Mustan hiilen ja pienhiukkasten keuhkodeposoituvan pinta-alan yhteys eri kaupunkiympäristöissä
Lepistö, Teemu (2020)
Lepistö, Teemu
2020
Teknis-luonnontieteellinen DI-ohjelma - Master's Programme in Science and Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2020-11-25
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010287634
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202010287634
Tiivistelmä
Kaupunki-ilman aerosolihiukkasten on havaittu aiheuttavan lukuisia eri sairauksia ja ennenaikaisia kuolemia. Varsinkin alle 2,5 mikrometrin kokoisten pienhiukkasten massapitoisuus (PM2.5) on usein yhdistetty hiukkasten negatiivisten terveysvaikutusten kanssa. On kuitenkin havaittu, että PM2.5-pitoisuuden ja paikallisen kuolleisuuden välinen korrelaatio vaihtelee eri kaupungeissa, mikä viittaa siihen, että pelkästään pienhiukkasten massapitoisuus ei selitä hiukkasten aiheuttamia terveyshaittoja. Hiukkasten keuhkodeposoituva pinta-ala LDSA (engl. Lung deposited surface area) on käsite, jonka avulla pyritään arvioimaan ihmisten keuhkoihin päätyvien hiukkasten pinta-alaa mittausympäristöissä. Pinta-alan käsittelyä tukee ajatus siitä, että hiukkasten myrkyllisyyttä voisi selittää niiden pinnalla olevien yhdisteiden vuorovaikutus ihmisen keuhkorakkuloissa.
Tässä diplomityössä tutkittiin mustan hiilen eli nokihiukkasten massapitoisuuden (BC) ja eri kaupunkiympäristöjen LDSA-pitoisuuksien välistä yhteyttä. Hypoteesina oli, että BC-pitoisuudet korreloisivat voimakkaasti LDSA-pitoisuuksien kanssa, sillä sekä mustan hiilen hiukkasten lukumääräkokojakauman että LDSA-kokojakauman huiput ovat suunnilleen samassa hiukkaskoossa. Tällöin mustan hiilen hiukkaset voisivat kuljettaa sen pinnalle tiivistyneitä terveydelle haitallisia yhdisteitä tehokkaasti ihmisten keuhkoihin. BC-pitoisuuksien on havaittu korreloivan negatiivisten terveysvaikutusten kanssa vahvemmin kuin kaikkien pienhiukkasten massapitoisuuden. LDSA:n ja mustan hiilen välinen yhteys voisi siis antaa uuden näkökulman mustan hiilen terveysvaikutusten selittämiseksi.
Tässä työssä suoritettiin ulkoilmamittauksia Suomen pääkaupunkiseudulla kolmessa eri kaupunkiympäristössä, joita olivat kaupunkikeskustan katukuilu, vilkasliikenteinen moottoritie sekä satama. Mustan hiilen keskimääräisen osuuden ympäristöjen LDSA-pitoisuuksissa havaittiin olevan katukuiluympäristössä 32,6 %, moottoritieympäristössä 36,0 % ja satamassa 40,6 %. Vastaavasti mustan hiilen osuus alle mikrometrin kokoisten hiukkasten massapitoisuudesta oli katukuilussa 14,3 %, moottoritiellä 14,6 % ja satamassa 7,3 %. Satama-alueella mustan hiilen pitoisuuden yhteys LDSA-pitoisuuden kasvuun oli jopa 40-80 % suurempi kuin ajoneuvoliikenneympäristöissä. Tämän havaittiin johtuvan osittain satama-alueen laivaliikenteestä. Kaikkiaan mustan hiilen ja LDSA:n välisen yhteyden havaittiin liittyvän vahvasti päästöjen ikääntymiseen, sillä mittausympäristöjen primäärien hiukkasten lukumääräkokojakaumissa ei havaittu merkittäviä eroavaisuuksia.
Työn tulokset osoittavat, että mustan hiilen päästöt vaikuttavat merkittävästi kaupunkiympäristöjen LDSA-pitoisuuksiin. Työn tulosten perusteella LDSA voisikin olla hyvä mittari kaupunkien ilmanlaadun monitorointiin, sillä se ottaa mustaan hiileen liittyvät tekijät paremmin huomioon kuin hiukkasten massapitoisuus. Työn tulokset korostavat myös kaupunkien BC-pitoisuuksien monitoroinnin tärkeyttä.
Tässä diplomityössä tutkittiin mustan hiilen eli nokihiukkasten massapitoisuuden (BC) ja eri kaupunkiympäristöjen LDSA-pitoisuuksien välistä yhteyttä. Hypoteesina oli, että BC-pitoisuudet korreloisivat voimakkaasti LDSA-pitoisuuksien kanssa, sillä sekä mustan hiilen hiukkasten lukumääräkokojakauman että LDSA-kokojakauman huiput ovat suunnilleen samassa hiukkaskoossa. Tällöin mustan hiilen hiukkaset voisivat kuljettaa sen pinnalle tiivistyneitä terveydelle haitallisia yhdisteitä tehokkaasti ihmisten keuhkoihin. BC-pitoisuuksien on havaittu korreloivan negatiivisten terveysvaikutusten kanssa vahvemmin kuin kaikkien pienhiukkasten massapitoisuuden. LDSA:n ja mustan hiilen välinen yhteys voisi siis antaa uuden näkökulman mustan hiilen terveysvaikutusten selittämiseksi.
Tässä työssä suoritettiin ulkoilmamittauksia Suomen pääkaupunkiseudulla kolmessa eri kaupunkiympäristössä, joita olivat kaupunkikeskustan katukuilu, vilkasliikenteinen moottoritie sekä satama. Mustan hiilen keskimääräisen osuuden ympäristöjen LDSA-pitoisuuksissa havaittiin olevan katukuiluympäristössä 32,6 %, moottoritieympäristössä 36,0 % ja satamassa 40,6 %. Vastaavasti mustan hiilen osuus alle mikrometrin kokoisten hiukkasten massapitoisuudesta oli katukuilussa 14,3 %, moottoritiellä 14,6 % ja satamassa 7,3 %. Satama-alueella mustan hiilen pitoisuuden yhteys LDSA-pitoisuuden kasvuun oli jopa 40-80 % suurempi kuin ajoneuvoliikenneympäristöissä. Tämän havaittiin johtuvan osittain satama-alueen laivaliikenteestä. Kaikkiaan mustan hiilen ja LDSA:n välisen yhteyden havaittiin liittyvän vahvasti päästöjen ikääntymiseen, sillä mittausympäristöjen primäärien hiukkasten lukumääräkokojakaumissa ei havaittu merkittäviä eroavaisuuksia.
Työn tulokset osoittavat, että mustan hiilen päästöt vaikuttavat merkittävästi kaupunkiympäristöjen LDSA-pitoisuuksiin. Työn tulosten perusteella LDSA voisikin olla hyvä mittari kaupunkien ilmanlaadun monitorointiin, sillä se ottaa mustaan hiileen liittyvät tekijät paremmin huomioon kuin hiukkasten massapitoisuus. Työn tulokset korostavat myös kaupunkien BC-pitoisuuksien monitoroinnin tärkeyttä.