Poznanie chemii związków organicznych tworzących drobiny pyłu unoszącego się w powietrzu jest możliwe dzięki rozwojowi metod analitycznych - zauważają autorzy raportu o tym pyle, naukowcy z Belgii, Danii, Finlandii, Francji, Niemiec, Norwegii, Polski, Słowenii, USA, Wielkiej Brytanii, Włoch i Szwajcarii.

Mimo zainteresowania naukowców i coraz lepszych technik analitycznych wciąż mało wiemy na temat jego chemicznej złożoności i skomplikowanych reakcji prowadzących do jego powstawania.

Uważa się, że powstawaniu tego pyłu w miastach sprzyja spalanie śmieci i emisja spalin. Najnowsze badania, opublikowane w "Chemical Reviews", potwierdziły natomiast sformułowaną przed półwieczem hipotezę, że w skali planety niebagatelną rolę w formowaniu pyłu zawieszonego odgrywają... drzewa.

Mikroskopijne drobiny pyłu zawieszonego unoszą się w powietrzu wszędzie wokół nas. Ten pył to aerozol, czyli rozproszony w powietrzu układ wielu drobin stałych lub ciekłych o średnicach nie większych niż kilka mikrometrów (ponad dziesięciokrotnie mniejszych od średnicy ludzkiego włosa). Drobiny te są zlepkami setek, a nawet tysięcy związków chemicznych: od bardzo prostych, po liczące kilkadziesiąt i więcej tysięcy atomów łańcuchy polimerowe, a nawet fragmenty DNA. Według najnowszych szacunków proste substancje mineralne (nieorganiczne) stanowią mniej niż połowę składników drobin aerozolu.

"Bogaty w związki organiczne pył zawieszony jest dosłownie wszechobecny. Przy każdym oddechu składniki tego chemicznego koktajlu dostają się do naszych płuc, a stamtąd przenikają przez błony komórkowe wprost do krwioobiegu. Informacja o tym, co tak naprawdę wdychamy, ma więc absolutnie kluczowe znaczenie dla naszego życia" - zauważa jeden z autorów raportu, dr inż. Rafał Szmigielski z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie.

"Obecnie już wiemy, że w pyle zawieszonym występują głównie azotany i siarczany. Rozumiemy też, skąd się biorą – na ogół pochodzą z całego, bardzo skomplikowanego ciągu reakcji, w wyniku których zawarte w atmosferze tlenki azotu czy siarki przekształcają się w kwasy, lub są wynikiem naturalnych procesów erozji skał. Jednak skład i pochodzenie głównej frakcji aerozolu, zdominowanej przez związki organiczne, jeszcze do zeszłego roku były praktycznie nieznane" - mówi dr Szmigielski.

Skala wyzwań związanych z pomiarami i analizą pyłu zawieszonego okazała się porównywalna z występującą podczas penetracji tak egzotycznych środowisk, jak dna oceanów czy powierzchnie innych planet. Badacze musieli opracować nowe i zaadaptować już istniejące metody analizy chemicznej. Obecnie pył zawieszony jest zbierany w stacjach pomiarowych, gdzie osadza się na specjalnych filtrach. "Pył aerozolu do badań w IChF PAN wychwytujemy z powietrza z najczystszych rejonów Polski, okolic Puszczy Boreckiej, stosując w tym celu najnowocześniejsze poborniki pyłu zaopatrzone w filtry kwarcowe" - wyjaśnia dr Szmigielski.

Filtry z zagęszczonymi drobinami pyłu po odizolowaniu od otoczenia są transportowane do laboratorium. Związki chemiczne tworzące pył przenosi się tu za pomocą odpowiednich technik do roztworów, po czym poddaje badaniu za pomocą ultraczułych technik analitycznych: chromatografii cieczowej i spektrometrii mas.

"Chromatografia cieczowa umożliwia nam rozdzielanie mieszanin związków organicznych na składniki, a dzięki spektrometrii mas możemy wyznaczyć masę cząsteczkową badanego związku, ustalić jego skład pierwiastkowy i odtworzyć jego strukturę chemiczną" - tłumaczy dr Szmigielski.

Użycie chromatografii cieczowej sprzężonej ze spektrometrią mas pozwoliło naukowcom lepiej zrozumieć interakcje zachodzące w atmosferze pomiędzy zawartymi w niej substancjami gazowymi, a formującymi się drobinami pyłu. W miastach rolę zarodków, wyłapujących kolejne substancje chemiczne z otoczenia, pełnią m.in. kurz oraz kancerogenne drobiny sadzy powstającej wskutek procesów spalania śmieci i zawarte w spalinach (zwłaszcza wydzielanych przez zimne silniki Diesla).

Dzięki temu potwierdzono, że dużą rolę w formowaniu pyłu zawieszonego odgrywają drzewa. W toku ewolucji wykształciły one coś w rodzaju gazowego układu immunologicznego: wytwarzają w dużych ilościach silnie lotne substancje, które otaczają roślinę ochronną chmurką gazów. Główną rolą tych lotnych substancji (głównie izoprenu w przypadku drzew liściastych i alfa-pinenu w przypadku iglastych) jest odstraszanie niepożądanych owadów oraz wyłapywanie szkodliwych substancji chemicznych, nim te wnikną w roślinę. Teraz okazuje się, że cząsteczki tych związków pełnią jednocześnie rolę zarodków, wokół których kondensują m.in. szkodliwe substancje chemiczne pochodzące z działalności człowieka.

Badania epidemiologiczne wskazują na wyraźny związek między zanieczyszczeniem danego obszaru pyłem zawieszonym, a zachorowalnością ludzi żyjących w tym miejscu. Związek ten jest szczególnie dobrze widoczny w przypadku chorób cywilizacyjnych, w tym astmy, alergii, zaburzeń pracy serca oraz różnego rodzaju problemów dermatologicznych skóry.

"Powszechnie znane kłopoty górników z pylicą to skutek ograniczonej w czasie ekspozycji na duże stężenia pyłu mineralnego, zawierającego dość proste związki nieorganiczne. W przypadku aerozoli tworzących się w wielkich miastach mamy do czynienia z bogatym koktajlem naprawdę szkodliwych substancji chemicznych, którym oddychamy przez całe życie. Nasza ekspozycja jest ciągła, co oznacza, że szkodliwe mogą się okazać nawet stosunkowo niewielkie stężenia pyłu" - mówi dr Szmigielski.

"Dlatego niezwykle ważna jest odpowiednia edukacja, uświadamiająca mieszkańcom danego terenu zagrożenia związane z obecnością pyłu zawieszonego i mobilizująca lokalne władze do monitorowania stężeń i składu chemicznego tego pyłu, a w konsekwencji także jego źródeł" - podkreśla.

PAP - Nauka w Polsce

zan/ mrt/