Антарктида често извиква образ на абсолютна чистота, но когато се анализира под микроскоп, индекс на качеството на въздуха в Антарктида Историята става далеч по-сложна, отколкото изглежда. В този отдалечен ъгъл на планетата, от една страна, има въздушни маси, практически недокоснати от човешката дейност, а от друга, частици и химични вещества, които издават отпечатъка на нашите емисии, нарастващата туристическа индустрия и дори отпадъците, които генерираме хиляди километри по-на север.
През последните години бяха внедрени следните много амбициозни научни проекти за изследване на атмосферните аерозолиГазообразни замърсители и нововъзникващи замърсители в антарктическите води. Това изследване позволи на учените да започнат да измерват със значителна точност какво всъщност се намира във въздуха и как се държи той в регион, който е от решаващо значение за глобалния климат. Ще разгледаме подробно как се определя качеството на въздуха в Антарктика, какво се измерва, какви са рисковете за здравето и екосистемите и защо въздухът в Южния океан се счита за един от най-чистите на планетата.
Какво представлява индексът за качество на въздуха и как се интерпретира в Антарктика?
Когато се обсъждат нивата на замърсяване, се използва т.нар. Общ индекс за качество на въздуха (CAQI)Индексът за качество на въздуха (AQI) е числова скала от 1 до 100, която класифицира качеството на въздуха въз основа на няколко ключови замърсителя. В тази скала ниските стойности, представени със зелено, показват чист въздух, докато високите стойности, представени с нюанси на жълто, оранжево и червено, сигнализират за случаи на лошо качество на въздуха.
В конкретния случай на Антарктида и близките станции, като например испанската антарктическа станция Хуан Карлос I или базата Габриел де Кастиля на остров Десепшън, моделите за качество на въздуха се фокусират предимно върху фонов индексТози индекс описва замърсяването далеч от главни пътища или специфични горещи точки, тъй като метеорологичните модели, използвани за прогнозиране, не са в състояние да възпроизведат бруталните контрасти, които се появяват точно в края на пътя или до индустриален комин.
Това означава, че ако сравните прогноза за CAQI за Антарктика с точково измерване, направено до локален източник на замърсяване (например, генератор на научна база), е много вероятно това Реалните измервания се оказват по-високи от това, което показват моделите.Въпреки това, тези инструменти ни позволяват да получим доста солидна представа за „общото състояние“ на атмосферата в регионален мащаб и как замърсяването се развива в течение на часовете и дните.
Освен това е важно да се помни, че голяма част от тези данни за качеството на въздуха не са валидирани в реално време. Проекти за мониторинг на атмосферата, като например Световния индекс за качество на въздуха и големи центрове за числени прогнози на времето, предупреждават, че Серията от данни може да бъде прегледана и коригирана след прилагане на допълнителни контроли за качество, така че информацията, налична във всеки един момент, може да бъде обект на последващи промени без предварително уведомление.
Прахови частици: PM10, PM2.5 и пустинен прах, достигащ до полюса
Голяма част от загрижеността относно качеството на въздуха е съсредоточена върху суспендирани частици, известни като твърди частици или PMТези частици могат да бъдат твърди или течни и да остават суспендирани в атмосферата в продължение на часове или дни. Източниците им са както естествени (почвен прах, морска сол, вулканична пепел), така и дължащи се на човешка дейност (трафик, промишленост, изгаряне на биомаса и др.).
От всички фракции частици, тези, които най-много тревожат медицинската общност, са тези, които можем да вдишваме дълбоко. PM10 са частици с диаметър по-малък от 10 микрона.приблизително една седма от дебелината на човешки косъм. Те образуват смес от прах, сажди, сол, киселини, метали и други съединения, които лесно могат да достигнат до дихателните пътища и да се задържат в белите дробове.
