Zdrowie

Z tą maską ci do twarzy

Numer 4/2020
Sensor do pomiaru stężenia pyłów zawieszonych o średnicy 2,5 µm i mniejszej. Norma WHO to 25 µg/m³ (średnia dobowa). Sensor do pomiaru stężenia pyłów zawieszonych o średnicy 2,5 µm i mniejszej. Norma WHO to 25 µg/m³ (średnia dobowa). Chim / Shutterstock
Brudne powietrze zabija na świecie więcej ludzi niż papierosy. Czy symbolem naszej zaawansowanej technicznie, lecz zacofanej energetycznie cywilizacji staną się maseczki przeciwsmogowe?
Stacja monitoringu jakości powietrza należąca do sieci prowadzonej przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska.HAL-9000/Shutterstock Stacja monitoringu jakości powietrza należąca do sieci prowadzonej przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska.

Zaczęło się od gęstej mgły. Nikt się nią specjalnie nie przejął, ponieważ na pierwszy rzut oka niczym nie różniła się do zwykłych mgieł, które od wieków utrudniały życie mieszkańcom Londynu. Nikt z jej powodu nie zmienił więc swoich planów życiowych, dorośli poszli do pracy, dzieci do szkół. Był początek grudnia 1952 r. W ciągu następnych 48 godz. warunki atmosferyczne znacznie się pogorszyły, a mgła straciła jasną barwę – najpierw poszarzała, potem stała się szarobura, a w końcu niemal czarna. I jeszcze bardziej zgęstniała. Widzialność spadła do kilku metrów. Londyńczykom zalecono, aby zostali w domach. Niedługo potem u ludzi pojawiły się kłopoty z oddychaniem. Kiedy trzy dni później czarna mgła znikła, okazało się, że zebrała straszliwe żniwo: spośród ponad 100 tys. osób, które zgłosiły się do szpitali z dolegliwościami układu oddechowego, co najmniej 4 tys. zmarły. Zgony były tak liczne, że w mieście zabrakło trumien. To jednak nie był koniec ponurego bilansu. W 2004 r. naukowcy oszacowali, że kolejne 8 tys. mieszkańców Londynu zmarło w ciągu kilku następnych miesięcy w wyniku komplikacji wywołanych ostrą niewydolnością oddechową.

Skąd te masowe zgony? Zanim pojawiła się zabójcza mgła, w stolicy Wielkiej Brytanii od wielu dni panowały niskie temperatury. By się ogrzać, londyńczycy dorzucali do pieców więcej niż zwykle węgla. W powietrzu unosiły się wielkie ilości dymów. Ponieważ w owym czasie większość swojego najlepszego węgla Brytyjczycy eksportowali, aby spłacić powojenne długi, w kraju pozostawał surowiec najgorszej jakości – silne zasiarczony. Dopóki pogoda była wietrzna i niżowa, wiatr wydmuchiwał zanieczyszczenia znad miasta. Potem jednak pojawił się wyż, który zdusił przy ziemi brudne powietrze i wymieszał je z przyniesioną mgłą.

Na wyjaśnienie, dlaczego akurat ten smog okazał się taki zabójczy, trzeba było poczekać do 2017 r., kiedy to grupa chemików pod kierunkiem noblisty Maria Moliny (Nagrodę Nobla dostał w 1995 r. za badania nad substancjami niszczącymi warstwę ozonową) zrekonstruowała przebieg reakcji chemicznych, które doprowadziły do powstania zabójczej mieszanki w atmosferze. Lawinę uruchomiło oczywiście spalanie zasiarczonego węgla. W wilgotnej mgle dwutlenek siarki wchodził w reakcję z parą wodną, zamieniając się w kwas siarkowy. Według wyliczeń londyńskie powietrze zostało zanieczyszczone 370 t dwutlenku siarki, z którego powstało 800 t kwasu siarkowego. Dlaczego jednak dwutlenek siarki tak efektywnie zmieniał się w kwas siarkowy? Odpowiedzi szukano, prowadząc pomiary w dwóch chińskich aglomeracjach, pierwszą był Pekin, drugą – ośmiomilionowy Xi’an w centrum kraju. Przeprowadzono też kilka eksperymentów laboratoryjnych. Badania te wykazały, że w Londynie kluczową rolę w konwersji dwutlenku siarki w kwas siarkowy odegrał inny gaz, będący ubocznym produktem spalania węgla, a mianowicie dwutlenek azotu. Dramat zaczął się, gdy kropelki wody, tworzące gęstą mgłę, zaczęły raptownie wyparowywać, natomiast znacznie mniejsze od nich cząsteczki kwasu siarkowego pozostały na miejscu. Zwykły smog – też szkodliwy, ale nie od razu zabójczy – przekształcił się w trujący opar. Zmiana zaszła szybko i niezauważenie. W pewnym momencie mieszkańcy Londynu zamiast wilgotnym powietrzem zaczęli oddychać żrącą mieszanką gazów, które niszczyły im płuca.

