Ультратонкие частицы

Что такое ультратонкие частицы?

Термин "ультратонкие частицы" (УТЧ) относится к твердым частицам в воздухе диаметром менее 0,1 микрона (иногда их называют PM0.1). Некоторые УЧП имеют размер до 0,003 микрона.

UFP считаются одними из самых опасных загрязняющих частиц из-за их малого размера, который позволяет им вдыхаться в легкие и проникать в кровь через легкие.

Нажмите здесь, чтобы узнать, почему размер частиц имеет значение.

Их малый, наноразмерный размер и поведение затрудняют мониторинг UFP с помощью современных технологий контроля качества воздуха. Кроме того, из-за этого размера UFP перемещаются в воздухе иначе, чем мелкие частицы PM2.5 и PM1, - они движутся в случайном порядке, больше похожем на газы, чем на другие частицы.

В отличие от PM2.5 и других частиц, не существует официальных стандартов, позволяющих измерять или регулировать содержание UFP в воздухе, хотя, по оценкам, более 90 % частиц, находящихся в воздухе в любой момент времени, являются UFP.¹

Несмотря на отсутствие регулирования, исследования все чаще говорят о том, что UFP часто присутствуют в гораздо более высоких концентрациях, чем другие загрязняющие частицы, и могут быть связаны с еще более широким спектром негативных последствий для здоровья, чем мелкие или крупные частицы, такие как PM1, PM2.5 или PM10.

Каковы источники ультратонких частиц?

Сверхтонкие частицы чаще всего выбрасываются в результате сгорания из природных или антропогенных источников. Считается, что деятельность человека ответственна за наибольшую долю ультратонких частиц из-за преобладания ультратонких частиц в городах, где глобальная индустриализация и рост населения оказали наиболее заметное влияние на загрязнение воздуха.²

Исследование 2019 года, опубликованное в журнале Environment International показало, что концентрация UFP обычно выше в течение дня в тесной взаимосвязи с изменениями в движении транспортных средств и вблизи оживленных дорог, что еще больше указывает на чрезмерное влияние человеческой деятельности на UFPs.³

Природные источники

К природным источникам UFP относятся:

• вулканическая лава и пепел
• дым от лесных пожаров
• аэрозоли в океанском тумане

В связи с временным характером этих источников, UFP из вулканов и океанических источников не считаются особо опасными. Глобальные ветровые потоки быстро рассеивают эти УФП до низких концентраций, не представляющих особой угрозы для здоровья человека, за исключением крупных извержений вулканов, дым от которых может распространяться на тысячи километров.⁴

Однако UFPs в дыме лесных пожаров привлекли к себе внимание из-за более частых и сильных лесных пожаров в последние годы. Исследование, проведенное в 2021 году в Токсикология частиц и волокон показало, что даже кратковременное воздействие UFPs в дыме лесных пожаров может значительно повысить риск респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний.⁵

Человеческие источники

Наиболее распространенными источниками УФП для человека являются:

• выхлопные газы автомобилей
• выхлоп дизельного топлива
• выбросы природного газа и биотоплива⁶
• выбросы самолётов
• заводские и промышленные выбросы
• выбросы электростанций
• сжигание мусора
• сигареты, сигары и вейпинг⁷
• приготовление пищи в помещении⁸
• контролируемые ожоги
• уборка пылесосом в помещении⁹
• бактерии
• вирусы
• использование офисной техники, такой как принтеры и копировальные аппараты

Такие антропогенные источники УФП, как транспортные средства и промышленность, могут представлять большую опасность для здоровья, поскольку они выбрасывают новые частицы в течение длительных периодов времени, так как движение транспортных средств и промышленная деятельность происходят постоянно по всему миру.

Кроме того, многие антропогенные источники УФП более распространены в крупных городах, что представляет значительную опасность для 4,4 миллиарда человек, живущих в настоящее время в городах (примерно 55% от 8 миллиардов человек).^10,11

Как ультратонкие частицы влияют на наше здоровье?

Влияние ультратонких частиц на здоровье человека все еще изучается, чтобы определить их особую опасность по сравнению с другими видами загрязнения воздуха.

Тем не менее, практически бесспорно, что ультратонкие частицы вызывают окислительный стресс в тканях всего организма, который может нанести системный вред, проникая глубоко в легочную ткань, кровоток, мозг и почти все другие органы.¹²

Обзорная статья, опубликованная в 2020 году в журнале Экспериментальная и молекулярная медицина обнаружены существенные доказательства того, что воздействие UFP повышает риск:¹³

• воспаления легких
• высокое кровяное давление
• ишемическая болезнь сердца
• атеросклероз (образование бляшек или "затвердение" артерий)
• сердечные приступы
• сердечная недостаточность
• хронический кашель
• повреждение нервов
• повреждение мозга
• потеря когнитивных функций
• проблемы с пищеварением
• диабет
• повышенный риск развития многих видов рака
• повреждение кожи

Могут ли ультратонкие частицы влиять на качество воздуха в помещении?

Как и другие загрязняющие частицы, ультрамелкие частицы в наружном воздухе могут проникать в закрытые помещения через трещины и протечки в зданиях, а также через окна, двери и другие отверстия в доме или ограждающих конструкциях.

Это может быть особенно проблематично для старых или плохо построенных домов в периоды высоких концентраций UFP, таких как лесные пожары или извержения вулканов.

Исследование, проведенное в 2019 году в американском штате Колорадо, показало, что концентрация твердых частиц внутри помещений может быть в 4,6 раза выше, чем снаружи, при отсутствии естественных источников вентиляции, таких как ветер.¹⁴

Вредные частицы из внутренних источников, таких как кухни или сжигание биомассы, также могут накапливаться до опасно высоких концентраций, особенно в герметичных энергоэффективных домах, и несут риск дополнительных последствий для здоровья.