Сред най-документираните ефекти върху здравето от PM10 са увеличаването и тежестта на астматичните пристъпиТова може да влоши бронхит и други респираторни заболявания и да намали способността на организма да се бори с инфекциите. Освен това, най-фината фракция от тези частици, наречена PM2.5 (диаметър равен или по-малък от 2,5 микрона), е свързана с повишен риск от смъртност, особено от сърдечно-съдови причини.
PM2.5 е особено тревожен, защото Те проникват в най-дълбоките части на дихателната система.Многобройни епидемиологични проучвания показват последователни връзки между продължителното излагане на високи концентрации на PM2.5 и повишения риск от инфаркти, аритмии, различни видове рак и обостряния на астма. И противно на общоприетото схващане, дори отдалечени места като Антарктида не са напълно защитени от този вид замърсяване.
Значителна част от частиците, измерени в Антарктида, са съставени от Минерален прах от далечни пустиниПустините на Северна Африка, например, са огромен източник на минерални материали, които могат да изминат хиляди километри благодарение на моделите на атмосферната циркулация. В Испания проникването на прах от Сахара и тяхното въздействие върху нивата на твърди частици се изучават от години; доказано е, че тези прахови струи достигат и до отдалечени региони като Амазонка или Карибите, носени от пасатите.
В случая с Антарктида учените подозират, че Някои от праховите частици, които достигат до континента, също идват от големи разстояния.Докато някои имат местен произход, като например вулканична активност на острови като Десепшън или повдигане на антарктически прах от много силни ветрове, разграничаването между това, което е „местно“, и това, което е внесено, е именно едно от големите предизвикателства пред настоящите изследвания.
Атмосферни аерозоли: какво представляват и защо са толкова важни
Атмосферните аерозоли по същество са тази смес от твърди и течни частици, суспендирани във въздухас изключение на чистата вода в облаците. Дълго време те са получавали по-малко внимание от основните парникови газове, но през последните десетилетия е доказано, че играят ключова роля както в климатичната система, така и в здравето и състоянието на екосистемите, както и в тяхното взаимодействие с... атмосферна влажност това е ключово.
Първо, аерозолите упражняват пряк климатичен ефект защото те абсорбират и разсейват слънчевата радиация. Някои частици, като саждите, са склонни да затоплят атмосферата чрез абсорбиране на радиация, докато други, като някои видове сулфати, са склонни да отразяват светлината и да произвеждат охлаждащ ефект. Освен това, много аерозоли действат като кондензационни ядра на облаците: без тях водните пари биха имали много по-големи трудности при образуването на капчици и следователно облаци и валежи. Този баланс може да бъде променен от процеси като топенето на Антарктическия океан.
Този ефект върху образуването на облаци е известен като непряко радиационно въздействиеНай-общо казано, аерозолите се считат за охлаждащи фактори върху климата на планетата, като частично компенсират затоплянето, причинено от парниковите газове, но научните несигурности остават огромни. В Антарктида, където атмосферата е особено чиста, а източниците на аерозоли са много различни от тези в градските райони, задълбоченото разбиране на този ефект е от решаващо значение за усъвършенстване на моделите за изменение на климата. В тази връзка, местните биогенни процеси, като например гуаното, играят роля в... образуване на облаци в Антарктида.
В допълнение към климата, аерозолите оказват значително влияние върху екосистемите. Те могат променят киселинността на дъждовната вода и насърчават еутрофикацията на водатаТоест, прекомерното обогатяване с хранителни вещества предизвиква растеж на водорасли и биомаса. Това променя ключови условия, като например проникването на светлина във водата, и може да дестабилизира цели хранителни вериги, както в езера и реки, така и в крайбрежните морски зони.
Аерозолите имат и по-ежедневни ефекти: те причиняват загуба на видимост, влошаване на строителните материали И, разбира се, съществуват рискове за човешкото здраве. Ключов детайл е, че колкото по-малки са частиците, толкова по-голяма е способността им да проникнат в тялото и да предизвикат средносрочни и дългосрочни проблеми. Ето защо изследователите, анализиращи качеството на въздуха в Антарктида, обръщат специално внимание на фината аерозолна фракция.
