Ik wil alles weten

Particulate

Pin
Send
Share
Send


deeltjes, ook wel aangeduid als fijn stof (PM), aerosolen, of fijne deeltjes, zijn kleine deeltjes vaste of vloeistof gesuspendeerd in een gas. Ze variëren in grootte van minder dan 10 nanometer tot meer dan 100 micrometer in diameter. Het gebied van aerosolwetenschap en -technologie is gegroeid in reactie op de behoefte om aerosolen in de atmosfeer te begrijpen en te beheersen.

Sommige deeltjes komen van nature voor, afkomstig van vulkanen, stofstormen, bos- en graslandbranden, levende vegetatie en zeespray. Menselijke activiteiten, zoals het verbranden van fossiele brandstoffen, genereren ook aerosolen. Gemiddeld over de hele wereld, antropogene aerosolen (die geproduceerd worden door menselijke activiteiten) zijn momenteel goed voor ongeveer 10 procent van de totale hoeveelheid aerosolen in de atmosfeer.

De effecten van het inademen van fijn stof zijn uitgebreid bestudeerd. Terwijl relatief grote deeltjes worden uitgefilterd in de neus en keel, nestelen deeltjes kleiner dan ongeveer 10 micrometer in de bronchiale holtes en longen, wat leidt tot gezondheidsproblemen zoals astma, longkanker, cardiovasculaire problemen en voortijdige sterfte. Het lijkt er ook op dat deeltjes kleiner dan 100 nanometer celmembranen kunnen passeren, en sommige van hen kunnen naar de hersenen migreren. Er worden nu stappen ondernomen om de hoeveelheid antropogene aerosolen die de atmosfeer binnenkomen te beheersen.

Schrijfwijze

De notatie PM10 wordt gebruikt om deeltjes van 10 micrometer of minder en PM te beschrijven2.5 vertegenwoordigt deeltjes kleiner dan 2,5 micrometer in aerodynamische diameter; andere numerieke waarden kunnen ook worden gebruikt. Dit bereik van afmetingen vertegenwoordigt schalen van een verzameling van enkele moleculen tot de grootte waar de deeltjes niet langer door het gas kunnen worden gedragen.

Bronnen

Aërosolverontreiniging boven Noord-India en Bangladesh - Foto: NASA.

Er zijn zowel natuurlijke als menselijke bronnen van atmosferische deeltjes. De grootste natuurlijke bronnen zijn stof, vulkanen en bosbranden. Zeespray is ook een grote bron van deeltjes, hoewel de meeste hiervan terugvallen naar de oceaan dichtbij waar ze werden uitgestoten. De grootste menselijke bronnen van deeltjes zijn verbrandingsbronnen, voornamelijk het verbranden van brandstoffen in interne verbrandingsmotoren in auto's en energiecentrales, en door de wind geblazen stof van bouwplaatsen en andere landgebieden waar het water of de vegetatie is verwijderd. Sommige van deze deeltjes worden rechtstreeks in de atmosfeer uitgestoten (primaire emissies) en sommige worden uitgestoten als gassen en vormen deeltjes in de atmosfeer (secundaire emissies).

In Europa en de Verenigde Staten zullen de deeltjesemissies van voertuigen naar verwachting het komende decennium afnemen. Tegen 2005 zal de Europese Unie bijvoorbeeld strengere normen voor deeltjesemissies van lichte voertuigen invoeren van 0,025 gram per kilometer 0,04 gram per mijl. De staat Californië implementeert in 2004 een nog restrictievere norm, die slechts 0,006 gram toelaat. per kilometer 0,01 gram per mijl deeltjesemissie. Zelfs als de Californische norm wereldwijd zou worden geïntroduceerd, zegt Jacobson, kunnen dieselauto's het klimaat nog steeds meer verwarmen dan benzineauto's gedurende 13 tot 54 jaar. Nieuwe deeltjesvangers die door sommige Europese autofabrikanten in hun dieselauto's worden geïntroduceerd, lijken de uitstoot van zwarte koolstof te verminderen tot 0,003 gram per kilometer 0,005 gram per mijl, zelfs onder de Californische norm.1

BlueTec is een technologie die is ontwikkeld om de deeltjesemissies van dieselmotoren te verminderen om aan de strenge Californische normen te voldoen.

