Твердые частицы опасны не только потому, что они могут легко проникнуть в легкие. Частицы сажи также часто содержат канцерогенные загрязнители. Ученые-геологи из Тюбингена установили, что эти загрязняющие вещества медленно накапливаются в почве. Пока исследователи не знают, могут ли они там разрушаться или вообще попадать в грунтовые воды.
Твердые частицы, которые выбрасываются в воздух с выхлопными газами дизельных автомобилей, например, привлекли внимание средств массовой информации и людей не в последнюю очередь из-за новой директивы ЕС об ограничении концентраций в воздухе. Именно их крошечный размер и делает частицы пыли опасными: они не останавливаются защитными устройствами дыхательных путей и могут проникать прямо в легкие. Там они могут вызвать воспаление, астму, бронхит или даже рак.
Но частицы сажи могут представлять опасность и по другой причине: загрязняющие вещества прикрепляются в больших количествах и особенно прочно. К ним относятся так называемые полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), многие из которых считаются канцерогенными.
Тильман Гохт, профессор Питер Гратволь и Йоханнес Барт из Центра прикладных наук о земле Университета Тюбингена исследовали, что происходит, когда частицы сажи из воздуха попадают в почву. Они обнаружили, что опасные ПАУ практически отсутствуют в подземных водах, по крайней мере, до сих пор. Но поскольку ПАУ практически не расщепляются, тюбингенские ученые заметили, что они медленно накапливаются в почве. До сих пор неясно, представляет ли это риск.
„Исследователей атмосферы в первую очередь интересуют твердые частицы, пока они находятся в воздухе. С медицинской точки зрения, частицы также представляют особую проблему на этом этапе, поскольку они могут попасть в легкие. Но в воздухе ситуация часто меняется с очередным ливнем», - объясняет Гохт. С другой стороны, для геологов, которые следят за почвой и грунтовыми водами, большую роль сыграли гораздо более длительные периоды времени.
Экологический исследовательский проект «АкваТерра»
«Некоторые из исследуемых нами частиц сажи размером в один микрометр или более подпадают под термин «мелкая пыль», который в настоящее время обсуждается, но некоторые из них крупнее», - говорит Гохт. Исследования частично интегрированы в крупный экологический исследовательский проект ЕС «AquaTerra», который включает 45 партнеров по сотрудничеству в 12 странах ЕС и управляется Центром прикладных наук о Земле (ZAG) и Attempto GMBH Университета Тюбингена. Частицы сажи здесь привлекли внимание в первую очередь как переносчики канцерогенных веществ.
„ПАУ - это загрязняющие вещества, которые встречаются в окружающей среде в самых высоких концентрациях. Только потом приходят ртуть и диоксины», - говорят ученые. ПАУ включают около 200 различных соединений, из которых исследуются в основном 16-20 типичных представителей, в том числе высококанцерогенные. В структуре их молекул можно обнаружить до девяти углеродных колец. Чем больше колец, тем, как правило, сложнее их майнить. Среди них канцерогенный бензо(а)пирен, имеющий пять колец и стойкий. Гратволь предполагает, что частицы сажи с прикрепленными загрязняющими веществами в основном поступают от дорожного движения. «Задание сложное в деталях. Но под микроскопом я могу по крайней мере определить по форме частиц, из какого топлива они получены, будь то нефть, древесина или уголь», - объясняет Гохт.
Расследования в Шварцвальде и Гольдерсбахтале
Гохт проводил свои исследования в сельской местности, где частицы сажи распределены более равномерно, чем в большом городе. Он измерил частицы сажи и различные ПАУ в воздухе, в почве и в грунтовых водах в Шварцвальде и в Гольдерсбахтале в Шенбухе недалеко от Тюбингена. «Мы устанавливаем своего рода массовый баланс: что попадает в определенный водосбор, что уходит, что остается в почве и, возможно, перерабатывается или хранится там», - объясняет Барт. Согласно Гохту, частицы в воздухе относительно легко улавливаются фильтрами.
«В земле все гораздо сложнее. Частицы сажи необходимо тщательно отделить от других частиц почвы и сосчитать под микроскопом», - говорит он. Но ПАУ поддаются измерению: они присутствовали в воздухе, но пока почти не были обнаружены в грунтовых водах, а вместо этого накапливаются в почве и там в верхних десятках сантиметров. «Почва практически фильтрует загрязняющие вещества», - говорит Барт.
„Но со временем почва может истощиться, и ПАУ будут вымыты за меньшее время. Подобное было в прошлом с закислением водоемов: полвека это казалось неважным, а вдруг - через год-два - система опрокинется», - описывает возможные сценарии Гратволь. «С такими сложными системами могут возникать эффекты домино, о которых мы можем даже не подозревать».
ПАК очень устойчивы в земле
Ученые обнаружили, что ПАУ в почве должны быть очень стабильными. «Из лабораторных исследований известно, что ряд микроорганизмов хорошо расщепляют кольцевые соединения ПАУ. Чем меньше колец содержит соединение, тем оно легче», - объясняет Йоханнес Барт. До сих пор неясно, почему мало признаков деградации почвы снаружи. ПАУ также могут представлять опасность для человека, если они поглощаются сельскохозяйственными культурами.
Из измерений в отложениях ученые из Тюбингена реконструировали, сколько ПАУ попало в почву за последние 200 лет. «Пик пришелся на 1970-е годы. С тех пор сумма уменьшилась в два раза. Хотя с тех пор трафик увеличился, это свидетельствует об усилиях по сокращению выбросов, например, путем установки фильтров на электростанциях», - объясняет Гратволь. В принципе, ПАУ могут встречаться и в природе, например, при лесных пожарах. «Но измеренные сегодня значения в десять раз превышают естественные», - говорит Гратволь.
Областное распространение частиц сажи
Тюбингенские ученые также считают проблематичным широкое распространение частиц сажи с прикрепленными загрязняющими веществами. «Если сажа из воздуха осядет, например, на белую садовую мебель, ее можно снова смыть. Конечно, вы не можете сделать это с полом на большой площади», - объясняет Гратволь. «Поэтому было бы гораздо проще собирать эти вещества в концентрированном виде прямо у источника их образования, например, на выхлопе автомобиля», - добавляет Барт. «Это убьет двух зайцев одним выстрелом: количество опасных твердых частиц и канцерогенных загрязнителей будет снижено», - отмечает Гохт.
Гратволь также видит, принимаются ли и какие меры против выбросов частиц сажи в качестве оценки риска и решения политики и общества: «Что касается накопления ПАУ в почве, мы можем скажем только с научной стороны, что мы наблюдаем тенденцию, направленную вверх. Мы только в начале».
В рамках проекта «АкваТерра» ученые из Тюбингена хотят выяснить, что происходит с загрязняющими веществами в почве в долгосрочной перспективе. Они не обязательно предвидят проблемное развитие. Это связано с тем, что они еще не смогли исключить возможность того, что естественные противодействующие механизмы вступят в силу до того, как ПАУ мигрируют в грунтовые воды. Например, при определенных условиях загрязняющие вещества все еще могут подвергаться биологическому разложению или они могут постоянно фиксироваться в почве и, таким образом, обезвреживаться.