Een nieuwe manier om te kijken naar hoe verontreinigende stoffen door de atmosfeer reizen, heeft de schatting van het wereldwijde risico op longkanker door een vervuilende stof veroorzaakt door verbranding verviervoudigd. tot een niveau dat nu het dubbele is van de toegestane limiet die wordt aanbevolen door de Wereldgezondheidsorganisatie.

De bevindingen, deze week gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences Vroege editie online, toonde aan dat kleine zwevende deeltjes halfvast kunnen groeien rond verontreinigende stoffen, waardoor ze langer meegaan en veel verder reizen dan wat eerdere wereldwijde klimaatmodellen voorspelden.

Wetenschappers zeiden dat de nieuwe schattingen beter overeenkomen met de werkelijke metingen van de verontreinigende stoffen uit meer dan 300 stedelijke en landelijke omgevingen.

De studie werd gedaan door wetenschappers van de Oregon State University, het Pacific Northwest National Laboratory van het Department of Energy, of PNNL, en Peking Universiteit. Het onderzoek werd voornamelijk ondersteund door PNNL.

"We hebben nieuwe modelleringsbenaderingen ontwikkeld en geïmplementeerd op basis van laboratoriummetingen, waaronder afscherming van giftige stoffen door organische aerosolen, in een globaal klimaatmodel dat resulteerde in grote verbeteringen van modelvoorspellingen, " zei PNNL klimaatwetenschapper en hoofdauteur Manish Shrivastava.

"Dit werk brengt theorie samen, laboratoriumexperimenten en veldwaarnemingen om te laten zien hoe stroperige organische aerosolen de wereldwijde blootstelling van mensen aan giftige deeltjes grotendeels kunnen verhogen, door ze te beschermen tegen chemische afbraak in de atmosfeer."

Verontreinigende stoffen door verbranding van fossiele brandstoffen, bosbranden en het verbruik van biobrandstoffen omvatten luchtvervuilende chemicaliën die bekend staan ​​als polycyclische aromatische koolwaterstoffen, of PAK's. In de Verenigde Staten, de Environmental Protection Agency heeft verschillende PAK's geïdentificeerd als kankerverwekkende stoffen.

Maar PAK's waren moeilijk weer te geven in eerdere klimaatmodellen. Simulaties van hun afbraakproces komen niet overeen met de hoeveelheid PAK die daadwerkelijk in het milieu wordt gemeten.

Om nader te bekijken hoe ver PAK's kunnen reizen tijdens het rijden afgeschermd op een stroperige aerosol, de onderzoekers vergeleken de cijfers van het nieuwe model met PAK-concentraties die daadwerkelijk zijn gemeten door wetenschappers van de Oregon State University op de top van Mount Bachelor in de centrale Oregon Cascade Range.

"Ons team ontdekte dat de voorspellingen met de nieuwe afgeschermde modellen van PAK's binnenkwamen in concentraties die vergelijkbaar waren met wat we op de berg hebben gemeten, " zei Staci Simonich, een toxicoloog en chemicus aan het College of Agricultural Sciences en College of Science aan OSU, en internationaal expert op het gebied van het transport van PAK's.

"Het niveau van PAK's dat we op Mount Bachelor hebben gemeten, was vier keer hoger dan eerdere modellen hadden voorspeld, en er is bewijs dat de aerosolen helemaal van de andere kant van de Stille Oceaan kwamen."

Deze kleine deeltjes in de lucht vormen wolken, neerslag veroorzaken en de luchtkwaliteit verminderen, toch zijn ze het meest slecht begrepen aspect van het klimaatsysteem.

Een vleugje roet in hun kern, aerosolen zijn kleine balletjes van gassen, verontreinigende stoffen, en andere moleculen die samensmelten rond de kern. Veel van de moleculen die de kern omhullen, zijn wat bekend staat als 'organische stoffen'. Ze komen voort uit levende materie zoals vegetatie - bladeren en takken, bijvoorbeeld, of zelfs het molecuul dat verantwoordelijk is voor de dennengeur die uit bossen komt.

Ook andere moleculen zoals vervuilende PAK's blijven aan de aerosol plakken. Onderzoekers dachten lang dat PAK's vrij konden bewegen binnen de organische coating van een aerosol. Door dit bewegingsgemak kon de PAK naar het oppervlak reizen waar ozon - een veel voorkomende chemische stof in de atmosfeer - het kan afbreken.

Maar het begrip van wetenschappers over aerosolen is de afgelopen vijf jaar of zo veranderd.

Recente experimenten onder leiding van PNNL-coauteur Alla Zelenyuk laten zien dat, afhankelijk van de omstandigheden, de spuitbuscoatings kunnen zelfs behoorlijk stroperig zijn. Als de atmosfeer koel en droog is, de coating kan zo stroperig worden als teer, het vangen van PAK's en andere chemicaliën. Door hun beweging te voorkomen, de stroperige coating beschermt de PAK's tegen afbraak.

Onderzoekers ontwikkelden een nieuwe manier om PAK's weer te geven in een wereldwijd klimaatmodel, en voerde het uit om PAK-concentraties van 2008 tot 2010 te simuleren. Ze onderzochten met name een van de meest kankerverwekkende PAK's, genaamd BaP. Simulaties werden vergeleken met gegevens van 69 landelijke locaties en 294 stedelijke locaties wereldwijd, en toonde aan dat voorspellingen van afgeschermde PAK's veel nauwkeuriger waren dan voorheen, niet afgeschermde.

Wetenschappers analyseerden ook hoe ver de beschermde PAK's konden reizen, met zowel oude als nieuwe modellen. In alle gevallen, de afgeschermde PAK's reisden over oceanen en continenten, terwijl ze in de vorige versie nauwelijks uit hun land van herkomst verhuisden.

Om te kijken naar de impact die rondreizende PAK's kunnen hebben op de menselijke gezondheid, Shrivastava combineerde een wereldwijd klimaatmodel, ofwel het afgeschermde PAK-scenario of het vorige niet-afgeschermde scenario uitvoeren, met een levenslang kankerrisicobeoordelingsmodel ontwikkeld door coauteurs Huizhong Shen en Shu Tao, beide toen aan de Universiteit van Peking.

wereldwijd, het vorige model voorspelde een halve kankersterfte op elke 100, 000 mensen, dat is de helft van de limiet die is vastgesteld door de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) voor blootstelling aan PAK. Maar met het nieuwe model, waaruit bleek dat afgeschermde PAK's daadwerkelijk grote afstanden afleggen, het wereldwijde risico was vier keer zo groot, of twee sterfgevallen door kanker per 100, 000 mensen, die de WHO-normen overtreft.

De WHO-normen werden niet overal overschreden. Het was hoger in China en India en lager in de Verenigde Staten en West-Europa. De mate van afscherming was ook veel lager in de tropen in vergelijking met de middelste en hoge breedtegraden. Terwijl de aerosolen de warme en vochtige tropen doorkruisten, ozon zou toegang kunnen krijgen tot de PAK's en deze kunnen oxideren.

"We weten niet welke implicaties meer PAK-oxidatieproducten in de tropen hebben voor toekomstige gezondheidsrisicobeoordelingen voor mens of milieu, " zei Shrivastava. "We moeten beter begrijpen hoe de afscherming van PAK's varieert met de complexiteit van de aerosolsamenstelling, atmosferische chemische veroudering van aerosolen, temperatuur en relatieve vochtigheid. Ik was aanvankelijk verrast om zoveel oxidatie boven de tropen te zien."