Samenstelling

De samenstelling van aerosoldeeltjes hangt af van hun bron. Door de wind geblazen mineraal stof2 wordt meestal gemaakt van minerale oxiden en ander materiaal dat uit de aardkorst wordt geblazen. Deze aerosol is lichtabsorberend. Zeezout3 wordt beschouwd als de op een na grootste bijdrage in het wereldwijde aerosolbudget en bestaat voornamelijk uit natriumchloride afkomstig van zeespray. Andere bestanddelen van atmosferisch zeezout weerspiegelen de samenstelling van zeewater en omvatten dus magnesium, sulfaat, calcium, kalium en andere ionen. Bovendien kunnen zeespray-aerosolen organische verbindingen bevatten die hun chemie beïnvloeden. Zeezout absorbeert geen licht.

Secundaire deeltjes zijn afkomstig van de oxidatie van primaire gassen zoals zwavel en stikstofoxiden tot zwavelzuur (vloeistof) en salpeterzuur (gasvormig). De voorlopers voor deze aerosolen, d.w.z. de gassen waaruit ze afkomstig zijn, kunnen een antropogene oorsprong hebben (door verbranding van fossiele brandstoffen) en een natuurlijke biogene oorsprong. In aanwezigheid van ammoniak hebben secundaire aerosolen vaak de vorm van ammoniumzouten, zoals ammoniumsulfaat en ammoniumnitraat (beide kunnen droog zijn of in waterige oplossing). Bij afwezigheid van ammoniak nemen secundaire verbindingen een zure vorm aan, zoals zwavelzuur (vloeibare aerosoldruppeltjes) en salpeterzuur (atmosferisch gas). Secundaire sulfaat- en nitraataërosolen zijn sterk verstrooiende | lichtverstrooiers.4 Dit komt vooral omdat de aanwezigheid van sulfaat en nitraat ervoor zorgt dat de aerosolen toenemen tot een grootte die licht effectief verstrooit.

Organische stof (OM) kan primair of secundair zijn, waarbij het laatste deel afkomstig is van de oxidatie van VOS; organisch materiaal in de atmosfeer kan biogeen of antropogeen zijn. Organische materie beïnvloedt het atmosferische stralingsveld door zowel verstrooiing als absorptie van licht.

Een ander belangrijk aerosoltype bestaat uit elementaire koolstof (EC, ook bekend als zwarte koolstof, BC); dit type aerosol bevat sterk lichtabsorberend materiaal en wordt verondersteld grote positieve stralingskracht te produceren. Organische stof en elementaire koolstof vormen samen de koolstofhoudende fractie van aerosolen.5

De chemische samenstelling van de aerosol is direct van invloed op de interactie met zonnestraling. De chemische bestanddelen in de aerosol veranderen de totale brekingsindex. De brekingsindex zal bepalen hoeveel licht wordt verstrooid en geabsorbeerd.

Verwijderingsprocessen

Over het algemeen geldt dat hoe kleiner en lichter een deeltje is, hoe langer het in de lucht blijft. Grotere deeltjes (groter dan 10 micrometer in diameter) neigen door zwaartekracht binnen enkele uren te bezinken terwijl de kleinste deeltjes (minder dan 1 micrometer) weken in de atmosfeer kunnen blijven en meestal worden verwijderd door neerslag.