Замърсяващи газове: озон, серен диоксид и азотен диоксид
Индексът за качество на въздуха не отчита само частиците; той включва и замърсяващи газове, които пряко влияят на здравето ниСред тях са приземният озон (O₃), серен диоксид (SO₂) и азотен диоксид (NO₂), добре познати в градската среда, но също така важни за разбирането какво се случва в отдалечени райони, а тяхното изучаване е взаимосвързано с влияние на озоновия слой.
El тропосферен озон Приземният озон се образува в долните слоеве на атмосферата от фотохимични реакции с други замърсители, предимно в градски и промишлени райони. За разлика от стратосферния озон, който ни предпазва от ултравиолетова радиация, приземният озон е вреден за здравето. Той може да затрудни дишането, да причини кашлица, дразнене в гърлото и болка при дълбоко вдишване, както и да възпали и увреди дихателните пътища.
При хора с предшестващи заболявания като астма, емфизем или хроничен бронхит, озонът може увеличаване на честотата и тежестта на кризитеОсвен това прави белите дробове по-податливи на инфекции и, ако излагането е продължително, може да допринесе за развитието на хронична обструктивна белодробна болест (ХОББ). Въпреки че нивата в Антарктика обикновено са ниски в сравнение с големите градове, наблюдението на този газ е от съществено значение за разбирането на полярната атмосферна химия.
El серен диоксид (SO₂) Това е безцветен газ със силна, неприятна миризма, който лесно реагира, образувайки вредни съединения като сярна киселина, сярна киселина и сулфатни частици. Краткотрайното излагане на високи концентрации на SO₂ може да увреди дихателната система и да причини затруднения с дишането, особено при деца, възрастни хора и хора с астма. Освен това, SO₂ и други серни оксиди допринасят за киселинните дъждове, които могат да увредят силно чувствителни екосистеми, като тези около Антарктическия полуостров.
И накрая, азотен диоксид (NO₂) Това е червеникавокафяв газ с остра миризма, който се произвежда предимно при изгаряне на изкопаеми горива: въглища, газ и петролни продукти. В градовете голяма част от NO₂ идва от изгорелите газове на превозните средства. Този газ възпалява лигавицата на белите дробове, намалява имунитета към респираторни инфекции и е свързан с хрипове, кашлица, настинки, грип и бронхит. Освен това, той участва в реакциите, които генерират тропосферен озон, усилвайки въздействието му върху здравето.
Привидно чистият въздух на Южния океан
На фона на голямата загриженост относно замърсяването, една от най-големите новини от последните години е идентифицирането на атмосферен регион над Южен океан, около Антарктида, която се счита за практически девственаИзследователи от Държавния университет на Колорадо проведоха подробно проучване на биоаерозолите, присъстващи в морския граничен слой на Южния океан, и стигнаха до заключението, че тази област е една от най-слабо засегнатите на планетата от човешката дейност.
За да стигнат до това заключение, учените анализирали Въздушно-капкови бактерии като диагностичен инструментНа борда на изследователски кораб, отплавал от Тасмания до ръба на антарктическия лед, те събрали въздушни проби от атмосферата, най-близо до океана. Чрез ДНК секвениране, проследяване на траектории и анализ на източниците, те открили, че микробите, присъстващи във въздуха, идват предимно от самия океан, а не от сушата, разположена срещу вятъра.
Това откритие показва, че аерозоли, генерирани от човешка дейност Фактори като изгарянето на изкопаеми горива, интензивното земеделие, използването на торове или неадекватното управление на отпадъчните води едва достигат до този регион. За разлика от други океани в Северното полукълбо и субтропичните зони, където повечето суспендирани микроби произхождат от близки континенти, въздухът на Южния океан изглежда е изолиран от подобни влияния.
