнения, возникающего в результате износа шин и тормозов. Увеличение городских заторов может усугубить их как источники загрязнения и, возможно, неблагоприятные последствия для здоровья.
«Каждый год около 4 миллионов человек преждевременно умирают из-за загрязнения воздуха», - говорит Жьере. «Из-за небезопасной воды число составляет 2 миллиона. Тем не менее, у нас есть цель устойчивого развития Организации Объединенных Наций в отношении загрязнения воды, но не в отношении воздуха».
Чтобы пролить свет на состав пыли, связанной с дорожным движением, и на условия, которые повышают вероятность ее накопления, Жьер объединился с немецкими коллегами из Федерального научно-исследовательского института автомобильных дорог, Немецкой метеорологической службы и Фрайбургского университета. для отбора проб и анализа воздуха вдоль дорог. В 2017 году они опубликовали результаты годовой выборки на двух часто посещаемых автомагистралях в Германии, одна из которых подвержена частым остановкам, а другая - в более сельской местности, граничащей с сельскохозяйственными полями.
Для пассивного сбора пыли по обочинам дорог они использовали специальные цилиндрические пробоотборники с прозрачной липкой фольгой на дне для улавливания проникающих внутрь частиц. Исследователи проверили точки сбора и заменили липкую «ловушку». еженедельно.
Используя оптическую микроскопию для анализа собранных частиц в воздухе, команда обнаружила, что на участке с более загруженным движением в целом было на 30 процентов больше частиц, причем большая часть образовалась из-за износа шин. Погода в значительной степени повлияла на наблюдаемые ими закономерности; сухие и теплые условия были связаны с большим накоплением частиц.
«При более высоких температурах мы наблюдали большее истирание шин и большее загрязнение, чем при промежуточных температурах», - говорит Жьере. «Это было в точности аналогично тому, что обнаружили два лабораторных исследования».
С учетом более высоких температур и более засушливых периодов, прогнозируемых в условиях изменения климата, Жьер отмечает, что эта проблема истирания шин может только усугубиться, «что важно, - говорит он, - потому что почти 30 процентов микропластика, выбрасываемого во всем мире для океаны из шин."
В более позднем исследовании, опубликованном в прошлом месяце в Aerosol and Air Quality Research, Жьер и его коллеги использовали мощную сканирующую электронную микроскопию для более точного определения состава частиц, собранных на двух автомагистралях, изученных в отчете 2017 года. а также третье место сбора на городской трассе с более медленным движением транспорта.
«Оптический микроскоп дает нам первое приближение, - говорит Жьере, - тогда как сканирующий электронный микроскоп позволяет нам различать износ шин, износ тормозов, углерод или выяснять, есть ли там минералы».
Сделав еще один шаг, команда также провела анализ образцов, который дает информацию об элементах, составляющих каждый образец, который называется энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией.
Это исследование было сосредоточено на собранных «сверхгрубых» частицах размером более 10 микрометров. (Для сравнения, диаметр человеческого волоса составляет примерно 75 микрометров.) Несмотря на то, что эти частицы крошечные, они представляют меньшую угрозу для здоровья, чем частицы еще меньшего размера, которые легче вдыхать. Тем не менее, эти более крупные частицы могут попадать в водоемы и почву, нанося вред дикой природе и, возможно, даже сельскохозяйственным культурам.
Девяносто процентов частиц пыли, собранных на трех участках, были связаны с дорожным движением, и исследователи снова увидели различия между участками. Более медленное движение по городской дороге генерирует меньше частиц из-за износа тормозов, но больше из-за шин; они отметили, что резина шин покрылась минералами и другими материалами с дорог. Шоссе с большим количеством частых остановок генерировало больше тормозных частиц.
Производители шин и тормозных колодок не раскрывают весь состав своей продукции, но известно, что некоторые из них используют цинк, свинец, сурьму, силикаты, кадмий и асбест. Это химические вещества, которые могут представлять опасность для здоровья при попадании в окружающую среду или, если шины сжигаются, как это иногда происходит на угольных электростанциях, в атмосферу.
«Эти крупные частицы не будут транспортироваться очень далеко, поэтому загрязнение будет ограничиваться близостью этих дорог, особенно во время заторов», - говорит Жьере. «Но они также собираются на дороге, а затем смываются в реки. Наша команда считает, что это основной путь попадания микропластика в водные пути."
Одним из способов уменьшить загрязнение окружающей среды могут быть меры по уменьшению дорожного движения, такие как скоординированные светофоры, которые сокращают количество стартов и остановок, которые должны выполнять водители. Гьере и его коллеги, включая доктора философии. студент Майкл О'Ши также проводит аналогичные эксперименты на улицах Филадельфии и сравнивает уровни загрязнения в разных районах, чтобы увидеть, что происходит ближе к дому.
Работа частично финансировалась Федеральным научно-исследовательским институтом автомобильных дорог в сотрудничестве с Немецкой метеорологической службой.