Straling dwingen van aerosolen

Vermindering van zonnestraling door vulkaanuitbarstingen

Aërosolen, natuurlijk en antropogeen, kunnen het klimaat beïnvloeden door de manier te veranderen waarop straling door de atmosfeer wordt overgedragen. Directe waarnemingen van de effecten van aerosolen zijn vrij beperkt, dus elke poging om hun globale effect te schatten, omvat noodzakelijkerwijs het gebruik van computermodellen. Het Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, zegt: "Hoewel de stralingskracht door broeikasgassen met een redelijk hoge mate van nauwkeurigheid kan worden bepaald ... blijven de onzekerheden met betrekking tot stralingskracht van aerosol groot en vertrouwen ze in grote mate op de schattingen van wereldwijde modelleringsstudies die momenteel moeilijk te verifiëren zijn. "6

Een grafische weergave van de bijdragen (in 2000, ten opzichte van pre-industrieel) en onzekerheden van verschillende forcings is beschikbaar.7

Sulfaataerosol

Sulfaataërosol heeft twee belangrijke effecten, direct en indirect. Het directe effect, via albedo, is om de planeet te koelen: de beste schatting van het IPCC van de stralingskracht is -0,4 watt per vierkante meter met een bereik van -0,2 tot -0,8 W / m²,8 maar er zijn substantiële onzekerheden. Het effect varieert sterk geografisch, waarbij wordt aangenomen dat de meeste koeling zich op en neerwaarts van grote industriële centra bevindt. Moderne klimaatmodellen die proberen om te gaan met de attributie van recente klimaatverandering moeten sulfaat dwingen omvatten, wat (ten minste gedeeltelijk) lijkt te verklaren voor de lichte daling van de mondiale temperatuur in het midden van de twintigste eeuw. Het indirecte effect (via de aerosol die fungeert als wolkcondensatiekernen, CCN, en daardoor de eigenschappen van de wolk wijzigt) is onzekerder maar wordt verondersteld een koelend effect te hebben.

Zwarte koolstof

Black carbon (BC), of Carbon Black, of Elemental Carbon (EC), vaak roet genoemd, bestaat uit pure koolstofclusters, skeletballen en buckyballs en is een van de belangrijkste absorberende aerosolsoorten in de atmosfeer. Het moet worden onderscheiden van organische koolstof (OC): geclusterde of geaggregeerde organische moleculen als zodanig of doordringend met een EC buckyball. BC uit fossiele brandstoffen wordt geschat door het IPCC in het vierde beoordelingsrapport van het IPCC, TAR, om bij te dragen aan een globale gemiddelde stralingskracht van +0,2 W / m² (was +0,1 W / m² in het tweede beoordelingsrapport van het IPCC, SAR ), met een bereik van +0,1 tot +0,4 W / m².

Alle aerosolen absorberen en verspreiden zowel zonnestraling als aardse straling. Als een stof een aanzienlijke hoeveelheid straling absorbeert, evenals verstrooiing, noemen we het absorberend. Dit wordt gekwantificeerd in de Enkele verstrooiende albedo (SSA), de verhouding van verstrooiing alleen tot verstrooiing plus absorptie (Extinctie) van straling door een deeltje. De SSA neigt naar eenheid als verstrooiing domineert, met relatief weinig absorptie, en afneemt naarmate de absorptie toeneemt, en wordt nul voor oneindige absorptie. Zeezoutaerosol heeft bijvoorbeeld een SSA van 1, omdat een zeezoutdeeltje alleen verstrooit, terwijl roet een SSA van 0,23 heeft, wat aantoont dat het een belangrijke atmosferische aerosolabsorbeerder is.