Epidemia lotnych brudów

Wielki smog, który uśmiercił 12 tys. mieszkańców stolicy Wielkiej Brytanii, jest wciąż analizowany nie tylko z powodów historycznych. Z zanieczyszczonym powietrzem ma kontakt coraz więcej ludzi na świecie, co zagraża ich zdrowiu i życiu – według Światowej Organizacji Zdrowia dziewięciu na dziesięciu mieszkańców Ziemi. W 2018 r. zmarło z tego powodu ok. 7 mln ludzi. Przyczyny zgonów były rozmaite: choroby serca, udary, nowotwory płuc, przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP), infekcje układu oddechowego, w tym zapalenie płuc. Według WHO zanieczyszczone powietrze odpowiada za co czwarty zgon z powodu dolegliwości układu krążenia, za co trzeci zgon na nowotwory płuc i co drugi zgon będący wynikiem POChP.

Jeszcze bardziej pesymistyczne szacunki przedstawili autorzy zeszłorocznych badań opublikowanych w czasopiśmie „European Heart Journal”. Według nich unoszące się w powietrzu toksyczne związki chemiczne uśmierciły w 2016 r. blisko 9 mln ludzi. „Dla porównania, według danych WHO palenie wyrobów tytoniowych zabiło w tym samym roku 7,2 mln ludzi” – mówił główny autor tych analiz prof. Thomas Münzel z Johannes Gutenberg-Universität Mainz w Niemczech. Oszacował on, że w Europie zanieczyszczenia atmosferyczne były przyczyną zgonu 790 tys. ludzi w 2016 r., z tego 659 tys. w 28 krajach Unii Europejskiej. Największymi zabójcami odpowiadającymi za cztery piąte zgonów są zdaniem Münzla drobinki pyłu zawieszonego, mające nie więcej niż 2,5 mikrometra (pył PM2,5).

Normy WHO mówią, że średnioroczny poziom PM2,5 nie powinien by wyższy niż 10 µg/m3 (mikrogramów na metr sześcienny), jednak w Unii Europejskiej obowiązuje limit 25 µg/m3, który i tak regularnie jest przekraczany w bardzo wielu miejscach, w tym w dziesiątkach miast w Polsce. Na najnowszej mapie średniorocznego stężenia PM2,5 w Europie, opublikowanej w październiku zeszłego roku przez Europejską Agencję Środowiska, nasz kraj prezentuje się przygnębiająco (patrz ilustracja „Smogowa mapa Europy”). Równie źle jest jeszcze w dolinie Padu w północnych Włoszech, w wielu rejonach Półwyspu Bałkańskiego oraz punktowo w niektórych europejskich stolicach, m.in. w Rzymie i Atenach. „Większość pyłu zawieszonego powstaje podczas spalania paliw kopalnych, przede wszystkim węgla” – podkreśla Münzel. Żadnym pocieszeniem nie może być to, że w wielu dużych miastach Azji Południowej i Wschodniej oraz Afryki zanieczyszczenie powietrza jest jeszcze kilka razy gorsze aniżeli w Krakowie czy na Górnym Śląsku.

Urodzeni w smogu

Z każdym rokiem powiększa się nasza wiedza na temat negatywnych skutków wdychania toksycznych substancji. Kilka miesięcy temu na łamach czasopisma „Journal of Environmental Research and Public Health” ukazały się wyniki badań przeprowadzonych przez Pauline Mendolę, epidemiolożkę z amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia. Trwały one osiem lat, objęły 50 tys. kobiet i wykazały, że te z nich, które mieszkały w rejonach, gdzie jakość powietrza jest niska, częściej wydawały na świat dzieci przed czasem lub też z niską masą urodzeniową.

