Luftforurening

Raffinaderi Xinjiang Kina Xiaodong Qiu/Moment/Getty Images

For at hjælpe med at bekæmpe den forurening, der er forårsaget af Kinas moderne industrielle boom, en miljøovervågningsstation i landets Guangdong -provins vender sig til en gammel detektionsmetode - mennesket lugtesans . Tolv uddannede fagfolk har brugt deres tid på laboratorier, udsat for en række skadelige gasser, der plager byen Panyu - på grund af dens rigelige fabrikker og skraldespande - i et forsøg på at opdage duftprofiler.

I denne artikel, vi lærer om, hvordan næsen og den menneskelige hjerne registrerer og adskiller lugte, opbygger duftprofiler eller minder, og hvordan forskere bruger elektroniske enheder og robotter i kunstig lugt.

Global Warming Gallery

Hilsen af Dan Eckstein/Picture China
På grund af dens store befolkning og nuværende industrielle boom,
Kina er klar til at blive en af verdens største forurenere.

I 2006, en Verdensbankens forureningsundersøgelse viste, at af de 20 mest forurenede byer i verden, 16 er i Kina. Forureningen tager en vejafgift:mere end 300, 000 mennesker i den stadig mere industrialiserede nation anslås at dø hvert år af komplikationer som følge af dårlig luftkvalitet. Sammensætning af denne situation er opdagelsen af en langt mere dødelig form for forurenende stoffer - ultrafine partikler . Disse partikler er meget mindre og vanskeligere at påvise end andre forurenende stoffer, har endnu mere en negativ sundhedsmæssig indvirkning, da luftkvaliteten forværres, og kan endda forårsage hjertesygdomme, blandt andre sundhedsproblemer [Kilde:CNN].

Næste

Sådan fungerer robotter
Sådan fungerer NASA
Nysgerrighedsprojekt:Pollution Puzzles

Liu Jingcai, det ildelugtende teams leder og vicedirektør for overvågningsstationen, sagde til avisen China Daily, at træningen ikke ligefrem har givet teammedlemmerne en chance for at bruge deres olfaktoriske evner til at stoppe og lugte roserne. "Arbejdet er ganske ubehageligt, "sagde Liu." Vi er nødt til at blive i et laboratorium, der lugter flere gange af de forfærdelige gasser [Kilde:China Daily].

Teammedlemmer er blevet uddannet til at skelne mellem lugte af skadelige miljøforurenende stoffer og simpelthen stødende, men ufarligt, lugt. De råder over følsomt elektronisk udstyr (mere om det, der kommer), der kan registrere tætheden af skadelige gasser i luften. Men de kinesiske sniffere har en klar fordel i forhold til maskinerne:Mennesker kan ikke kun opdage skadelige gasser, vi kan også vise fysiske reaktioner på dem, gør gassernes tilstedeværelse i atmosfæren så meget mere tydelig.

Da vores lugtesans reduceres i følsomhed, når vi bliver ældre, det professionelle sniffeteam vil gencertificeres hvert tredje år for at sikre, at dets medlemmer stadig besidder optimale lugtende færdigheder.

Men da de går rundt i Panyu på jagt efter forurenende stoffer, hvordan vil holdet nøjagtigt kunne udpege de lugte, de møder? I det næste afsnit, vi finder ud af, hvordan den menneskelige hjerne udnytter forskellene.

Indhold

Opdage og differentiere dufte
Virkningerne af forureningssniffning
Kunstig olfaktion
Kinas forureningssniffere:Forfatterens note
Kinas forurening sniffer:Snydark

Opdage og differentiere dufte

Vi kan tage vores lugtesans for givet, men præcis hvordan vi lugter er et emne for stor debat og forskning blandt neurologer og fysiologer. Videnskaben har et ret godt styr på præcis, hvordan lugtprocessen finder sted, når lugten passerer de olfaktoriske receptorer - det er begyndelsen og slutningen af processen, der får forskere til at stubbe.

I mange år, forskere har vidst, at de forskellige nerver, der udgør olfaktorisk bundt er specialiserede. De reagerer hver især kun på de typer molekyler, de er designet til at interagere med. Forestil dig en bank med postkasser foran et posthus:den ene er til doseret post, den ene er til lokal post, og den ene er til post uden for byen. Hver er stadig en postkasse, og hver accepterer mail, men deres individuelle formål er at dirigere en bestemt type mail til et bestemt sted, meget ligesom nerverne i olfaktoriske bundter, der dirigeres til en specifik molekylreceptor.

Hilsen af A Review of the Universe
Et diagram over komponenterne i olfaktorisk proces

Men videnskaben søger stadig efter et svar på, hvordan svarene blandt specialiserede receptorer udløses. Hvilken indledende proces finder sted, så de professionelle sniffere kan se forskel på lugte?

