Projekt: „Zmienność stężenia i składu pyłów atmosferycznych w zależności od warunków meteorologicznych i ocena ich oddziaływania na zdrowie człowieka (na przykładzie Sosnowca)” rozpoczął się w listopadzie 2010 roku. Jego kierownikiem jest dr Mieczysław Leśniok z Katedry Klimatologii na Wydziale Nauk o Ziemi. Zakończenie prac badawczych przewidziane jest na koniec października bieżącego roku.

Dr Mieczysław Leśniok przy urządzeniach pomiarowych usytuowanych na dachu osiemnastopiętrowego budynku Wydziału Nauk o Ziemi w Sosnowcu

Trzon zespołu badawczego stanowią specjaliści w zakresie meteorologii i klimatologii z Katedry Klimatologii, mineralodzy z Katedry Geochemii, Mineralogii i Petrografii, palinolodzy z Katedry Paleontologii i Stratygrafii oraz lekarze-alergolodzy z Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu. Jest wiele aspektów wyjątkowości tego przedsięwzięcia, jednym z nich jest interdyscyplinarność, łącząca kilka dziedzin związanych z rozwiązywaniem problemów zanieczyszczenia powietrza, a także z ochroną zdrowia człowieka. Rezultaty badań naukowców mogą okazać się niezwykle ważne i cenne dla mieszkańców Sosnowca.

– Rola pyłów w atmosferze interesowała mnie od dawna – mówi kierownik projektu dr Mieczysław Leśniok. Przed kilkunastoma laty zajmowałem się problemem kwaśnych deszczów na obszarze Wyżyny Śląskiej. Badania wykazały, że pyły odgrywają bardzo dużą rolę w kształtowaniu składu chemicznego opadów atmosferycznych. W okresie dużej aktywności ośrodków przemysłowych, czyli w latach 70. i 80., emisja pyłów była bardzo wysoka (miejscami ich opad przewyższał wartość 2000 g/m2/rok przy normie 200 g/m2/rok). Emisja pozostałych zanieczyszczeń była również znaczna. Jednak wzajemnie się one neutralizowały i problemu kwaśnych deszczy nie było. W początkach lat 90. w następstwie likwidacji znacznej części obiektów przemysłu ciężkiego, jego restrukturyzacji i działań proekologicznych, liczba uciążliwych pyłów znacznie się zmniejszyła. Mimo że zabiegi te przyniosły oczekiwane skutki, zmienił się jednak skład opadów atmosferycznych, zabrakło w nich neutralizujących związków zasadowych (pyłów), co spowodowało pojawienie się kwaśnych deszczów, ujawniając tym samym znaczącą rolę pyłów. Zaciekawiło mnie to zjawisko i wspólnie z kolegami z Katedry Geochemii, Mineralogii i Petrografii podjęliśmy badania w tym kierunku. Zrodził się pomysł, aby spróbować poszukać odpowiedzi na pytanie: jak w zależności od warunków meteorologicznych kształtuje się skład i stężenie zanieczyszczeń pyłowych. Już samo zestawienie danych o składzie pyłów, ich stężeniu i warunkach meteorologicznych jest poniekąd nowatorskie, ale dodatkowo postanowiliśmy nasze badania uzupełnić o próbę oceny oddziaływania pyłów pod kątem ich stężenia, składu i warunków meteorologicznych na zdrowie człowieka.

Tak zrodził się projekt, którego celem badawczym jest analiza zmienności dobowej, sezonowej i rocznej zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego pyłami mineralnymi i organicznymi w powiązaniu z warunkami cyrkulacyjnymi i meteorologicznymi na terenie Sosnowca oraz ocena ich oddziaływania na zdrowie człowieka. Punkt wyjścia w tych badaniach stanowi analiza sytuacji synoptycznej, prowadzona w oparciu o opracowany przez prof. zw. dr. hab. Tadeusza Niedźwiedzia z Katedry Klimatologii kalendarz typów cyrkulacji. Typ cyrkulacji bowiem generuje określone warunki meteorologiczne. Kolejnym etapem są badania warunków meteorologicznych (prędkość i kierunek wiatru, temperatura, wilgotność powietrza itp.). Jednocześnie, przy pomocy aspiratorów, pobierane są próbki pyłu zawieszonego (tzw. PM10), w zależności od typu występującej cyrkulacji. Następnie prowadzone są analizy mineralogiczne pod kierunkiem dr Marioli Jabłońskiej i prof. zw. dr. hab. Janusza Janeczka. Zawartość filtrów, poddawana jest badaniom przy użyciu skaningowego mikroskopu elektronowego w celu określenia składu fazowego i mineralnego pobranego pyłu. Równolegle w cyklach tygodniowych zbierane są od lutego do końca października próbki alergennych pyłków roślin, które przez mgr Kazimierę Chłopek z Katedry Paleontologii są analizowane pod kątem ilościowym i jakościowym. Wszystkie wyniki analiz w powiązaniu z warunkami meteorologicznymi są poddawane obróbce statystycznej prowadzonej przez dr. Łukasza Małarzewskiego z Katedry Klimatologii.