Обзорная статья 2007 года в журнале Воздух в помещениях говорится о том, что воздействие высоких уровней УФП в помещении в детстве может вызвать повреждение и воспаление легких, что повышает риск развития астмы у ребенка на протяжении всей жизни.¹⁵

Советы по снижению содержания ультрадисперсных частиц

Вот некоторые действия, которые могут предпринять частные лица и организации, чтобы помочь уменьшить количество ультрамелких частиц:

• Выбирайте варианты поездок на работу, которые помогают снизить интенсивность движения транспортаНапример, ходьба, езда на велосипеде, общественный транспорт или совместное использование поездок.
• Приобретите электромобиль или автомобиль с водородным двигателем чтобы заменить личные автомобили с двигателем внутреннего сгорания.
• Установите дома или на рабочем месте системы солнечной энергии чтобы снизить нагрузку на электросеть.
• Замените автопарк, работающий на дизельном топливе на топливосберегающие или электрические транспортные средства.
• Сократите или избегайте любого вида сжигания топлива в помещенияхв том числе ароматические свечи и дрова в каминах.
• Используйте кухонная вытяжка поможет снизить уровень загрязнения твердыми частицами, а также другими загрязняющими веществами из дыма и газа после приготовления пищи.
• Ограничьте использование пылесоса в помещении до одного раза в неделю или по мере необходимости, или используйте пылесос с HEPA-фильтром.
• Сократите или бросьте курить сигарет, сигар или вейп-продуктов.

Нужно ли регулировать ультратонкие частицы?

Пока ультратонкие частицы не будут регулироваться новыми стандартами и нормами, мало что можно сделать для обеспечения контроля над выбросами ультратонких частиц со стороны крупных производителей, таких как заводы, производственные предприятия и автопроизводители, чьи автомобили производят выхлопные газы, содержащие ультратонкие частицы.

Некоторые организации провели независимые исследования региональных выбросов UFP, чтобы лучше понять источники, закономерности и влияние UFP на здоровье человека и внести вклад в будущие технологии мониторинга и регулирования.

В 2014 году округ управления качеством воздуха в районе залива (BAAQMD) завершил исследование UFPs в районе залива Сан-Франциско в США, где проживает около 8 миллионов человек.¹⁶

В отчете говорится, что даже небольшое повышение уровня UFP может увеличить число госпитализаций по поводу заболеваний сердца и легких почти на 20 % и повысить риск смерти от этих заболеваний более чем на 2 %. Этот отчет свидетельствует о высоких ставках, связанных с регулированием и снижением уровня UFP.

В докладе, опубликованном в 2016 году Американской академией аллергии, астмы и иммунологии, также делается вывод о том, что заметный вред, который наносят УФП организму, включая повреждение ДНК и повышенный риск аллергической сенсибилизации, заслуживает особого внимания со стороны регулирующих органов.¹⁷

На семинаре Агентства по охране окружающей среды США (EPA) в 2016 году также был сделан вывод о том, что инвестиции американских автопроизводителей в мониторинг УФП могут помочь лучше определить механизмы работы двигателя внутреннего сгорания, которые приводят к выбросам УФП, что откроет путь к созданию более эффективных технологий, которые полностью сократят выбросы УФП.¹⁸

Определенный прогресс был достигнут в области мониторинга UFP.

Исследование 2021 года в Наука о полной окружающей среде предполагает использование отбор проб с помощью циклонов для измерения УФП.¹⁹Используя центробежные силы для отделения UFP от других взвешенных в воздухе веществ, циклонный отбор проб успешно применяется для измерения биоаэрозолей, содержащих вирусные частицы, такие как коронавирус 2 тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2).

Но с повышением эффективности циклонный пробоотбор может позволить быстро и точно измерять другие UFP, раскрывая все нюансы воздействия.

В исследовании 2020 года, проведенном с участием учащихся старших классов городских школ Китая, использовался этот метод отбора проб из циклонов, что позволило выявить две основные закономерности в личном воздействии УФП:²⁰

• Воздействие УФП может сильно варьироваться в течение дня от 0,13 микрограммов на кубический метр (мкг/м3) до 240,8 мкг/м3. Самые высокие концентрации UFP в основном наблюдались в помещениях, особенно в больницах, на кухнях или в спальнях, расположенных менее чем в 10 метрах (32,8 фута) от проезжей части.
• Воздействие UFP наиболее высоко во время поездок на работу. Студенты сталкивались с гораздо более высокими концентрациями UFP, когда ехали из дома в школу или покидали школьные учреждения во время приема пищи, чем в любое другое время дня.

Подобные исследования помогут направить регулирование на наиболее значимые источники UFP в помещениях и на улице, такие как места приготовления пищи или оживленные автодороги, и защитить тех, кто часто перемещается между внутренними и внешними пространствами, подверженными воздействию UFP.

На заметку:

UFP являются одними из самых опасных и распространенных загрязнителей воздуха с широким спектром отмеченных последствий для здоровья. Однако не существует нормативных стандартов для контроля выбросов UFP.

Многие научные и медицинские организации все чаще призывают вкладывать средства в исследования, которые позволят лучше понять, как измерять, регулировать и сокращать количество UFP, чтобы предотвратить их зловещие последствия для здоровья.²¹

Как отдельные люди, так и организации могут принять меры по сокращению и предотвращению выбросов UFP, полностью изменив поведение, связанное с транспортом, использованием энергии и повседневным образом жизни.