Pin
Send
Share
Send


الجسيمات، كما يشار إلى الجسيمات (PM) ، الغباء الجوي، أو جسيمات دقيقة، هي جزيئات صغيرة صلبة أو سائلة معلقة في الغاز. يتراوح حجمها من أقل من 10 نانومتر إلى أكثر من 100 ميكرومتر في القطر. نما مجال علوم وتكنولوجيا الأيروسول استجابة للحاجة إلى فهم ومراقبة الهباء الجوي في الغلاف الجوي.

تحدث بعض الجسيمات بشكل طبيعي ، تنشأ من البراكين والعواصف الترابية وحرائق الغابات والأراضي العشبية والنباتات الحية ورذاذ البحر. الأنشطة البشرية ، مثل حرق الوقود الأحفوري ، تولد أيضًا الهباء الجوي. المتوسط ​​في جميع أنحاء العالم ، الصنعية تشكل الهباء الجوي (تلك التي تنتجها الأنشطة البشرية) حاليًا حوالي 10 بالمائة من إجمالي كمية الهباء الجوي في الغلاف الجوي.

تمت دراسة آثار استنشاق الجسيمات على نطاق واسع. بينما يتم تصفية الجزيئات الكبيرة نسبيًا في الأنف والحنجرة ، تستقر الجسيمات الأصغر من حوالي 10 ميكرومتر في تجاويف الشعب الهوائية والرئتين ، مما يؤدي إلى مشاكل صحية مثل الربو وسرطان الرئة ومشاكل القلب والأوعية الدموية والوفاة المبكرة. يبدو أيضًا أن جزيئات أصغر من 100 نانومتر قد تمر عبر أغشية الخلايا ، وقد ينتقل بعضها إلى المخ. يتم الآن اتخاذ خطوات للتحكم في كمية الهباء الجوي البشري المنشأ التي تدخل الغلاف الجوي.

الرموز

التدوين PM10 يستخدم لوصف جزيئات 10 ميكرومتر أو أقل ، و PM2.5 يمثل جزيئات أقل من 2.5 ميكرومتر في القطر الهوائي. ويمكن أيضا استخدام القيم الرقمية الأخرى. يمثل هذا النطاق من الأحجام موازين تتراوح من تجمع عدد قليل من الجزيئات إلى الحجم الذي لم يعد من الممكن فيه نقل الجزيئات بواسطة الغاز.

مصادر

تلوث الهباء الجوي على شمال الهند وبنجلاديش - الصورة: ناسا.

هناك كل من المصادر الطبيعية والبشرية للجسيمات في الغلاف الجوي. أكبر المصادر الطبيعية هي الغبار والبراكين وحرائق الغابات. يعد رذاذ البحر أيضًا مصدرًا كبيرًا للجزيئات ، على الرغم من أن معظمها يعود إلى المحيط بالقرب من المكان الذي انبعثت منه. وأكبر المصادر البشرية للجزيئات هي مصادر الاحتراق ، ولا سيما حرق الوقود في محركات الاحتراق الداخلي في السيارات ومحطات الطاقة ، والغبار المنفجر بواسطة الرياح من مواقع البناء وغيرها من المناطق البرية حيث تمت إزالة الماء أو الغطاء النباتي. تنبعث بعض هذه الجزيئات مباشرة إلى الغلاف الجوي (الانبعاثات الأولية) وبعضها ينبعث منها غازات وتشكل جزيئات في الجو (الانبعاثات الثانوية).

في أوروبا والولايات المتحدة ، من المتوقع أن تنخفض الانبعاثات الجسيمية من المركبات خلال العقد القادم. على سبيل المثال ، بحلول عام 2005 ، سيقدم الاتحاد الأوروبي معايير أكثر صرامة لانبعاثات الجسيمات من المركبات الشاقة التي تبلغ 0.025 جرام لكل كيلومتر 0.04 جرام لكل ميل. تطبق ولاية كاليفورنيا معيارًا أكثر تقييدًا في عام 2004 ، مما يسمح فقط 0.006 جرام لكل كيلومتر 0.01 جرام لكل ميل من انبعاثات الجسيمات. يقول جاكوبسون إنه حتى لو تم تقديم معيار كاليفورنيا في جميع أنحاء العالم ، فإن سيارات الديزل قد تستمر في تدفئة المناخ أكثر من السيارات التي تعمل بالبنزين على مدار 13 إلى 54 سنة. يبدو أن مصائد الجسيمات الجديدة التي أدخلتها بعض شركات صناعة السيارات الأوروبية في سيارات الديزل التابعة لها تقلل من انبعاثات الكربون الأسود إلى 0.003 جرام لكل كيلومتر 0.005 جرام لكل ميل ، حتى أقل من مستوى كاليفورنيا.1

BlueTec هي إحدى التقنيات المطورة لتقليل انبعاثات الجسيمات الناتجة عن محركات الديزل من أجل تلبية معايير كاليفورنيا الصارمة.

