Вихлопні частинки авіаційних двигунів можуть ставати потенційно шкідливішими вже після того, як залишають двигун. Дослідники з Базельського університету та їхні колеги виявили, що під час перебування в атмосфері хімічний склад цих частинок змінюється, а їхній потенціал спричиняти окиснювальні реакції може зростати у шість-сім разів протягом періоду, еквівалентного 12 дням атмосферного старіння.
Водночас частинки від суднових дизельних двигунів у тих самих експериментах не продемонстрували аналогічного зростання. Результати дослідження, опублікованого в журналі Environmental Science: Atmospheres, вказують на те, що оцінювати вплив забруднення лише за кількістю викинутих частинок може бути недостатньо.
Як дрібні частинки впливають на здоров’я
Дрібнодисперсні тверді частинки забруднення повітря здатні проникати глибоко в легені. Вони можуть сприяти запаленню та окиснювальному стресу — процесу, за якого реактивні молекули пошкоджують клітини й порушують їхню нормальну роботу.
Тривалий вплив такого забруднення пов’язують із підвищеним ризиком серцево-судинних і респіраторних захворювань та інших проблем зі здоров’ям. За оцінками Всесвітньої організації охорони здоров’я, забруднення повітря загалом спричиняє близько семи мільйонів передчасних смертей щороку.
Один із показників, який допомагає досліджувати потенційну небезпеку частинок, — окиснювальний потенціал. Він характеризує здатність частинок запускати окиснювальні реакції, які можуть бути пов’язані з пошкодженням клітин. Однак цей показник не є прямим вимірюванням токсичності для людини й сам по собі не дає змоги визначити, наскільки конкретні викиди підвищують ризик захворювання.
Що відбувається з викидами після потрапляння в атмосферу
Частинки вихлопу не обов’язково залишаються незмінними після викиду. Під дією сонячного світла, озону та інших атмосферних сполук вони проходять хімічні перетворення. Цей процес називають атмосферним старінням.
Щоб дослідити його вплив, науковці зібрали свіжі частинки з камери згоряння невеликого реактивного двигуна, який працював на авіаційному паливі JP-8. Для порівняння вони також використали викиди суднового дизельного двигуна, що працював на двох типах важкого палива.
Потім зразки пропустили через фотохімічний реактор, який відтворював умови атмосферного старіння. Експерименти охоплювали періоди, еквівалентні перебуванню частинок в атмосфері до 12 днів. Окиснювальний потенціал вимірювали за допомогою спеціально розробленого в Базельському університеті приладу OOPAAI — Online Oxidative Potential Ascorbic Acid Instrument.
Окиснювальний потенціал авіаційних частинок зріс у шість-сім разів
Результати двох типів викидів суттєво відрізнялися. У частинок із суднового дизельного двигуна окиснювальний потенціал залишався приблизно стабільним незалежно від тривалості атмосферного старіння. Натомість у частинок авіаційного походження цей показник зростав майже лінійно. Після старіння, еквівалентного 12 дням в атмосфері, він був у шість-сім разів вищим, ніж у свіжих частинок.
Дослідники також виявили зміни в хімічному складі органічної частини авіаційних викидів. З часом збільшувалося співвідношення кисню до вуглецю, тоді як співвідношення водню до вуглецю зменшувалося. Такі зміни відповідають поступовому окисненню органічних сполук.
Ці хімічні перетворення відбувалися паралельно зі зростанням окиснювального потенціалу. Це свідчить про те, що атмосферні реакції можуть змінювати властивості авіаційних частинок і посилювати їхню здатність спричиняти окиснювальні процеси.
«Наше дослідження показує, що важливо враховувати не лише свіжі частинки вихлопу. Атмосферні процеси можуть істотно змінювати їхні окиснювальні властивості, а отже, і потенційну здатність шкодити здоров’ю», — зазначив Баттіст Утінгер із Базельського університету.
Важливо, що експеримент вимірював саме окиснювальний потенціал, а не фактичну кількість захворювань або рівень шкоди для людей. Тому зростання показника в шість-сім разів не означає автоматичного збільшення ризику хвороби в такій самій пропорції.
Чому суднові викиди поводилися інакше
Науковці припускають, що відмінності можуть пояснюватися різним хімічним складом частинок. Зокрема, суднові викиди можуть містити більше неорганічних компонентів, наприклад сульфатів, які після утворення здатні залишатися відносно стабільними. Проте це пояснення ще потребує перевірки. Щоб зрозуміти, які саме молекулярні перетворення відповідають за різницю між двома типами викидів, потрібен детальніший аналіз їхнього складу до та після атмосферного старіння.
Результати також не означають, що всі авіаційні викиди однаково змінюються з часом. На поведінку частинок можуть впливати тип двигуна, паливо та умови навколишнього середовища.
Чи враховують це чинні екологічні норми
Дослідження порушує питання про те, наскільки повно чинні правила контролю якості повітря враховують хімічні зміни забруднювачів після їхнього викиду. Зокрема, автори звертають увагу на швейцарську Постанову про контроль забруднення повітря. Норми, що зосереджуються переважно на масі частинок і характеристиках свіжих викидів, можуть не відображати всі зміни їхніх властивостей під час перебування в атмосфері.
«Це дослідження чітко показує, що чинні правові механізми, зокрема швейцарська Постанова про контроль забруднення повітря, недостатньо враховують найбільш токсичні джерела дрібнодисперсних частинок та їхні властивості», — заявив керівник дослідження Маркус Кальберер.
Це оцінка авторів роботи, а не доказ того, що всі чинні нормативні системи повністю ігнорують хімічні властивості частинок. Водночас отримані результати підкреслюють обмеження підходів, які оцінюють забруднення переважно за масою викидів.
Чому це важливо далеко від аеропортів
Викиди літаків можуть переноситися атмосферними потоками на значні відстані. Тому частинки, які пройшли кілька днів хімічних перетворень, можуть мати значення не лише для районів поблизу аеропортів, а й для ширших територій.
Дослідження поки не визначає, наскільки саме такі частинки впливають на здоров’я населення в реальних умовах. Для цього необхідно поєднати лабораторні вимірювання з даними про концентрацію частинок у повітрі, їхнє поширення та фактичний вплив на людей.
Проте робота демонструє важливий принцип: забруднення повітря може змінювати свої властивості вже після викиду. Тому оцінювання екологічного впливу авіації потребує врахування не лише кількості частинок, а й того, як їхній хімічний склад і потенційна шкідливість змінюються з часом.