Ethvert molekyle, så længe det er flygtige (hvilket betyder, at den vil fordampe ved stuetemperatur), har potentiale til at lugte, eller et molekyle, vi kan fornemme gennem lugt. Når en lugtstof binder sig til receptorerne i en næse, molekylets potentiale som lugtstof bliver realiseret. Den mest accepterede teori har været, at hver af vores cirka 350 olfaktoriske receptorer har visse strukturer, der kun kan aktiveres af visse typer molekyler, baseret på molekylets form. Men denne lås-og-nøgle-teori [Kilde:Neurofilosofi] har et stort logistisk problem:Der er molekyler med samme form og struktur, der har helt forskellige lugte.

Nyere forskning tyder på, at interaktionen mellem lugtstoffer og deres olfaktoriske receptorer er baseret på en meget mere sublim fysisk proces. Forankret i kvantefysik , denne nylige teori siger, at interaktionen er baseret på reaktionen forårsaget i receptorerne af vibrationerne i et lugtende molekyls atomstruktur. Receptoren reagerer på molekylets vibrationer, og dette svar udløser overførsel af lugtinformation langs det olfaktoriske system. Presto! Den kinesiske sniffer kan udrydde et skadeligt kemikalie.

Molekylær filosofi Når en af Kina ’Sniffere trækker vejret ind gennem hendes næse, receptorerne interagerer med molekyler, hedder lugtstoffer . Ethvert molekyle har potentiale til at være lugtstof, men kan et molekyle betragtes som lugtende, mens det bare flyder rundt i rummet? Det er lidt ligesom spørgsmålet, hvis et træ falder i skoven, og ingen er i nærheden for at høre det, giver det en lyd? Måske en for filosofferne.

Men dette forklarer kun, hvordan vi interagerer kemisk med lugtmolekyler. De fleste af de lugte, vi kender, består af kombinationer af lugtmolekyler. Så hvordan skaber vi vores opfattelse af lugte - uanset om de er "gode" eller "dårlige" lugte - og, ultimativt, hvordan kan en sniffer fortælle forskellen mellem en lugt og en anden?

Det bliver tydeligere for forskere, at processerne til at opdage lugte og opfatte lugte i vores hjerne kan variere. En undersøgelse fra Northwestern University har konkluderet, at strukturen af et lugtmolekyle ikke nødvendigvis påvirker lugtende kodning der finder sted i hjernen. Lugtkodning er betegnelsen for, hvordan vores hjerner klassificerer lugte i forskellige kategorier. Forskerne fandt ud af, at det kan være en kombination af forskellige processer, der arbejder sammen, der tillader denne lugtende kodning at finde sted.

De samme forskere har også fastslået, at vores kodificerede lugtminder , eller lugtprofiler oprettet ved eksponering, kan ændre sig, når vi støder på nye eller yderligere oplysninger om en lugt [Kilde:Northwestern University]. For eksempel, at lugte en gardenia blomstre en gang kan skabe en dufthukommelse, der kan udløses, når vi ser en gardenia -plante på afstand men successive snus af en gardenia kan tydeliggøre og tilføje kompleksitet til vores originale indtryk af blomstens duft.

I det næste afsnit ser vi på virkningerne af forurening, der snuser på mennesker.

Virkningerne af forureningssniffning

De fleste af os er ikke betalt for at opdage forurenende stoffer med vores næse. Vi lærer generelt om lugten af vores miljø gennem afslappet eksponering over tid. Men den kinesiske regerings tilgang til at oplære sine sniffere er mere aggressiv og fokuseret. Ved at udsætte teammedlemmerne for lugten i et laboratorium over lange perioder, sniffers ideer om en lugt bliver hurtigere forfinet, ligner en vinkender, der opdager noterne, eller duftprofiler, et glas Chardonnay.

Hilsen af Chris Harvey/Dreamstime.com
Det menneskelige olfaktoriske system
er meget følsom over for kemikalier
og forurening.

De nordvestlige forskere viste, at denne form for eksponering skaber en mere sofistikeret lugtesans for dufte i samme familie. Langvarig eksponering skaber også en mere intens reaktion på en lugt. For eksempel, hvis de kinesiske sniffere havde været udsat for svovl i lange perioder, det ville være lettere for dem at se forskel på forskellige typer svovlholdige forbindelser. På tur, dette ville gøre dem bedre til deres job.

Men at snuse svovl og andre skadelige kemikalier kan være ekstremt skadeligt for menneskers sundhed. Så, mens kineserne ansætter mennesker til at finde forurening, forskere i andre dele af verden leder efter teknologi i form af elektroniske instrumenter.