تكوين

يعتمد تكوين جزيئات الهباء الجوي على مصدرها. الغبار المعدني المنفوخ بالرياح2 تميل إلى أن تكون مصنوعة من أكاسيد معدنية وغيرها من المواد في مهب من قشرة الأرض. هذا الهباء هو امتصاص الضوء. ملح البحر3 يعتبر ثاني أكبر مساهم في ميزانية الهباء الجوي العالمية ، ويتكون بشكل أساسي من كلوريد الصوديوم الناشئ عن رذاذ البحر. المكونات الأخرى لملح البحر في الغلاف الجوي تعكس تكوين مياه البحر ، وبالتالي تشمل المغنيسيوم والكبريتات والكالسيوم والبوتاسيوم وأيونات أخرى. بالإضافة إلى ذلك ، قد يحتوي رذاذ الهباء الجوي على مركبات عضوية ، والتي تؤثر على كيميائها. ملح البحر لا يمتص الضوء.

تستمد الجزيئات الثانوية من أكسدة الغازات الأولية مثل الكبريت وأكاسيد النيتروجين إلى حامض الكبريتيك (السائل) وحمض النيتريك (الغازي). إن السلائف الخاصة بهذه الأهباء الجوية ، أي الغازات التي تنشأ منها ، قد يكون لها أصل من صنع الإنسان (من احتراق الوقود الأحفوري) وأصل حيوي طبيعي. في وجود الأمونيا ، غالبًا ما تأخذ الهباء الجوي أملاح الأمونيوم ، مثل كبريتات الأمونيوم ونترات الأمونيوم (يمكن أن يكون كلاهما جافًا أو في محلول مائي). في غياب الأمونيا ، تتخذ المركبات الثانوية شكلًا حمضيًا ، مثل حمض الكبريتيك (قطرات الأيروسول السائل) وحمض النيتريك (غاز الغلاف الجوي). الهباء الجوي الثانوي للكبريتات والنترات مبعثر بقوة |4 ويرجع ذلك أساسًا إلى أن وجود الكبريتات والنترات يؤدي إلى زيادة الهباء الجوي إلى حجم ينثر الضوء بشكل فعال.

يمكن أن تكون المادة العضوية (OM) إما أولية أو ثانوية ، ويستمد الجزء الأخير من أكسدة المركبات العضوية المتطايرة ؛ المواد العضوية في الغلاف الجوي إما أن تكون حيوية أو بشرية المنشأ. تؤثر المادة العضوية على مجال الإشعاع في الغلاف الجوي من خلال تشتت الضوء وامتصاصه.

يتكون نوع آخر من الهباء الجوي من الكربون الأولي (EC ، المعروف أيضا باسم الكربون الأسود ، قبل الميلاد)؛ يتضمن هذا النوع من الهباء الجوي مادة قوية تمتص الضوء ويُعتقد أنه ينتج عنه تأثير إشعاعي إيجابي كبير. تشكل المادة العضوية والكربون الأولي معًا الجزء الكربوني من الهباء.5

يؤثر التركيب الكيميائي للهباء مباشرة على كيفية تفاعله مع الإشعاع الشمسي. المكونات الكيميائية داخل الهباء الجوي تغيير مؤشر الانكسار العام. سيحدد مؤشر الانكسار مقدار الضوء المنتشر والامتصاص.

عمليات الإزالة

بشكل عام ، كلما كانت الجسيمات أصغر وأخف وزنا ، كلما بقيت في الهواء لفترة أطول. تميل الجسيمات الأكبر (التي يزيد قطرها عن 10 ميكرومتر) إلى الاستقرار عن طريق الجاذبية في غضون ساعات ، في حين أن أصغر الجسيمات (أقل من 1 ميكرومتر) يمكن أن تبقى في الغلاف الجوي لأسابيع ويتم إزالتها غالبًا عن طريق الترسيب.

