Аэрозоли – частицы углеводородов, обозначаемые как PM2.5, потому что они меньше 2.5 микрон в диаметре и легко оседают в легких – доказано, что они вызывают сердечно-сосудистые и респираторные проблемы.
В результате строгих законов о выбросах транспортных средств уровень органических аэрозолей был значительно снижен на всей территории Соединенных Штатов, но особенно резкое падение было в Лос-Анджелесе, которое началось с более высокого уровня.
Основываясь на измерениях загрязнения за последние 20 лет, ученые Калифорнийского университета в Беркли обнаружили, что концентрации PM2.5 человек в бассейне Лос-Анджелеса в 2012 г. были вдвое меньше, чем в 1999 г. В результате с 2016 по 2018 год почти не было PM2.5 нарушений в районе при низких температурах ниже 68 градусов по Фаренгейту. Но при более высоких температурах концентрации аэрозолей росли – за тот же период от 70% до 80% дней с температурой более 100 F превышали пороговое значение Национального стандарта качества окружающего воздуха (NAAQS).
«Положительная новость заключается в том, что там, где мы действительно поняли источник и приняли меры, эти действия были невероятно эффективными», – сказал Рональд Коэн, атмосферный химик и профессор химии Калифорнийского университета в Беркли. "Двадцать лет назад почти каждый день в Лос-Анджелесе нарушал санитарный стандарт.
И сейчас только жаркие дни."
По мере того, как количество органических химикатов для транспортных средств – соединений канцерогенов, таких как бензол и толуол, – упало, эксперты по качеству воздуха сосредоточили внимание на других потенциальных источниках аэрозолей в городах с вредными для здоровья уровнями. Многие исследователи считают, что причиной этого могут быть средства личной гигиены и бытовые чистящие средства, некоторые из которых кажутся такими же безобидными, как лимонен с цитрусовым ароматом.
Учитывая температурную зависимость уровней аэрозоля в Лос-Анджелесе, Коэн сомневается, что.
«Растет консенсус в отношении того, что, поскольку автомобили стали неважными, бытовая химия стала основным источником органических веществ в атмосфере и, следовательно, доминирующим источником аэрозолей», – сказал он. "Я говорю, что не понимаю, как аэрозоли от этих химикатов могут зависеть от температуры, и, следовательно, я думаю, что это, вероятно, что-то еще. И деревья – хороший кандидат."
Растения, как известно, выделяют больше органических химикатов при повышении температуры, а во многих лесных районах деревья являются источником органических химикатов, которые соединяются с оксидами азота, производимыми человеком, с образованием аэрозоля.
Президент Рональд Рейган был частично прав, когда в 1981 году он позорно заявил, что «деревья вызывают больше загрязнения, чем автомобили."В то время ученые изучали роль лесов, окружающих Атланту, в загрязнении воздуха в этом городе.
Коэн и бывшая студентка магистратуры Беркли Клара Нуссбаумер проанализировали выбросы органических химических веществ от различных растений, которые, как известно, выращивают или культивируются в районе Лос-Анджелеса, и обнаружили, что некоторые из них, например мексиканские веерные пальмы города, производят много летучих органических соединений. Дубы также являются источниками высоких выбросов органических химикатов.
По их оценкам, в среднем 25% аэрозолей в бассейне Лос-Анджелеса происходит от растительности, которая включает около 18 миллионов или более деревьев.
Аэрозоли растительного происхождения, вероятно, состоят из химического изопрена – строительного блока каучука или растительных химикатов, таких как терпены, которые состоят из двух или более строительных блоков изопрена, объединенных в более сложную молекулу.
Коэн говорит, что PM2.5 аэрозолей можно представить как «маленькие крошечные шарики свечного воска» с аэрозолями растительного происхождения, состоящими из множества молекул изопрена и терпенов, которые содержатся в смолах сосны.
«Я не предлагаю избавляться от растений, но я хочу, чтобы люди, которые думают о масштабных посадках, выбрали правильные деревья», – сказал он. "Они должны собирать деревья с низким уровнем выбросов вместо деревьев с высоким уровнем выбросов."
Исследование было описано в этом месяце в журнале Environmental Science & Technology.
Как глобальное потепление влияет на загрязняющие вещества?
Коэн, изучавший температурную зависимость уровней озона в городах для понимания воздействия изменения климата на загрязняющие вещества, два года назад решил исследовать температурную зависимость загрязнения озоном и аэрозолями в пяти округах бассейна Лос-Анджелеса: Лос-Анджелес, Сан-Бернардино, Риверсайд, Оранж и Вентура. Он и Нуссбаумер изучили данные из 22 точек измерения по всему бассейну – восьми в округе Лос-Анджелес, двух в округе Ориндж, пяти в округе Риверсайд, четырех в округе Сан-Бернардино и трех в округе Вентура – для изучения аэрозолей и четырех. сайтов – три в Лос-Анджелесе, один в Сан-Бернардино – для изучения озона.
Исследователи обнаружили, что в начале 21 века зависимость между температурой и аэрозольным загрязнением была весьма разнообразной: если температура повышалась, иногда PM2.5 концентраций могут сильно увеличиться, иногда немного. Сегодня соотношение более линейное: если температура повышается на градус, PM2.5 концентраций предсказуемо увеличиваются на заданную величину.
Коэн и Нуссбаумер сосредоточили свое внимание в первую очередь на вторичных органических аэрозолях (SOA), которые образуются в виде частиц, когда газообразные загрязнители – в первую очередь оксиды азота (NOx) и летучие органические соединения (VOC) – вступают в реакцию с солнечным светом. В тех же условиях образуется озон.
Используя простую атмосферную модель, они пришли к выводу, что как регулируемые химические вещества из выхлопных газов транспортных средств и приготовления пищи – первичные органические аэрозоли, такие как бензол, толуол, этилбензол и ксилол – так и изопрен из растений были предшественниками большинства наблюдаемых органических аэрозолей. Их модель предполагает, что около четверти SOA в бассейне Лос-Анджелеса образовано изопреном или другими очень похожими соединениями, и что они представляют собой большую часть зависящего от температуры увеличения.
Хотя есть свидетельства того, что некоторые ЛОС, зависящие от температуры, находились под контролем с течением времени, например, при испарении бензина, изопрен не входит в их число.
Коэн отметил, что по мере увеличения использования электромобилей важность органических аэрозолей из растительности будет становиться все более доминирующей, что потребует принятия мер по смягчению последствий для поддержания уровней в нормативных пределах во время волн тепла.
«Автомобили также вносят свой вклад в озон, и в бассейне Лос-Анджелеса уровень озона также высок при высоких температурах и по той же причине: есть больше органических молекул, которые стимулируют химию, когда жарко», – сказал Коэн. «Нам нужна какая-то стратегия для размышлений о том, какие заводы могут выбрасывать меньше углеводородов при нагревании или какие другие выбросы мы можем контролировать, чтобы предотвратить образование аэрозолей."
Коэн надеется взглянуть на данные из других городских районов, включая район залива Сан-Франциско, чтобы увидеть, преобладают ли сейчас аэрозоли, зависящие от температуры, и является ли растительность виноватой.
Исследование частично финансировалось за счет гранта (NA18OAR4310117) Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA).
Коэн и Аллен Голдстайн, профессор экологических наук, политики и управления Калифорнийского университета в Беркли, а также гражданской и экологической инженерии, также сотрудничали с учеными NOAA и государственными и местными агентствами по контролю качества воздуха в эксперименте по наблюдению за выбросами в Лос-Анджелесе при различных температурах. Комбинирование этих различных стратегий наблюдений в бассейне Лос-Анджелеса, как надеется Коэн, "приведет к лучшим идеям по сокращению выбросов озона и аэрозолей в бассейне, которые затем могут быть использованы в качестве руководства в других крупных городах, страдающих от плохого качества воздуха."