Металлы от тормозов и других автомобильных систем выбрасываются в воздух в виде мелких частиц, задерживаясь над загруженными дорогами. 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 Технологии, исследователи описали, как выбрасываемые транспортными средствами металлы, такие как медь, железо и марганец, взаимодействуют с кислыми частицами, богатыми сульфатом, уже находящимися в воздухе, с образованием токсичного аэрозоля."В воздухе над загруженными шоссе происходит цепная реакция", — сказал Родни Вебер, профессор Школы Земли Технологического института Джорджии. Атмосферные науки. «Кислый сульфат в атмосфере вступает в контакт с металлами, выбрасываемыми в результате дорожного движения, и изменяет их растворимость, повышая вероятность того, что они будут вызывать 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 постепенно становятся растворимыми после смешивания с сульфатом.
«Сульфат уже давно ассоциируется с неблагоприятным воздействием на здоровье», — сказал Афанасиос Ненес, профессор и научный сотрудник Джорджии Пауэр Школы Земли. Атмосферные науки и химическая школа Биомолекулярная инженерия. «Старая гипотеза заключалась в том, что кислый сульфат сжигает слизистую оболочку легких, что, в свою очередь, приводит к плохим последствиям для здоровья.
Но в воздухе недостаточно кислоты, чтобы действительно оказать такое воздействие».Но сульфат играет ключевую роль в обеспечении растворимости 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 — в одном рядом с крупной межгосударственной автомагистралью и в другом городском районе в 420 метрах от проезжей части. Они проанализировали химический состав, гранулометрический состав и кислотность образцов.
Значительное количество обнаруженного сульфата из окружающей среды было аналогично размеру частиц металла, что позволяет предположить, что сульфат из окружающей среды и металлы были смешаны в отдельных частицах, что в течение нескольких часов или дней позволило бы кислому сульфату преобразовать металл в растворимую форму.Чтобы определить, насколько опасен аэрозоль, исследователи разработали высокопроизводительную аналитическую систему для химического анализа, называемого окислительным потенциалом, который имитирует токсическую реакцию, которую такая смесь будет оказывать на клеточные организмы.
Этот инструмент использовался для создания больших наборов данных об окислительном потенциале окружающего аэрозоля, которые при использовании в более раннем эпидемиологическом исследовании исследователи Технологического института Джорджии и Университета Эмори обнаружили, что химический анализ статистически связан с госпитализацией в Атланте по поводу астмы и хрипов.В новом исследовании исследователи обнаружили, что максимальная токсичность, указанная в анализе, тесно связана с теми частицами, которые содержат наибольшее количество растворимых металлов, что происходит только при смешивании металлических частиц с высококислотным сульфатом.«Это дымящийся пистолет», — сказал Ненес. «Сульфат по существу растворяет эти металлы; когда вы вдыхаете эти частицы, металлы могут абсорбироваться непосредственно в кровоток и вызывать проблемы по всему телу. Впервые появляется механизм, объясняющий, почему небольшие количества кислого сульфата могут иметь неблагоприятные последствия. влияют на здоровье ".
В то время как образец, взятый с испытательного полигона, расположенного дальше от шоссе, содержал меньше твердых частиц, их все же было достаточно, чтобы вызвать увеличение окислительного потенциала, показывая, что загрязнение дороги может распространяться по воздуху и потенциально вызывать проблемы и в прилегающих районах. .Пыль от тормозов и шин — не единственный источник металлов в воздухе.
Установки для сжигания и другие формы сжигания также производят минеральную пыль и металлические частицы, которые могут смешиваться с сульфатом, вызывая аналогичную реакцию.Исследователи отметили, что, хотя количество сульфата твердых частиц на юго-востоке США снизилось за последние 15 лет, поскольку выбросы диоксида серы от электростанций снизились, в воздухе все еще содержится достаточно кислого сульфата, чтобы поддерживать pH частиц на очень низком уровне, в диапазон от 0 до 2, перевод нерастворимых окружающих металлов в растворимую форму.
«Выбросы выхлопных газов транспортных средств снижаются, но эти виды выбросов от торможения в некоторой степени сохранятся, даже если вы управляете электромобилем», — сказал Вебер. «Таким образом, подобный процесс будет продолжаться и в будущем, и он будет важным фактором, когда мы будем рассматривать воздействие твердых частиц на здоровье».Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1360730 и Агентства по охране окружающей среды США в рамках гранта № RD834799.
Любые мнения, выводы, заключения или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда или Агентства по охране окружающей среды США.