W 2018 r. Frederica Perera z Columbia University w Nowym Jorku dokonała przeglądu ponad 200 badań z całego świata na temat wpływu zanieczyszczeń powietrza na zdrowie dzieci. Doliczyła się kilkunastu dolegliwości, których ryzyko rośnie w wyniku wdychania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (benzopirenów), dwutlenku azotu, pyłu zawieszonego i innych ubocznych produktów spalania paliw kopalnych. Są wśród nich poza wymienionymi wcześniej przy okazji badań Mendoli także zaburzenia rozwoju kognitywnego i psychicznego, astma, zwiększona podatność na ostre infekcje układu oddechowego, gorsza sprawność płuc i prawdopodobnie zwiększone ryzyko niektórych nowotworów. Dodajmy, że wiele tych obserwacji pochodzi z badań prowadzonych w Krakowie wspólnie przez Pererę i naukowców z Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego.

Tę ponurą wyliczankę można by długo ciągnąć. Zakończmy ją dwoma badaniami świeżej daty, tym razem dotyczącymi dorosłych. Wyniki pierwszego opublikowano pod koniec 2019 r. w czasopiśmie „PLOS Biology”. Jego autorzy, naukowcy z University of Chicago, wykryli związek łączący zanieczyszczenie powietrza ze zwiększonym ryzykiem depresji oraz choroby afektywnej dwubiegunowej. Analizy przeprowadzono w USA i Danii, ale – jak podkreślają ich autorzy – wcześniej do podobnych wniosków doszli specjaliści z Chin, Korei Południowej i Wielkiej Brytanii. Z tego ostatniego kraju pochodzi drugie badanie. Jest to raport epidemiologów z King’s College London z listopada zeszłego roku, który dotyczył nie długotrwałych, ale natychmiastowych efektów pogorszenia się jakości powietrza w Londynie i innych dużych angielskich miastach. Dziś w Wielkiej Brytanii praktycznie nie opala się już domów węglem, więc w tamtejszym powietrzu jest względnie mało pyłów zawieszonych i rakotwórczych benzopirenów, które w tak przerażających ilościach pojawiają się w naszym powietrzu w chłodnej połowie roku. Nie znaczy to jednak, że londyńskie powietrze jest wolne od smogu. Jego źródłem są głównie samochody emitujące tlenki azotu i rozmaite lotne związki organiczne. Te gazowe zanieczyszczenia reagują ze sobą w obecności światła słonecznego, a wynikiem jest pojawienie się ozonu – gazu podrażniającego układ oddechowy. Badacze z King’s College obliczyli, że w dniach nasilenia się takiego smogu fotochemicznego do angielskich szpitali trafia ok. 500 osób więcej z zawałami, udarami i ostrymi atakami astmy aniżeli w dni bez smogu.

Epoka masek

Smog można pokonać w jeden tylko sposób: usuwając jego przyczynę. Doraźną metodą na ograniczenie kontaktu z brudnym powietrzem może być… butla z tlenem. To żart oczywiście, ale faktem jest, że coraz więcej ludzi – także w Polsce – sięga po maseczki antysmogowe. Wiele eksperymentów przeprowadzonych m.in. w Chinach, Brazylii, USA i Indiach pokazało, że osoba przechadzająca się po ulicy w dniu, gdy poziom szkodliwych substancji w powietrzu jest wysoki, ma niższe ciśnienie krwi oraz bardziej miarowy rytm pracy serca, jeśli nałożyła maseczkę. To jeszcze jeden dowód na to, że nasze serce i naczynia krwionośne nie znoszą smogu.

Jednak nie każda maseczka zapewni nam skuteczną ochronę. Najlepsze będą te, które do niedawna były używane wyłącznie do pracy w trudnych warunkach, czyli dobrej klasy ochraniacze przeciwpyłowe, najlepiej z wymiennymi filtrami HEPA wyłapującymi 99% aerozoli. HEPA to akronim ich angielskiej nazwy high efficiency particulate air. Takie filtry, wykonane zwykle z włókienek wełny szklanej, zatrzymują drobiazgi o średnicy nawet 0,3 mikrometra. Odfiltrowują nie tylko pyły zawieszone, ale również pyłki roślin, zarodniki grzybów, roztocza, komórki pierwotniaków, większość bakterii i wirusów. Ciekawe są okoliczności, w jakich narodził się ten wynalazek. W latach 40. XX w. podczas prac nad bombą atomową w ramach projektu „Manhattan” okazało się, że pilnie potrzebny jest filtr, który usuwałby z powietrza drobiny materiału radioaktywnego. Zaczęto poszukiwać rozwiązania. Chemik i noblista Irving Langmuir opracował całą serię testów weryfikujących kolejne prototypy filtrów, nazwanych roboczo właśnie HEPA. Tylko te, które przeszły sprawdzian Langmuira, trafiały do produkcji.