Тази ситуация превръща атмосферата около Антарктида в истинска естествена лаборатория. Изследователите подчертават, че Регионът предлага уникална отправна точка за разбиране каква е земната атмосфера без човешкия отпечатък.Това е много ценно, когато се опитваме да измерим степента, до която нашите дейности променят климата и глобалните биогеохимични цикли.
Фактът обаче, че въздухът над Южния океан е изключително чист, не означава, че останалата част от Антарктида да бъде напълно без екологични проблеми. Континентът и близките му води започват да показват ясни признаци на появата на нови замърсители и нарастващия натиск от туризма и научните дейности.
Нововъзникващи замърсители във водите на Антарктическия полуостров
Наред с изучаването на въздуха, различни изследователски екипи са се фокусирали върху Нововъзникващи замърсители, открити във водите на Антарктическия полуостровТези съединения постъпват предимно чрез изпускане на лошо пречистени отпадъчни води, изгаряне на отпадъци и други разпръснати емисии, които с течение на времето се интегрират в морската среда.
Екстремните условия на белия континент, с много ниски температури през по-голямата част от годинатаТези фактори могат да забавят както микробното, така и фоторазграждането на много от тези вещества. В резултат на това замърсителите са по-устойчиви във водната среда на Антарктида и могат да останат налични за по-дълги периоди, за да бъдат усвоени от морските организми и пренесени по хранителната верига.
Тези нововъзникващи замърсители включват вещества от човешки произход, способни да променят хормоналната системаТези съединения са открити в някои райони в концентрации, сравними с тези, открити в континенталните води в други региони на света. Идентифицирани са също органофосфатни забавители на горенето и алкилфеноли, заедно с тежки метали като алуминий, за които е известно, че пречат на действието на различни хормони и на неврологичната и репродуктивната система.
Друга група вещества, открити във водите близо до Антарктическия полуостров, са лекарства и съединения за развлекателна употребаЕдно проучване е проследило 46 лекарства и е открило 12 от тях, по-специално аналгетици и противовъзпалителни средства като ацетаминофен, диклофенак и ибупрофен, които са показали най-високи концентрации. Сред веществата за развлечение, кофеинът е показал най-високи нива, следван от ефедрин, често използван в определени медицински лечения.
Все още малко се знае за субхроничните и хроничните ефекти на тези нововъзникващи замърсители върху водната фауна на Антарктида. Въпреки че изследванията напредват, остават много неизвестни относно средносрочните и дългосрочните последици от това непрекъснато излагане, както за отделните организми, така и за екосистемите като цяло.
Проект CA³: Характеризиране на атмосферните аерозоли в Антарктика
За да разбере по-добре действителното състояние на антарктическата атмосфера, консорциум от испански институции стартира Проект CA³ (Характеризиране на атмосферните аерозоли в Антарктика)Този проект, координиран от групите „Химия и околна среда“ и „Лазерна химия“, има за цел да разработи аналитична система, способна да определи количествено подробно праховите частици в суспензия в този отдалечен район на планетата.
Теренната работа се фокусира върху Антарктическа база Габриел де КастилияБазата, управлявана от испанската армия на остров Десепшън, събира ежедневни проби от въздуха от края на 2016 г., използвайки нискообемен пробоотборник за частици. Това устройство филтрира въздуха и улавя праховите частици върху специални филтри. След това тези проби се изпращат в лаборатория като част от проекта CA³.
Основната иновация на този проект е използването на Усъвършенствани лазерни техники, по-специално LIBS лазерна аблация, комбинирана с образни техники (микролиби)да анализира за първи път проби от антарктически въздушни филтри. Тази методология ще позволи прецизно количествено определяне на общата маса на отложения материал и определяне на пълния химичен състав на всяка проба, нещо, което досега не е било постигано за този регион.
Сред елементите, които ще бъдат количествено определени по-подробно, са алуминий, калций, желязо, силиций, магнезий, калий и натрий. Натрият е от особен интерес, тъй като е характерен за морските аерозоли.които действат като кондензационни ядра за образуване на облаци. Способността за ясно разграничаване на морската фракция от минералната фракция, произхождаща от прах или вулканична дейност, ще бъде ключова за тълкуване на въздействието на тези аерозоли върху климата.
