Giftige PAH-luftforurenende stoffer fra fossile brændstoffer formerer sig i sollys

Når kraftværker brænder kul, en klasse af forbindelser kaldet polycykliske aromatiske carbonhydrider, eller PAH'er, udgør en del af den resulterende luftforurening. Forskere har fundet ud af, at PAH-toksiner nedbrydes i sollys til børneforbindelser og biprodukter.

Nogle børneforbindelser kan være mere toksiske end moder-PAH'erne. Floder og dæmninger, der er påvirket af PAH'er, er sandsynligvis forurenet af et meget større antal toksiner, end der udsendes af større forurenere, forskere viser nu ind Kemosfære .

Et kulfyret kraftværk og en cigaret har mere til fælles, end du måske tror. Det samme gør udstødningsrørene fra biler, brændende afgrøderester, flyvemaskiner og naturbrande.

PAH'er produceres, når fossile brændstoffer eller organisk stof ikke brændes fuldstændigt op. Disse PAH-signaturer er tydelige nok til, at forskere kan fortælle, hvad de sandsynlige kilder til forurening er. Det kan de gøre ved at analysere vand- og sedimentprøver fra floder og dæmninger, der er påvirket af forureningen.

Nogle børneforbindelser er mere giftige end de oprindelige moder-PAH'er, andre undersøgelser har fundet. Det betyder, at der sandsynligvis er flere giftige, kræftfremkaldende PAH-forbindelser til stede i dæmninger og floder end tidligere antaget, siger Dr. Mathapelo Seopela, en forsker ved Institut for Kemi ved University of Johannesburg og hovedforfatter af undersøgelsen.

"Brændende processer skaber PAH'er, der varierer i størrelse fra to til seks sammensmeltede benzenringe. Jo varmere forbrændingsprocessen, jo større forbindelse der dannes, og jo mere skadeligt det er, " hun siger.

"Som et eksempel, når kul afbrændes i et kulfyret kraftværk til elektricitet, fem- og seksringede PAH'er vil sandsynligvis dannes. Dette skyldes, at forbrændingsprocessen er ved en meget høj temperatur, over 1000 grader Celsius."

Disse store PAH-forbindelser rejser med resten af ​​røgen fra kraftværkets køletårne. Vind kan derefter blæse forbindelserne ret langt væk, til floder, dæmninger, landbrugsjord eller den næste by.

"Når benzin brændes i en bilmotor, PAH'er med to til tre ringer dannes normalt. Lignende PAH'er dannes af fly, når landmænd brænder afgrøderester eller græs, eller med brændende træ, " siger hun. "PAH'erne ender i atmosfæren, i luften vi indånder. Tit, de kan rejse meget lange afstande fra de kilder, der producerede dem, såsom kraftværker eller naturbrande."

Mange PAH-forbindelser er skadelige. De er dannet af to eller flere fusionerede benzenmolekyler, eller ringe, under ufuldstændig forbrænding af fossile brændstoffer eller organisk stof. Benzen er en meget brandfarlig, giftig væske. Det er delvist ansvarligt for den karakteristiske lugt på en tankstation.

Den enkleste PAH er naftalen, som har to benzenringe. Nogle mennesker bruger naftalen mølkugler til at beskytte deres tøj mod møl. Det er giftigt for mennesker. Den næste større PAH er anthracen, en komponent af stenkulstjære, som har tre benzenringe. Anthracen er et farligt stof. Det er meget giftigt i vandmiljøer, og betragtes som et persistent og bioakkumulerende forurenende stof.

En række PAH'er er blevet opført af organisationer som EPA, WHO og Europa-Kommissionen som kræftfremkaldende. Nogle PAH'er kan forårsage permanente ændringer i dyrs gener, som kan forårsage udviklingsforsinkelser eller misdannelser i fiskeembryoner. Sådanne PAH-forbindelser er også klassificeret som mutagene.

Når regndråber trækker PAH-forbindelser ned i floder og dæmninger, store miljømæssige udfordringer kan skabes. Regnen afgiver giftstofferne i drikkevandet, vand, der bruges til at vande madafgrøder, og vand til kvæg. Fisk ophober PAH'erne i deres kød. "I vores undersøgelse, vi så på PAH'er med to til seks sammensmeltede benzenringe. Disse repræsenterede forurening fra træbrande og biler til kulkraftværker. Vi vidste, at generelt, PAH-forbindelser vil begynde at ændre sig, eller nedværdigende, når solen skinner på dem. Men vi ville finde ud af, hvad specifikke PAH'er bliver, når de nedbrydes, og hvor hurtigt det sker, " siger Seopela.

I tidligere forskning, hun analyserede vand og sedimenter fra en forurenet dæmning i Sydafrika for PAH'er. Loskop Dam fødes af Olifants-floden i en stor industri, kulminedrift og kulkraftværksregion i Mpumalanga.

Der er registreret massedød af fisk og krokodille i floden, og organiske forurenende stoffer, herunder PAH'er, blev identificeret som medvirkende faktorer.

I andre undersøgelser, forskere fandt ud af, at PAH'er nedbrydes i sollys, men at de mindre børneforbindelser, der dannes (fotoprodukter), kan være mere giftige end de større moderforbindelser.

Seopela og forskerne fra Chesapeake Biological Laboratory ved University of Maryland Center for Environmental Science byggede et lukket kredsløb recirkulationssystem til undersøgelsen i deres laboratorium. De testede fem PAH'er opført af U.S. EPA som prioriterede forurenende stoffer. Disse var naftalen, antracen, benzo(a)antracen, benzo(a)pyren og benzo(ghi)perylen.

For hver PAH, de testede rene prøver af det i rent vand som kontrol. Derefter testede de hver ren PAH i rent vand med en specifik mængde naturligt organisk stof (NOM) tilsat for at simulere flod- og dæmningsforhold. De testede hver PAH for sig, og derefter blandet dem alle sammen for at se, hvad der sker.

"Vi fandt ud af, at når sollys falder på en forældre-PAH, det nedbrydes til mindre børns PAH'er, som vi kalder nedbrydningsprodukter. Men samtidig, Der dannes også helt andre biprodukter, " siger professor Michael Gonsior fra Chesapeake Biological Laboratory ved University of Maryland.

"Dette er meget bekymrende. De oprindelige PAH-forbindelser, de nedbrudte børns PAH'er og biprodukterne, eller fotoprodukter, er sandsynligvis alle til stede på samme tid i floder og dæmninger, der er påvirket af PAH'er, " fortsætter han.

"Vi fandt også ud af, at de fem- til seks-ringede PAH'er generelt nedbrydes meget hurtigere end to-ringede PAH'er i rent vand, " siger Dr. Leanne Powers, assisterende forskningskemiker ved Chesapeake Biological Laboratory.

"Men nedbrydningen bremses, når der er mere naturligt organisk stof i vandet. Vi forventer, at PAH'er i vandet eller sedimentet i en grumset flod vil tage lang tid at nedbryde. Meget længere end de tre timer og lidt den PAH'er blev nedbrudt i det rene vand i vores laboratorium. Proceduren i denne undersøgelse kan bruges til at forstå, hvordan andre PAH'er nedbrydes, og hvad de bliver til i ferskvandsmiljøer, " siger Powers.

Seopela siger, "Det betyder, at folk, animals and plants that depend on that water are likely exposed to a far greater number of toxins at the same time, than was emitted from the sources, such as power stations."