Gezondheidseffecten

Luchtvervuilingsstation in Emden, Duitsland

De effecten van het inademen van fijn stof zijn uitgebreid bestudeerd bij mensen en dieren en omvatten astma, longkanker, cardiovasculaire problemen en voortijdige sterfte. De grootte van het deeltje is een bepalende factor voor waar het deeltje in de luchtwegen tot rust zal komen wanneer het wordt ingeademd. Grotere deeltjes worden over het algemeen gefilterd in de neus en keel en veroorzaken geen problemen, maar fijnstof kleiner dan ongeveer 10 micrometer, aangeduid als P.M10, kan zich vestigen in de bronchiën en de longen en gezondheidsproblemen veroorzaken. De grootte van 10 micrometer vertegenwoordigt geen strikte grens tussen inadembare en niet-inadembare deeltjes, maar is door de meeste regelgevende instanties overeengekomen voor het monitoren van zwevende deeltjes in de lucht. Evenzo deeltjes kleiner dan 2,5 micrometer, P.M2.5, hebben de neiging door te dringen in de gasuitwisselingsgebieden van de long en zeer kleine deeltjes (minder dan 100 nanometer) kunnen door de longen passeren om andere organen te beïnvloeden. In het bijzonder, een studie gepubliceerd in de Journal of the American Medical Association geeft aan dat PM2.5 leidt tot hoge plaque-afzettingen in slagaders, waardoor vasculaire ontsteking en atherosclerose ontstaat - een verharding van de slagaders die de elasticiteit vermindert, wat kan leiden tot hartaanvallen en andere cardiovasculaire problemen.9 Onderzoekers suggereren dat zelfs kortetermijnblootstelling bij verhoogde concentraties aanzienlijk zou kunnen bijdragen aan hartaandoeningen.

Er zijn ook aanwijzingen dat deeltjes kleiner dan 100 nanometer celmembranen kunnen passeren. Deeltjes kunnen bijvoorbeeld naar de hersenen migreren. Er is gesuggereerd dat fijn stof soortgelijke hersenschade kan veroorzaken als die bij Alzheimer-patiënten. Deeltjes uitgestoten door moderne dieselmotoren (gewoonlijk aangeduid als Diesel Particulate Matter, of DPM) zijn meestal in het groottebereik van 100 nanometer (0,1 micrometer). Bovendien dragen deze roetdeeltjes ook kankerverwekkende componenten zoals benzopyrenen geadsorbeerd op hun oppervlak. Het wordt steeds duidelijker dat de wettelijke limieten voor motoren, in termen van uitgestoten massa, geen goede maat zijn voor het gezondheidsrisico. Eén deeltje met een diameter van 10 urn heeft ongeveer dezelfde massa als 1 miljoen deeltjes met een diameter van 100 nm, maar het is duidelijk veel minder gevaarlijk, omdat het waarschijnlijk nooit het menselijk lichaam binnendringt - en als dit het geval is, wordt het snel verwijderd. Voorstellen voor nieuwe voorschriften bestaan ​​in sommige landen, met suggesties om het deeltjesoppervlak of het deeltjesaantal te beperken.

Het grote aantal sterfgevallen en andere gezondheidsproblemen in verband met deeltjesvervuiling werd voor het eerst aangetoond in de vroege jaren zeventig10 en is sindsdien vele malen gereproduceerd. Naar schatting veroorzaakt PM-vervuiling 22.000-52.000 doden per jaar in de Verenigde Staten (vanaf 2000).11 en 200.000 doden per jaar in Europa).

Regulatie

Vanwege de gezondheidseffecten van fijn stof zijn door verschillende overheden maximale normen vastgesteld. Veel stedelijke gebieden in de VS en Europa overtreffen nog steeds de deeltjesnormen, hoewel de stedelijke lucht op deze continenten gemiddeld schoner is geworden met betrekking tot deeltjes in het laatste kwart van de twintigste eeuw.

Verenigde Staten

Het United States Environmental Protection Agency (EPA) stelt normen voor PM10 en PM2.5 concentraties in stedelijke lucht. (Zie Nationale omgevingsluchtkwaliteitsnormen.) EPA regelt primaire deeltjesemissies en voorlopers van secundaire emissies (NOx, zwavel en ammoniak).

EU-wetgeving

In de richtlijnen 1999/30 / EG en 96/62 / EG heeft de Europese Commissie limieten vastgesteld voor PM10 in de lucht:

Fase 1

vanaf 1 januari 2005

Fase 2¹

vanaf 1 januari 2010

Jaarlijks gemiddelde40 µg / m³20 µg / m³
Dagelijks gemiddelde (24 uur)

toegestaan ​​aantal overschrijdingen per jaar

50 µg / m³

35

50 µg / m³

7

¹ indicatieve waarde.

