Analyse af vejsidestøv for at identificere potentielle sundhedsproblemer

Alle ved, at biler bidrager til luftforurening. Og når de fleste mennesker overvejer kilden, udstødning er normalt det, der kommer til at tænke på.

Imidlertid, ny forskning ledet af University of Pennsylvania's Reto Gieré, arbejder med samarbejdspartnere over hele verden, er med til at belyse en anden væsentlig synder, når det kommer til trafikrelateret luftforurening:Små stykker dæk, bremseklodser, og vejmaterialer, der hænger i luften, når køretøjer passerer.

"Jeg har mere og mere bemærket, at vi ikke ved nok om, hvad der er på vores veje, " siger Gieré, professor og formand for Penns afdeling for jord- og miljøvidenskab på School of Arts and Sciences. "Hvis du har meget trafik, biler, og lastbiler, der kører forbi, de resuspenderer støvet på vejene i atmosfæren, og så bliver det åndbart. For at forstå de potentielle sundhedsmæssige konsekvenser af disse støvpartikler, det er virkelig vigtigt at forstå, hvad der er på vejen."

Selvom lovgivningsmæssige bestræbelser har bidraget til at gøre biler renere og mere effektive, disse begrænsninger vedrører ikke den forurening, der opstår som følge af slid på dæk og bremser. Stigende bytrafik kan forværre disse som kilder til forurening og muligvis negative sundhedseffekter.

"Omkring 4 millioner mennesker dør for tidligt af luftforurening hvert år, " siger Gieré. "Fra usikkert vand er tallet 2 mio. Alligevel har vi et FN's mål for bæredygtig udvikling om vandforurening, men ikke et om luften. "

For at belyse indholdet af trafikrelateret støv og de forhold, der gør det mere sandsynligt, at det samler sig, Gieré har samarbejdet med tyske kolleger fra Federal Highway Research Institute, den tyske meteorologiske tjeneste, og University of Freiburg til at prøve og analysere luften langs vejkanter. I 2017 de offentliggjorde resultaterne af en årelang prøvetagning langs to meget frekventerede motorveje i Tyskland, én udsat for mere stop-and-go-trafik og en anden i et mere landligt område omkranset af landbrugsmarker.

For passivt at samle støvet langs vejkanterne, de brugte skræddersyede cylindriske prøveudtagere med en gennemsigtig klæbrig folie i bunden til at fange partikler, der trænger sig ind. Forskerne tjekkede indsamlingsstederne og skiftede den klæbrige "fælde" ud hver uge.

Ved at bruge optisk mikroskopi til at analysere de opsamlede luftbårne partikler, holdet fandt, at webstedet med mere travle trafikmønstre havde 30 procent flere partikler samlet, med en større andel afledt af dækslid. Vejret var væsentligt indregnet i de mønstre, de observerede; tørre og varme forhold var forbundet med en større opbygning af partikler.

"Ved højere temperaturer så vi mere dækslid, mere forurening end ved mellemtemperaturer, " siger Gieré. "Dette var nøjagtigt analogt med, hvad to laboratorieundersøgelser fandt."

Med højere temperaturer og flere tørre perioder forudsagt under klimaændringer, Gieré bemærker, at dette problem med dækslid kun kan blive værre, "hvilket er væsentligt, " han siger, "fordi næsten 30 procent af den mikroplast, der frigives globalt til havene, er fra dæk."

I en nyere undersøgelse, udgivet i sidste måned i Forskning i aerosol og luftkvalitet , Gieré og kolleger brugte kraftig scanningselektronmikroskopi til mere præcist at identificere sammensætningen af ​​partiklerne indsamlet fra de to motorveje, der blev undersøgt i 2017-rapporten, samt et tredje indsamlingssted, ved en bymotorvej med langsommere trafik.

"Det optiske mikroskop giver os en første tilnærmelse, " siger Gieré, "mens scanningselektronmikroskopet giver os mulighed for at skelne mellem dækslid, bremse slid, kulstof, eller find ud af, om der er mineraler derinde."

Tag et skridt videre, holdet kørte også prøver gennem en analyse, der giver information om de elementer, der udgør hver prøve, kaldet energidispersiv røntgenspektroskopi.

Denne undersøgelse fokuserede på de opsamlede "supergrove" partikler, dem, der er større end 10 mikrometer. (Til sammenligning, et menneskehår er omkring 75 mikrometer i diameter.) Mens det stadig er lille, disse partikler udgør en mindre sundhedstrussel end de endnu mindre, som er nemmere at inhalere. Stadig, disse større partikler kan vinde op i vandveje og jord, påvirker dyrelivet eller muligvis endda landbrugsafgrøder.

Halvfems procent af støvpartiklerne indsamlet fra de tre steder var trafikrelaterede, og forskerne så igen forskelle mellem stederne. Den langsommere trafik på byvejen genererede færre partikler fra bremseslid, men flere fra dæk; de bemærkede, at dækgummiet blev fyldt med mineraler og andre materialer fra vejene. Motorvejen med mere stop-and-go-trafik genererede flere bremsepartikler.

Dæk- og bremseklodsproducenter afslører ikke alt indholdet af deres produkter, men det er kendt, at zink, at føre, antimon, silikater, cadmium, og asbest bruges af nogle. Det er kemikalier, der kan udgøre en sundhedsrisiko, hvis de kommer ud i miljøet eller, hvis dækkene brændes, som de nogle gange gør af kulværker, atmosfæren.

"Disse grove partikler kommer ikke til at blive transporteret ret langt, så forurening vil blive begrænset til nærheden af ​​disse veje, især under overbelastning, " siger Gieré. "Men de samler sig også på vejen og skyller derefter ud i floder. Vores team mener, at det er en vigtig vej til, hvordan mikroplast kommer ind i vandveje. "

En måde at reducere denne forureningsvej ville være trafikdæmpende foranstaltninger, såsom koordinerede trafiklys, som reducerer mængden af ​​start og stop, som chauffører skal udføre. Gieré og kolleger, herunder ph.d. studerende Michael O'Shea, udfører også lignende eksperimenter på gaderne i Philadelphia og sammenligner forureningsniveauerne mellem forskellige kvarterer for at se, hvad der sker lidt tættere på hjemmet.