التأثير الإشعاعي من الهباء الجوي

الحد من الإشعاع الشمسي بسبب الانفجارات البركانية

يمكن أن يؤثر الهباء ، الطبيعي والبشري ، على المناخ عن طريق تغيير طريقة انتقال الإشعاع عبر الغلاف الجوي. تعتبر الملاحظات المباشرة لتأثيرات الهباء محدودة للغاية ، لذا فإن أي محاولة لتقدير تأثيرها العالمي تتضمن بالضرورة استخدام نماذج الكمبيوتر. يقول الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ ، IPCC: "في حين أن التأثير الإشعاعي الناجم عن غازات الدفيئة قد يتم تحديده على درجة عالية من الدقة المعقولة ... تظل أوجه عدم اليقين المتعلقة بتأثيرات الإشعاعات في الأيروسول كبيرة ، وتعتمد إلى حد كبير على التقديرات من دراسات النمذجة العالمية التي يصعب التحقق منها في الوقت الحاضر. "6

يتوفر رسم يوضح المساهمات (في عام 2000 ، نسبة إلى ما قبل الصناعة) والشكوك حول التأثيرات المختلفة.7

كبريتات الهباء الجوي

كبريتات الهباء لديها اثنين من الآثار الرئيسية ، المباشرة وغير المباشرة. التأثير المباشر ، عبر البياض ، هو تبريد الكوكب: أفضل تقدير لـ IPCC للتأثير الإشعاعي هو -0.4 واط لكل متر مربع مع مجموعة من -0.2 إلى -0.8 واط / م² ،8 ولكن هناك شكوك كبيرة. يختلف التأثير جغرافيًا بشكل كبير ، حيث يعتقد أن معظم التبريد يقع في اتجاه الريح في المراكز الصناعية الرئيسية. تحتاج نماذج المناخ الحديثة التي تحاول التعامل مع إسناد التغير المناخي الأخير إلى تضمين التأثيرات الكبريتية ، والتي يبدو أنها مسؤولة (على الأقل جزئيًا) عن الانخفاض الطفيف في درجة الحرارة العالمية في منتصف القرن العشرين. التأثير غير المباشر (عن طريق الهباء الجوي الذي يعمل كأنوية لتكثيف السحابة ، CCN ، وبالتالي تعديل خصائص السحابة) غير مؤكد ولكن يعتقد أن له تأثير تبريد.

الكربون الأسود

يتكون الكربون الأسود (BC) ، أو الكربون الأسود ، أو الكربون الأولي (EC) ، والذي يطلق عليه غالبًا السخام ، من مجموعات من الكربون النقي ، وكرات هيكل عظمي ، وكرات بوكي ، وهو أحد أهم أنواع الهباء الجوي الممتص في الغلاف الجوي. يجب التمييز بينه وبين الكربون العضوي (OC): الجزيئات العضوية المجمعة أو المجمعة بمفردها أو تتخلل كرة كرة الطاولة من EC. يقدر الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ من الوقود الأحفوري في تقرير التقييم الرابع للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ ، تقرير التقييم الثالث ، للمساهمة في التأثير الإشعاعي العالمي الوسطي +0.2 واط / متر مربع (كان + + 0.1 واط / متر مربع في تقرير التقييم الثاني للفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ ، SAR ) ، مع مجموعة +0.1 إلى +0.4 W / م².

كل الهباء الجوي يمتص وينثر الإشعاع الشمسي والأرضي. إذا كانت المادة تمتص كمية كبيرة من الإشعاع ، وكذلك الانتثار ، فإننا نسميها ممتصة. هذا هو الكمي في واحد نثر البيدو (SSA) ، هي نسبة الانتثار وحدها إلى الانتثار بالإضافة إلى الامتصاص (انقراض) الإشعاع بواسطة الجسيمات. تميل SSA إلى الوحدة إذا هيمنت النثرات ، مع قليل من الامتصاص نسبيًا ، وتناقص كلما زاد الامتصاص ، وأصبح صفرًا لامتصاص لانهائي. على سبيل المثال ، يحتوي الهباء الجوي لملح البحر على SSA لـ 1 ، حيث ينتشر جسيم ملح البحر فقط ، في حين أن السناج له SSA يبلغ 0.23 ، مما يدل على أنه ممتص هباء رئيسي في الغلاف الجوي.