Проектът CA³ предлага също Идентифициране на местни аерозоли от остров ДесепшънТова включва частици, отделяни от вулканични фумароли, и вулканичен материал, мобилизиран от много силни ветрове. Като се има предвид, че това е остров с вулканична активност в полярна среда, получените данни ще бъдат от голяма научна стойност както за разбирането на локалните процеси, така и за усъвършенстване на моделите на глобалната атмосферна циркулация.
Това изследователско усилие е резултат от широко сътрудничество, включващо Университета в Сарагоса, Университетския център по отбрана, Института по химичен синтез и хомогенна катализа, Общата болница по отбрана, Агроекологичната лаборатория на правителството на Арагон, Университета в Ла Риоха и Университета Комплутенсе в Мадрид. Главни изследователи са Хорхе Касерес и Хесус Анзанокоито подчертават пионерския характер на работата в опит да се установи за първи път минералното разпределение на аерозоли в Антарктика.
Благодарение на комбинацията от подробни химични анализи и метеорологични проучвания, се надяваме, че ще можем реконструирайте траекториите на въздушните маси които допринасят с частици в района, като се прави разлика между естествени и антропогенни източници. Това ще помогне за по-добро разбиране на общата атмосферна циркулация във високите географски ширини на Южното полукълбо и ще оцени климатичния ефект на аерозолите при условия на висока пространствена и времева хетерогенност.
Ограничения на данните и отговорности при използването на информация
Важно е винаги да се има предвид, че Моделите и базите данни за качеството на въздуха имат ограниченияМного атмосферни прогнози за Антарктика се генерират с помощта на модели с пространствена резолюция от около 12 км, което означава, че те не могат да възпроизведат дребномащабни детайли или да уловят перфектно пиковете на замърсяване, свързани с много локални източници, а интерпретацията им често се основава на... синоптични карти.
Организации като Европейската комисия, Европейския център за средносрочни метеорологични прогнози (ECMWF) и различни доставчици на данни посочват, че Те не носят отговорност за използването на тази информация от трети страни.По подобен начин, проекти като Световния индекс за качество на въздуха показват, че въпреки че се прилага високо ниво на контрол на качеството, публикуваните данни могат да бъдат впоследствие променени без предупреждение и следователно винаги трябва да се тълкуват с повишено внимание.
Това има ясни последици за потребителите: ако възникне значителен епизод на замърсяване или здравен сигнал, разумният начин на действие е Консултирайте се с местни агенции за качество на въздухаДори в региони близо до Антарктида, които имат собствени системи за наблюдение, измерванията на място, използващи калибрирано оборудване и стандартизирани протоколи, остават златният стандарт за вземане на решения в областта на общественото здраве.
Въпреки тези ограничения, международните мрежи за наблюдение и числените модели с висока резолюция са незаменими за осигуряване глобален и почти реалновременен поглед върху състоянието на атмосфератаВ случая с Антарктида, те позволяват интегрирането на информация от научни бази, корабни кампании и сателитни наблюдения в една и съща рамка, което помага за по-доброто тълкуване на промените, настъпващи в полярния климат.
Разглеждайки всички тези доказателства, въздухът около Антарктида се оказва далеч по-непроста система, отколкото може да изглежда. Райони с атмосфера, практически непроменена от човешката дейност, като например Южния океан, съществуват съвместно с райони, където вече се наблюдават промени. ясни признаци на замърсяване от частици, газове и нововъзникващи съединенияТова е резултат както от глобални процеси, така и от местни източници, свързани с бази, туризъм и транспорт. Настоящите проекти за мониторинг на качеството на въздуха в Антарктика и характеризиране на аерозоли започват да запълват много от информационните празнини, но все още има дълъг път, за да разберем напълно как се развива тази критична за климата среда и какво можем да направим, за да я запазим възможно най-декорирана.
