Хотя выбросы выхлопных газов могут снизиться в ближайшие годы, поскольку на улицы выходит все больше автомобилей с нулевым уровнем выбросов, один из основных источников загрязнения воздуха на дорогах не собирается уменьшаться: пыль от тормозов и шин.
Металлы из тормозов и других автомобильных систем выбрасываются в воздух в виде мелких частиц, задерживаясь на загруженных дорогах. Теперь исследователи из Технологического института Джорджии показали, как это облако крошечных металлических частиц может нанести ущерб здоровью органов дыхания.
В исследовании, опубликованном 31 января в журнале Environmental Science & Technology, исследователи описали, как выбрасываемые транспортными средствами металлы, такие как медь, железо и марганец, взаимодействуют с кислыми частицами, богатыми сульфатами, уже находящимися в воздухе, образуя токсичный аэрозоль..
«Цепная реакция происходит в воздухе над оживленными автомагистралями», - сказал Родни Вебер, профессор Школы наук о Земле и атмосфере Технологического института Джорджии. «Кислотный сульфат в атмосфере вступает в контакт с металлами, выбрасываемыми в результате дорожного движения, и изменяет их растворимость, повышая вероятность того, что они вызовут окислительный стресс при вдыхании».
Исследование, спонсируемое Национальным научным фондом и Агентством по охране окружающей среды США, показало, что металлы выделяются в основном в нерастворимой форме, но медленно становятся растворимыми после смешивания с сульфатом.
«Сульфат уже давно ассоциируется с неблагоприятным воздействием на здоровье», - сказал Афанасиос Ненес, профессор и научный сотрудник Школы наук о Земле и атмосфере штата Джорджия и Школы химической и биомолекулярной инженерии. «Старая гипотеза заключалась в том, что кислый сульфат сжигает слизистую оболочку легких, что, в свою очередь, приводит к плохим последствиям для здоровья. Но кислоты в воздухе недостаточно, чтобы действительно оказать такое воздействие».
Но сульфат играет ключевую роль в растворении металлов до их вдыхания, что может объяснить связь сульфата с неблагоприятным воздействием на здоровье, говорят исследователи.
Исследователи собрали образцы твердых частиц из окружающей среды в двух местах в Атланте: одно рядом с крупной межштатной автомагистралью, а другое городское место в 420 метрах от проезжей части. Они проанализировали химический состав, распределение по размерам и кислотность образцов.
Значительное количество обнаруженного окружающего сульфата было сходно по размеру с частицами металла, что позволяет предположить, что окружающий сульфат и металлы были смешаны в отдельных частицах, что в течение нескольких часов или дней позволило кислому сульфату преобразовать металл в растворимая форма.
Чтобы количественно оценить, насколько опасным может быть аэрозоль, исследователи разработали высокопроизводительную аналитическую систему для химического анализа, называемого окислительным потенциалом, которая имитирует токсическую реакцию, которую такая смесь будет оказывать на клеточные организмы. Этот инструмент использовался для получения больших наборов данных об окислительном потенциале атмосферных аэрозолей, которые при использовании в более раннем эпидемиологическом исследовании исследователи из Технологического института Джорджии и Университета Эмори обнаружили, что химический анализ был статистически связан с госпитализацией в Атланте по поводу астмы и хрипов.
В новом исследовании исследователи обнаружили, что пиковая токсичность, указанная в анализе, тесно связана с теми частицами, которые содержат наибольшее количество растворимых металлов, что происходит только тогда, когда металлические частицы смешиваются с сильнокислотным сульфатом.
"Это дымящийся пистолет", сказал Ненес. «Сульфат по существу растворяет эти металлы; когда вы вдыхаете эти частицы, металлы могут всасываться непосредственно в кровоток и вызывать проблемы во всем организме. Впервые появляется механизм, объясняющий, почему небольшие количества кислого сульфата могут неблагоприятно влияет на здоровье."
Хотя образец, взятый с испытательного полигона, расположенного дальше от шоссе, содержал меньше твердых частиц металла, их все же было достаточно, чтобы вызвать увеличение окислительного потенциала, что свидетельствует о том, что загрязнение проезжей части может распространяться по воздуху и потенциально вызывать проблемы. в близлежащих районах так же.
Пыль от тормозов и шин - не единственный источник металлов в воздухе. Инсинераторы и другие формы сжигания также производят минеральную пыль и металлические частицы, которые могут смешиваться с сульфатом, вызывая аналогичную реакцию.
Исследователи отметили, что, хотя количество твердых частиц сульфата на юго-востоке США за последние 15 лет уменьшилось из-за сокращения выбросов диоксида серы электростанциями, в воздухе все еще достаточно кислых сульфатов, чтобы поддерживать pH частицы очень низкие, в диапазоне от 0 до 2, переводящие нерастворимые окружающие металлы в растворимую форму.
«Выбросы выхлопных газов транспортных средств снижаются, но эти виды выбросов от торможения в некоторой степени останутся, даже если вы водите электромобиль», - сказал Вебер. «Поэтому такой процесс будет продолжаться в будущем и будет важным фактором, когда мы будем рассматривать влияние твердых частиц на здоровье."
Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1360730 и Агентством по охране окружающей среды США в рамках гранта № RD834799. Любые мнения, выводы и выводы или рекомендации, изложенные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда или Агентства по охране окружающей среды США.