الآثار الصحية

محطة قياس تلوث الهواء في إمدن ، ألمانيا

تمت دراسة آثار استنشاق الجسيمات على نطاق واسع في البشر والحيوانات وتشمل الربو وسرطان الرئة والقضايا القلبية الوعائية والموت المبكر. حجم الجسيم هو أحد المحددات الرئيسية للجهاز التنفسي حيث سيتوقف الجسيم عند استنشاقه. يتم ترشيح الجسيمات الأكبر حجمًا في الأنف والحنجرة ولا تسبب أي مشاكل ، ولكن الجسيمات أصغر من حوالي 10 ميكرومتر ، ويشار إليها باسم مساء10, يمكن أن يستقر في الشعب الهوائية والرئتين ويسبب مشاكل صحية. لا يمثل حجم 10 ميكرومتر حدًا صارمًا بين الجسيمات القابلة للتنفس وغير القابلة للتنفس ، ولكن تمت الموافقة عليه من قبل معظم الهيئات التنظيمية لمراقبة الجزيئات المحمولة بالهواء. وبالمثل ، جزيئات أصغر من 2.5 ميكرومتر ، مساء2.5, تميل إلى اختراق مناطق تبادل الغاز في الرئة ، وقد تمر جزيئات صغيرة جدًا (أقل من 100 نانومتر) عبر الرئتين لتؤثر على الأعضاء الأخرى. على وجه الخصوص ، دراسة نشرت في مجلة الجمعية الطبية الأمريكية يشير إلى أن PM2.5 يؤدي إلى رواسب عالية في الشرايين ، مما يسبب التهاب الأوعية الدموية وتصلب الشرايين - تصلب الشرايين الذي يقلل من المرونة ، والتي يمكن أن تؤدي إلى نوبات قلبية وغيرها من مشاكل القلب والأوعية الدموية.9 يشير الباحثون إلى أنه حتى التعرض على المدى القصير بتركيزات مرتفعة يمكن أن يسهم بشكل كبير في الإصابة بأمراض القلب.

هناك أيضًا دليل على أن الجزيئات التي يقل حجمها عن 100 نانومتر يمكنها المرور عبر أغشية الخلايا. على سبيل المثال ، قد تهاجر الجزيئات إلى الدماغ. وقد اقترح أن الجسيمات يمكن أن تتسبب في تلف مماثل في الدماغ لتلك الموجودة في مرضى الزهايمر. تكون الجسيمات المنبعثة من محركات الديزل الحديثة (يشار إليها عادةً باسم جسيمات الديزل ، أو DPM) في حدود حجم 100 نانومتر (0.1 ميكرومتر). بالإضافة إلى ذلك ، تحمل جزيئات السخام هذه أيضًا مكونات مسرطنة مثل البنزوبيرينات الممتزة على سطحها. لقد أصبح من الواضح بشكل متزايد أن الحدود التشريعية للمحركات ، والتي من حيث الكتلة المنبعثة ، ليست مقياسًا مناسبًا للمخاطر الصحية. تحتوي إحدى الجسيمات التي يبلغ قطرها 10 ميكرون على نفس الكتلة تقريبًا مثل مليون جسيمات قطرها 100 نانومتر ، لكنها من الواضح أنها أقل خطورة ، حيث إنها لا تدخل أبدًا جسم الإنسان - وإذا حدث ذلك ، تتم إزالتها بسرعة. توجد مقترحات بشأن اللوائح الجديدة في بعض البلدان ، مع اقتراحات للحد من مساحة سطح الجسيم أو عدد الجسيمات.

إن العدد الكبير من الوفيات والمشاكل الصحية الأخرى المرتبطة بتلوث الجسيمات ظهرت لأول مرة في أوائل السبعينيات10 وقد استنسخت عدة مرات منذ ذلك الحين. ويقدر تلوث PM أن يتسبب في حدوث 22000 إلى 52000 حالة وفاة سنويًا في الولايات المتحدة (من عام 2000).11 و 200000 حالة وفاة سنويا في أوروبا).

اللائحة

نظرًا للتأثيرات الصحية للمادة الجسيمية ، فقد وضعت العديد من الحكومات معايير قصوى. لا تزال العديد من المناطق الحضرية في الولايات المتحدة وأوروبا تتجاوز معايير الجسيمات ، على الرغم من أن الهواء الحضري في هذه القارات أصبح أكثر نظافة ، في المتوسط ​​، فيما يتعلق بالجسيمات على مدار الربع الأخير من القرن العشرين.

الولايات المتحدة الامريكانية

تضع وكالة حماية البيئة بالولايات المتحدة (EPA) معايير لل PM10 و PM2.5 التركيزات في الهواء الحضري. (انظر المعايير الوطنية لجودة الهواء المحيط.) تنظم وكالة حماية البيئة انبعاثات الجسيمات الأولية وسلائف الانبعاثات الثانوية (أكاسيد النيتروجين والكبريت والأمونيا).

