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Nature:化解空气污染危机需要更多化学家参与

 CBG资讯公众号 2020-08-19

空气污染的后果到底有多严重?美国西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)Landrigan教授领导的研究团队将全球性大气化学模型与人口数据和健康数据相结合,测算了全球每年死于室外空气污染影响的人数。结果很不乐观,模型预测空气污染在全球范围内每年造成约450万人过早死亡,其中约一半来自中国印度

空气污染每年造成450万人死亡

(来源:Nature

空气污染物主要包括氮氧化物、臭氧和直径小于2.5微米的细颗粒物 (PM2.5)。WHO的标准是PM2.5每立方米空气一年平均不超过10微克,世界范围内90%以上的人口(约70亿人) 暴露与高于此标准很多的室外污染中。大多数国家空气质量法规往往低于世卫组织的标准,无法达到预防疾病减少死亡率的要求。欧盟目前限制每立方米空气25微克,计划2020年达到20微克。欧盟每年估计有274000人死亡与空气质量差相关。日本的标准是15微克,相关死亡大约79000人美国12微克,相关死亡大约115000人。根据最新流行病学研究数据,更安全的空气污染颗粒物“安全阈值” 是5.8-8.8微克,最低风险暴露水平是2.4–5.9微克,这比世卫组织标准要严格许多。

工业和交通运输并不是最主要的空气污染源,在印度和中国,大部分的雾霾实际上来自人们的日常生活,包括取暖烹饪。虽然这些活动只会产生少量的空气污染物,但如果大多数人都在这样做,积少成多,产生的污染物数量是惊人的。这两者产生污染物几乎每年可导致135万人死亡。其次,农业生产是空气污染的第二大来源,是导致90万人死亡的污染因素。含氨肥料会与交通尾气和发电厂的空气污染物相结合,发生后续的化学反应,在大气中形成硫酸铵和硝酸铵。

此外,复杂的大气化学反应和污染物的相互作用都是难以捉摸的污染途径。臭氧和大多数PM2.5颗粒都属于二次污染物,是多种人为和自然排放导致。环境因素,如温度、湿度和风力传播也会影响污染水平。细颗粒物被吸附后仍然可以被风吹走,颗粒物在大气中可以流动数日,转移途中可以发生化学反应。

所以,关于空气污染和人类健康的关系问题,需要进行多学科的合作研究,包括,临床医生、流行病学家、毒理学家、公共卫生专家以及最重要的大气化学家和生物化学家,才能提供最合理的治理策略。比如,对某一地区PM2.5的研究,大气科学家可以通过成分分析其来源。生物化学家可以阐明污染物与人体相互作用的分子和免疫学过程。实验和理论方法可以研究大气过程,可以扩展到空气污染物与皮肤和呼吸道的相互作用。暴露和机体反应的研究需要结合物理化学实验和理论模拟,也需要生物化学试验。研究人口密集和高度污染地区,如中国的大都市,是研究污染与健康危害关系以及不同污染物相互作用的有前途方法。对高反应活性和短寿命有害化合物,如碳中心和氧中心自由基,可以结合毒理学实验进行研究。如将细胞培养暴露在污染空气中,或进行呼吸、心血管和炎性疾病等的流行病学调查。

一些大都市的空气污染尤其严重

(来源:Nature

调查可以选择在多个不同地点,分别代表不同污染物化学成分、气象条件和污染来源,建立空气质量信息网络,以分析不同污染对健康产生的不同影响。在中国城市上空空气污染物发生的反应过程非常奇怪,例如在北京和上海上空的1-3纳米小大气分子簇是欧洲空气清洁城市的数万倍,含硫酸盐、含氮化合物和有机物的次生气溶胶更容易在大城市空气中产生。这说明在这些城市的空气中一定存在许多过去不了解的化学和物理过程。对这些过程的研究,可以通过制造新型氧化剂或改变悬浮颗粒表面性质,控制这些成分冷凝蒸汽的能力。但是,通过控制一个污染物有可能带来其他污染物的大幅度增加,例如南京减少了氮氧化物排放,结果导致夏季臭氧浓度增加了10倍。因为减少烟雾会增加阳光照射到地面的能量和气温升高,对降水量也会产生很大影响。

德国马克斯—普朗克化学研究所(Max Planck Institute for Chemisty)的所长Johannes Lelieveld呼吁,城市人口越来越多,工业规模越来越大,现今的情况明显不同于50到100年前折磨伦敦和其他欧洲城市的空气污染,改变现状需要更多的化学家参与到公共卫生研究中来,才能扼住污染的源头。

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