Dr. Ricardo Araneda
HowStuffWorks vil gerne takke Dr. RicardoAraneda kl Universitet af Maryland for hans hjælp med denne artikel.

Elefanten i rummet angående de kinesiske forureningssniffere er, at disse sniffere er mennesker. Det betyder, at deres arbejde vil støde på to problemer. Den første er, at deres lugtesans vil blive forringet over tid. Den anden er, at de indånder skadelige kemikalier for at leve. Det første problem kan løses ved at rekruttere udskiftningssniffere, men det andet problem kan føre til sundhedsproblemer og endda død for snifferne.

I det næste afsnit, vi vil se på, hvordan robotter og elektroniske enheder bruges i kunstig lugt.

Kunstig olfaktion

Vi så tidligere, at Kinas menneskelige sniffere har en fordel i forhold til følsomt elektronisk instrument:som mennesker, vi har fysiske reaktioner, der bekræfter eksistensen af forurenende stoffer. Men brug af elektroniske instrumenter eliminerer behovet for at udsætte mennesker for skadelige forurenende stoffer. Til denne ende, videnskaben søger nye måder at bruge teknologi til at finde forurening og bestemme dens koncentration.

Hilsen af NASA/JPL-Caltech

NASA har udviklet sin tredje generations elektroniske næse (ENose) enhed. Rumorganisationens Jet Propulsion Lab (JPL) skabte enheden til at hjælpe med at opdage ammoniaklækager ombord på rumfærgen. NASA bruger ammoniak som varmeleder i VVS'en i pendulkørslerne. Ammoniak kan være dødelig, hvis man udsættes for det i gasform, og hvis det lækker, det ville betyde undergang for astronauterne. For at afværge en katastrofe som denne, ENosen udvikles til brug i rummet til tidligt at opdage lækager som denne, før gasens koncentration når et dødeligt niveau.

ENosen er baseret på strukturen af det menneskelige olfaktoriske system. Enheden bruger polymerfilm til at detektere og reagere på molekyler, meget gerne den lille, hårlignende receptorer på enderne af vores olfaktoriske nerver. Disse reaktioner fortolkes derefter af maskinen.

En artikel om ENose på NASA's websted rapporterer, at enheden er så følsom, at den kan lugte en elektrisk brand, før den bryder ud og kan skelne mellem Coca-Cola og Pepsi [Kilde:NASA]. Selv de kinesiske sniffere ville have problemer gør det.

Hilsen af Natalie Jeremijenko,
Jeffrey Warren og Mike Kai
Robotic hunde finder et nyt formål
som forurenende detektorer. Hundene'
mikrochips eftermonteres til
fornemme flygtige forbindelser i luften.

Tilbage på jorden, lidt mindre sofistikeret teknologi end rumfærgen bruges til en enhed, der ligner NASA's ENose. Robotte hunde, det engang populære børnenes legetøj, der kan gå, sidde, blive og gø, bliver eftermonteret med nye chips, der gør det muligt for hjørnetænderne at fornemme flygtige forbindelser i spor helt ned til 100 dele pr. million i et projekt kaldet Feral Dog Project.

Tankerne til Natalie Jeremijenko, en professor i San Diego State University, projektet begyndte som en måde ikke kun at snuse ud forurenende stoffer sikkert, men også for at øge bevidstheden om de miljøfarer, som disse forurenende stoffer udgør. Projektet har taget fart, med eftermonteringslaboratorier, der dukker op rundt om i landet i Idaho, New York og Florida.

Men de sensorer, der blev brugt i Feral Dog Project, har en lang vej at gå, før de indhenter ENose. Mens robothundens sensorer kan opfange forbindelser i 100 dele pr. Million, ENose sensorer er i stand til at detektere så lidt som en del - det er bare et molekyle - pr. Million.

For mere information om Feral Dogs Project og en video med en robothundfrigivelse, tjek linkene på den følgende side.

Kinas forureningssniffere:Forfatterens note

HowStuffWorks 2009
Josh Clark, Seniorforfatter

Der har altid været et aspekt af forureningssnuserne i Guangdong -provinsen, som jeg aldrig har kunnet komme til bunds i - hvorfor bruge mennesker? Jeg undrede mig over det, da jeg skrev artiklen, såvel som da jeg lavede en "Stuff You Should Know" podcast -episode på den, og jeg undrer mig stadig over det nu. Alle de skader, der følger med målrettet udsættelse for mennesker for luftforurening - og ikke kun det, men at få dem til at tage lange, dybe indåndinger af det som deres job - virker i det mindste farligt, hvis ikke helt unødvendigt. I fjerde afsnit, Jeg skrev en række mekaniske sensorer, der kunne gøre lige så godt og faktisk meget bedre end menneskelige forureningsdetektorer. Så, hvorfor bruge mennesker?