تشريعات الاتحاد الأوروبي

في التوجيهات 1999/30 / EC و 96/62 / EC ، وضعت المفوضية الأوروبية حدودًا ل PM10 في الهواء:

المرحلة 1

من 1 يناير 2005

المرحلة 2¹

من 1 يناير 2010

المتوسط ​​السنوي40 ميكروغرام / متر مكعب20 ميكروغرام / متر مكعب
المتوسط ​​اليومي (24 ساعة)

عدد المسموح به من تجاوزات في السنة

50 ميكروغرام / متر مكعب

35

50 ميكروغرام / متر مكعب

7

¹ القيمة الإرشادية.

المناطق المتأثرة

مدن العالم الأكثر تلوثا بحلول PM12
الجسيمات ،
ميكروغرام / م3 (2004)
مدينة
169القاهرة، مصر
161بكين، الصين
150نيودلهي، الهند
128كولكاتا ، الهند (كالكوتا)
125تاييوان ، الصين
123تشونغتشينغ ، الصين
109كانبور ، الهند
109لكناو ، الهند
104جاكرتا، أندونيسيا
101شنيانغ ، الصين

يميل تلوث الجسيمات الأكثر تركيزًا إلى أن يكون في المناطق الحضرية المكتظة بالسكان في البلدان النامية. السبب الرئيسي هو حرق الوقود الأحفوري بواسطة وسائل النقل والمصادر الصناعية.

الولايات المتحدة تنتهك PM PM2.5 المعايير ، ترتبط تقريبا مع الكثافة السكانيةالولايات المتحدة تنتهك PM PM10 المعايير

أنظر أيضا

  • تلوث الهواء
  • الحرب البيولوجية
  • غبار
  • يعتم العالمية
  • الاحتباس الحراري
  • ضباب
  • غيم
  • ضباب

ملاحظات

  1. ↑ على الرغم من انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، فإن سيارات الديزل قد تشجع على الاحترار العالمي أكثر من سيارات البنزين. خدمة أخبار ستانفورد. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  2. dust غبار التربة. الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  3. ↑ ملح البحر. الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  4. ↑ كبريتات. الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  5. aer الهباء الجوي الكربوني (الكربون العضوي والأسود). الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  6. ↑ مناقشة الشكوك. الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  7. global المتوسط ​​العالمي للتأثير الإشعاعي لنظام المناخ لعام 2000 ، نسبة إلى 1750. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  8. كبريتات الهباء الجوي. الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  9. ↑ البابا وآردن سي وآخرون. 2002. "السرطان ، وفيات القلب والرئة ، والتعرض طويل الأجل لتلوث الهواء بالجسيمات الدقيقة." جيه عامر ميد. مساعد. 287:1132-1141.
  10. ve Lave، Lester B.، Eugene P. Seskin. 1973. "تحليل العلاقة بين الوفيات في الولايات المتحدة وتلوث الهواء." جيه عامر جمعية الإحصاء 68:342.
  11. ↑ مقداد ، علي هـ. وآخرون. 2004. "الأسباب الفعلية للوفاة في الولايات المتحدة ، 2000." جيه عامر ميد. مساعد. 291:10:1238.
  12. ↑ تلوث الهواء. موارد الموقع ، Worldbank.org. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.

المراجع

  • الهباء ، آثارها المباشرة وغير المباشرة. الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  • تشارلتون ، جيف. التخطيط للجائحة: مراجعة لمستويات حماية التنفس والقناع. استمرارية المركزية. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  • فريدلاندر ، شيلدون ك. الدخان والغبار والضباب. نيويورك ، نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0195129997
  • هاردن ، ماري ورالف كان. الهباء وتغير المناخ. مكتبة EO ، ناسا. تم استرجاعه في 12 أكتوبر 2007.
  • Preining، Othmar and E. James Davis (eds.). تاريخ علم الهباء الجوي. Österreichische Akademie der Wissenschaften.

روابط خارجية

تم استرداد جميع الروابط في 16 يناير 2020.

  • الرابطة الأمريكية لأبحاث الهباء الجوي.
  • تلوث الهواء الجسيمات المسألة.
  • مشاهدة وقراءة "أسرار صغيرة قذرة". 2006 فيلم وثائقي علمي أسترالي عن الآثار الصحية لتلوث الجسيمات الدقيقة الناجم عن عوادم السيارات.

شاهد الفيديو: . u202bالجسيمات الأولية. u202c. u200e 720p (أبريل 2020).

Pin
Send
Share
Send