Getroffen gebieden

Meest vervuilde wereldsteden door PM12
Fijn stof
ug / m3 (2004)
stad
169Caïro, Egypte
161Beijing, China
150Delhi, India
128Kolkata, India (Calcutta)
125Tai-Yuan, China
123Chongqing, China
109Kanpur, India
109Lucknow, India
104Jakarta, Indonesië
101Shenyang, China

De meest geconcentreerde fijnstofvervuiling is meestal in dichtbevolkte grootstedelijke gebieden in ontwikkelingslanden. De primaire oorzaak is het verbranden van fossiele brandstoffen door transport en industriële bronnen.

Amerikaanse provincies overtreden de nationale premier2.5 normen, ruwweg gecorreleerd met bevolkingsdichtheidAmerikaanse provincies overtreden de nationale premier10 standaarden

Zie ook

  • Luchtvervuiling
  • Biologische oorlogsvoering
  • Stof
  • Globaal dimmen
  • Opwarming van de aarde
  • Nevel
  • Wolk
  • Mist

Notes

  1. ↑ Ondanks de lagere uitstoot van kooldioxide, kunnen dieselauto's meer opwarming van de aarde bevorderen dan benzineauto's. Stanford News Service. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  2. ↑ Bodemstof. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  3. ↑ Zeezout. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  4. ↑ Sulfaten. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  5. ↑ Koolstofhoudende aerosolen (organische en zwarte koolstof). Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  6. ↑ Bespreking van onzekerheden. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  7. ↑ De wereldwijde gemiddelde stralingskracht van het klimaatsysteem voor het jaar 2000, ten opzichte van 1750. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  8. ↑ Sulfaat-aerosol. Intergouvernementeel panel voor klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  9. ↑ Pope, Arden C. et al. 2002. "Kanker, cardiopulmonaire mortaliteit en langdurige blootstelling aan fijne luchtvervuiling." J. Amer. Med. Assoc. 287:1132-1141.
  10. ↑ Lave, Lester B., Eugene P. Seskin. 1973. "Een analyse van de associatie tussen Amerikaanse sterfte en luchtvervuiling." J. Amer. Statistische Vereniging 68:342.
  11. ↑ Mokdad, Ali H., et al. 2004. "Feitelijke doodsoorzaken in de Verenigde Staten, 2000." J. Amer. Med. Assoc. 291:10:1238.
  12. ↑ Luchtvervuiling. Sitebronnen, Worldbank.org. Ontvangen op 12 oktober 2007.

Referenties

  • Spuitbussen, hun directe en indirecte effecten. Het Intergouvernementeel Panel over klimaatverandering. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  • Charlton, Jeff. Pandemische planning: een overzicht van beschermingsniveaus voor ademhalingstoestellen en maskers. Continuïteit centraal. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  • Friedlander, Sheldon K. 2000. Rook, stof en nevel. New York, NY: Oxford University Press. ISBN 0195129997
  • Hardin, Mary en Ralph Kahn. Spuitbussen en klimaatverandering. EO-bibliotheek, NASA. Ontvangen op 12 oktober 2007.
  • Preining, Othmar en E. James Davis (eds.). Geschiedenis van Aerosol Science. Österreichische Akademie der Wissenschaften.

Externe links

Alle links opgehaald op 16 januari 2019.

  • American Association for Aerosol Research.
  • Luchtvervuiling Fijn stof.
  • Bekijk en lees "Dirty Little Secrets". 2006 Australische wetenschappelijke documentaire over gezondheidseffecten van vervuiling door fijne deeltjes door uitlaatgassen van voertuigen.

Bekijk de video: Particulate matter in Hindi (September 2020).

Pin
Send
Share
Send