Dekadę później filtry HEPA skreślono z listy tajnych patentów i skomercjalizowano. Wtedy rozpoczęła się ich kariera w branżach wymagających utrzymania sterylnych warunków: chemicznej, górniczej, kosmicznej, farmaceutycznej, elektronicznej i innych. Filtry trafiły też do laboratoriów, szpitali i placówek służby zdrowia, zaczęto je montować w samolotach, umieszczono w odkurzaczach, maskach przeciwpyłowych oraz oczyszczaczach powietrza. Te ostatnie, podobnie jak maski, długo stosowano wyłącznie w miejscach pracy. W końcu i one też trafiły do mieszkań, z których usuwają rozmaite niewidoczne gołym okiem aerozole, w tym groźne pyły zawieszone i benzopireny oraz rozmaite alergeny.

Poza filtrem HEPA w takiej masce antysmogowej (i oczyszczaczu powietrza) przyda się też węgiel aktywny. Znamy doskonale tę substancję, cechującą się silnymi właściwościami adsorpcyjnymi. Biegniemy po nią do apteki, gdy dopadną nas niestrawność, biegunka i wzdęcia, a lekarze aplikują ją również jako środek na zatrucia pokarmowe i lekowe. Węgiel aktywny, czy też aktywowany (obie nazwy są w obiegu), znajdziemy także w pochłaniaczach zapachów kuchennych oraz filtrach do uzdatniania wody. Nic dziwnego, że trafił również do maseczek przeciwsmogowych, w których wyłapuje m.in. tlenki azotu i ozon. Czyż to nie dziwne, że chcąc uchronić się przed szkodliwymi gazami pochodzącymi ze spalania paliw kopalnych, sięgamy po węgiel, tyle że ogrzany do 600°C, a następnie zgazowany, aby powstały w ten sposób materiał miał dużą powierzchnię chłonną?

Maska antysmogowa ma pewne minusy – bywa mało wygodna w niektórych sytuacjach, poza tym trudniej się przez nią oddycha. No i sporo kosztuje. Trzeba też o nią dbać, regularnie wymieniać filtry, czyścić i suszyć, czasami prać. Poza tym musi być dobrze dopasowana, byśmy oddychali tylko przefiltrowanym powietrzem. W zamian możemy poeksperymentować z typem. Są takie, które zakrywają nos i usta, i takie, które zakrywają jedynie usta. Na rynku istnieje wiele modeli. Najprostsze oferują ochronę niewiele lepszą od zwykłych masek chirurgicznych, które można kupić za grosze w aptece. Najbardziej zaawansowane i certyfikowane są z kolei drogie, co skłania do refleksji na temat sprawiedliwości ekologicznej, czyli równego dostępu do czystego środowiska.

Tak czy inaczej, moda na twarzowe maseczki przeciwsmogowe podbija kolejne światowe metropolie równie szybko jak sam smog. Wkroczyliśmy w epokę masek. Oby potrwała jak najkrócej. Jest na to pewna szansa, przynajmniej w Europie. Wspomniana już Europejska Agencja Ochrony Środowiska w swoim raporcie z października 2019 r. ocenia, że choć liczba zgonów spowodowanych wdychaniem brudnego powietrza jest wciąż wysoka (456 tys. w krajach UE, z czego 374 tys. to ofiary PM2,5 – dane za 2017 r.), to jednak powoli spada. Tak samo spadają emisje większości zanieczyszczeń – niektórych szybko (jak ołowiu czy tlenków siarki), innych umiarkowanie (jak tlenków azotu), a jeszcze innych bardzo powoli (jak benzopirenów). W 2018 r. grupa badaczy z konsorcjum European Topic Centre on Air Pollution and Climate Change Mitigation oceniła, że w porównaniu z 1990 r. liczba przedwczesnych zgonów spowodowanych przez pył PM2,5 spadła o połowę – z około miliona do pół miliona. Niestety, ta poprawa dotyczyła głównie starych krajów Unii Europejskiej. Polska – podobnie jak większość dawnych demoludów – musi jeszcze odrobić te opóźnienia.

Andrzej Hołdys
dziennikarz popularyzujący nauki o Ziemi, współpracownik „Wiedzy i Życia”

01.04.2020 Numer 4/2020

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną