Analiza stężeń oraz składu chemicznego pyłu (pm2.5 i pm10) wielkomiejskiego

Abstract

W pracy przedstawione zostaną wyniki rozkładu stężeń pyłu o średnicach 10 μm i 2,5 μm zmierzonych w wybranych okresach 2007 roku we Wrocławiu (Plac Grunwaldzki, ...) metodą niskoprzepływową. Dodatkowo, zaprezentowana zostanie ilościowa analiza elementarna ww. cząstek, która przeprowadzona została metodą fluorescencyjnej spektrometrii rentgenowskiej (EDXRF).
Autor: Paweł ZWOŹDZIAK

1. WPROWADZENIE

1.1. BIOKLIMAT DUŻYCH MIAST

Szacuje się że około 62% polskiej populacji to mieszkańcy dużych miast, więc środowisk silnie zdominowanych i sukcesywnie przekształcanych działalnością człowieka. Jak wiadomo klimat miasta jest pochodną nie tyle zjawisk panujących w przyrodzie, co działalności antropogenicznej takiej, jak spalanie paliw stałych i płynnych (tzw. ciepło sztuczne) a także ciągle modernizowanie podłoża coraz to nową zabudową wielkomiejską. Istotną rolę odgrywa tu tzw. aerozol miejski będący połączeniem pary wodnej oraz cząstek stałych zawartych w powietrzu. Pochłania on promieniowanie słoneczne (dopływ ok. 30% mniejszy),co wpływa negatywnie na funkcjonowanie organizmów żywych, w szczególności zaś człowieka. Dodatkowo wysoka zabudowa zasłania horyzont fizyczny i w efekcie natężenie promieniowania ultrafioletowego spada w centrum miasta do 2-4% całego widma słonecznego [9]. Charakterystyczne dla obszarów wielkomiejskich jest istnienie tzw. miejskich wysp ciepła. Energia słoneczna akumuluje się w sztucznym podłożu które dominuje w aglomeracjach w dzień, w nocy natomiast jej oddawanie do otoczenia jest wolniejsze. Ponadto do atmosfery dopływają ogromne wręcz ilości ciepła pochodzące ze spalania paliw. Innymi słowy miasto nie oddaje ciepła które jest mu dostarczane i oprócz tego samo wytwarza duże jego ilości. W skrajnych przypadkach różnica temperatur pomiędzy centrum a peryferiami może dochodzić do 10°C. Pozytywnym aspektem tego zjawiska jest tzw. bryza miejska czyli powstawanie prądów konwekcyjnych wznoszących zanieczyszczone powietrze na większe wysokości. Oczyszcza się więc otoczenie człowieka. Opady są wynikiem powstawania silnych prądów wstępujących, a co za tym idzie chmur konwekcyjnych, gdyż zawieszone w powietrzu pyły i domieszki gazowe są aktywnymi jądrami kondensacji pary wodnej. Spore zanieczyszczenie powietrza wynikają z dużej koncentracji źródeł emisji na terenach miejskich.

1.2. AEROZOL MIEJSKI –CHARAKTERYSTYKA, ROLA W PRZEMIANACH CHEMICZNYCH ORAZ WPŁYW NA ZDROWIE CZŁOWIEKA

Przez aerozol rozumieć należy układ dwu lub trójfazowy składający się z gazowej fazy rozpraszającej oraz stałej lub ciekłej lub stałej i ciekłej fazy rozproszonej. W przypadku aerozolu atmosferycznego fazą rozpraszającą jest powietrze. W zależności od rozmiaru cząstek wyróżniamy pył o średnicach mniejszych niż 10 μm (PM 10), mniejszych od 5 μm (PM 5), mniejszych od 2,5 μm (PM 2,5) i mniejszych od 1 μm (PM 1). Do niedawna większość badań dotyczyła PM10, które docierają wraz z powietrzem wdechowym do górnych partii dróg oddechowych. Natomiast okazuje się, że stężenie aerozolu atmosferycznego o rozmiarze cząstek poniżej 2,5 μm ma większe znaczenie w badaniach nad negatywnym wpływem pyłu zawieszonego dla zdrowia człowieka. PM2,5 stanowi około 70% PM10 [1]. Mniejszy rozmiar cząsteczek umożliwia osadzenie się ich w dolnych partiach dróg oddechowych [2, 3, 4, 5, 6]. Najbardziej wrażliwe na wysokie stężenia pyłu zawieszonego są osoby z chorobami serca lub płuc, osoby starsze oraz dzieci. Wysokie stężenie PM10 może się także przyczyniać do zwiększonej liczby przypadków arytmii i zawałów. Wysokie stężenia PM10 mogą również przyczyniać się do wzrostu liczby infekcji dróg oddechowych. Natomiast pył drobny PM2,5 poważnie zagraża zdrowiu powodując wzrost zgonów w wyniku chorób serca, naczyń krwionośnych, dróg oddechowych oraz raka płuc. Wzrost stężenia pyłu PM2,5 powoduje wzrost ryzyka nagłych wypadków wymagających hospitalizacji z powodu problemów z krążeniem i oddychaniem.

Jak wykazują badania dominującą rolę w tworzeniu się aerozolu miejskiego odgrywają procesy spalania paliw stałych oraz płynnych a jego głównym składnikiem (40%) jest węgiel elementarny (EC- elementary carbon) oraz organiczny (OC-organic carbon). Odgrywa to istotną rolę w kształtowaniu się współczynnika absorpcji a także w przemianach chemicznych które nie zostały jednak do końca zbadane-uzyskiwane wyniki są sprzeczne [7].