Dette var min første artikel for HowStuffWorks.com. Det var en testartikel, rent faktisk, den der fik mig ansat, så jeg har en ægte tilhørsforhold til denne. At undersøge det gav også min første introduktion til den fascinerende kendsgerning, at videnskaben ikke ved, hvordan vi oplever lugtfornemmelsen. At stifte bekendtskab med de teorier om lugt, som jeg taler om i denne artikel, udsatte mig også for, hvor meget vi har tilbage at lære.

Kilder

"Kinas 'professionelle næser' snuser ud af forurenere." Reuters. Reuters.com. 20. juni kl. 2007.
http://www.reuters.com/article/environmentNews/id USPEK20893920070620? feedType =RSS
"Elektronisk næse:NASA -forskere udvikler en udsøgt følsom kunstig næse til udforskning af rummet." NASA. Science.nasa.gov. 6. oktober kl. 2004.
http://science.nasa.gov/headlines/y2004/06oct_enose.htm
"Hvordan din hjerne hjælper dig med at blive vinekspert:Forskere opdager, hvordan vi differentierer lugte." Nordvestlige universitet. 21. december kl. 2006.
http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-12/nu-hyb122106.php
"Menneskelige næser for at opsnuse Kinas forurenende stoffer." AFP. Breitbart.com. 20. juni kl. 2007.
http://www.breitbart.com/article.php?id=070620070744.u3mly8tt&show_article=1&cat=0
"Menneskeligt snifferhold sporer forurening (Kina)." The Times Online U.K. Freerepublic.com. 21. juni kl. 2007.
http://www.freerepublic.com/focus/f-news/1853714/posts
"Usynlig fjende fremkalder sundhedsmæssige bekymringer:Asien står over for et voksende problem med ultrafine partikler." CNN. CNN.com. 2. juni kl. 2006.
http://www.cnn.com/2006/HEALTH/conditions/05/09/air.pollution /index.html
"Lær at lugte roserne:Oplevelsesafhængig neural plasticitet i menneskelige piriforme og orbitofrontale Cortices." Neuron. Straddle3.net. 29. december kl. 2006.
http://straddle3.net/context/03/da/2006_12_29.html
Neurofilosofi.wordpress.com. 12. december kl. 2006,
http://neurophilosophy.wordpress.com/2006/12/12/the-quantum-
lugtmekanik/
"Olfaktorisk nerve." Medterms.com
http://www.medterms.com/script/main/art.asp?articlekey=7571
"Kvantemekanik kan forklare, hvordan mennesker lugter." Physorg.com. 1. februar kl. 2007.
http://www.physorg.com/news89542035.html
"Robotprojekt kan tage stor bid ud af forurening." Arizona -republikken. azcentral.com. 11. december kl. 2005.
http://www.azcentral.com/arizonarepublic/local/articles/1211 robotdogs11.html
"Sniffing ud af skadelige gasser." China Daily. China.org.cn. 20. juni kl. 2007.
http://www.china.org.cn/english/environment/214488.htm
"De mest forurenede steder på Jorden:Hvordan repot rangerer områder af planeten som forurenende og forurenede." CBS Nyheder. CBSNews.com. 6. juni kl. 2007.
http://www.cbsnews.com/stories/2007/06/06/eveningnews/main 2895653.shtml

Kinas forurening sniffer:Snydark

Ting du skal vide

En undersøgelse fra Verdensbanken fra 2006 viste, at 16 af de 20 mest forurenede byer i verden er i Kina.
Embedsmænd i Kinas Guangdong -provins lavede et program, der trænede mennesker til at opdage og skelne mellem luftforurenende stoffer ved hjælp af deres lugtesans.
Videnskaben er ikke helt sikker på, hvordan vi lugter; en variation af låse- og nøglehypotesen siger, at kvantevibrationer tillader lugtstoffer at lægge til i de passende receptorer.
NASA skabte en elektronisk næse, der er følsom nok til at opdage en brand, før den begynder.

Nu, test din viden med disse quizzer!

Rejser verden rundt:Kina
Den ultimative quiz om indendørs luftforurening
Den ultimative grønne feriequiz
Fakta eller fiktion:Grønne tage
Forny, Genbrug eller genbrug?

Tjek disse billedgallerier!

Grønne videnskabelige billeder
Bevarelse af energi på arbejde Billeder

Sidste artikelIntroduktion til Dead Zone

Næste artikelSådan fungerer kulstofaftryk