Pyły mineralne pobierane są w dwóch miejscach: w ogródku meteorologicznym, czyli na wysokości ok. 3 m, i w stacji pomiarowej na dachu budynku na wysokości ok. 100 m. To daje możliwość porównania zawartości zanieczyszczeń w warstwie przypowierzchniowej, na które najbardziej narażony jest ludzki organizm, z pyłami transportowanymi na większych wysokościach. Śledzenie przenoszenia się pyłów oraz warunków tworzenia się ich wysokich stężeń to wiedza niezbędna do zapobiegania i przeciwdziałania zagrożeniom. O ile pyłów o większych frakcjach można się pozbyć przy pomocy zwykłego odksztuszania, o tyle w przypadku pyłów respirabilnych (o bardzo małej średnicy, poniżej 2,5 mikrometra oznaczane jako pyły PM 2,5) mamy już do czynienia z niebezpieczeństwem narażenia zdrowia na różne choroby. Docierają one bowiem do naszego układu oddechowego, osadzając się w najgłębszych zakamarkach płuc, a drobniejsze cząstki pyłów o średnicach mniejszych niż 1 mikrometr mogą bezpośrednio z płuc przedostawać się do krwioobiegu i tym samym zostać rozprowadzone po całym organizmie.

Dr Mariola Jabłońska

Problem przekroczenia dopuszczalnych średnich stężeń 24-godzinnych pyłu zawieszonego dotyka wszystkich, szczególnie zimą i, wbrew pozorom, nie dotyczy wyłącznie uprzemysłowionych terenów, ale nawet takich miejsc jak Żywiec, gdzie w styczniu tego roku odnotowano ich przekroczenie o 278 proc. Z zagrożeniem tym borykają się również Gliwice, Rybnik, Zabrze, Wodzisław Śląski, Bielsko-Biała, Sosnowiec, Katowice, Tychy, Dąbrowa Górnicza, Cieszyn...

– Analiza mineralogiczna pyłów zanieczyszczających powietrze prowadzona jest dwoma podstawowymi metodami przy użyciu aparatury dostępnej na Wydziale Nauk o Ziemi – wyjaśnia dr Mariola Jabłońska. – Dokonuje się więc analiz za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, które umożliwiają określenie składu chemicznego, rozmiaru oraz kształtu cząstek zanieczyszczających atmosferę. Dodatkowo stosuje się badania wykorzystujące dyfrakcję rentgenowską metodą proszkową, która pozwala na identyfikację krystalicznych składników znajdujących się w pyłach. Kształt cząstek ma istotne znaczenie, gdyż kanciaste i ostro zakończone pyły mogą kaleczyć tkankę płucną, doprowadzając do jej stanów zapalnych i wywołując choroby. Otrzymane wyniki badań pozwalają na obserwację różnic w składzie mineralnym pyłów w zależności od kierunku i prędkości wiatru. Umożliwiają identyfikację źródeł, które wprowadzają zanieczyszczenia pyłowe do atmosfery. Wyróżniamy więc składniki pochodzenia naturalnego, związane z procesami wietrzenia np. kwarc, skalenie, minerały ilaste i in. oraz składniki pochodzące z działalności człowieka. Tutaj skład jest już bardziej urozmaicony: od kulistych cząstek o składzie szkliw glino- krzemianowych, przez różne rodzaje ostrokrawędzistych cząstek o składzie tlenków żelaza, po związki zawierające metale ciężkie, takie jak: ołów, bar, cynk, kadm, cynę, arsen, a nawet itr, czy lantanowce. Największy wpływ na zanieczyszczenie powietrza w rejonie Sosnowca ma spalanie paliw kopalnych. Cząsteczki sadzy, która jest lekka i może być transportowana na znaczne odległości charakteryzują się możliwością przyłączania cząsteczek zawierających w swoim składzie chemicznym często pierwiastki metali ciężkich. Ponadto jej rozmiary (agregaty często mają poniżej 1 mikrometra) sprawiają, że z łatwością przedostają się one do układu oddechowego.

Część projektu dotycząca wpływu zmienności stężenia pyłów na zdrowie człowieka realizowana jest w pobliskiej szkole podstawowej nr 45 i jest koordynowana przez lekarzy- alergologów z Instytutu Medycyny Pracy i Zdrowia Środowiskowego w Sosnowcu – dr Joannę Kasznię-Kocot i dr. Piotra Brewczyńskiego. Na początku udział zadeklarowało ponad 450 uczniów klas od I do V, ale ostatecznie pozostało ok. 250. Dzieci korzystają z bezpłatnych badań spirometrycznych i testów alergicznych. Uzyskane informacje pozwolą na określenie częstości występowania atopii i wyodrębnienie czynników ryzyka pojawiania się różnorodnych alergii.

Na ostateczne wnioski przyjdzie zaczekać do końca października, ale już dziś potwierdzają one kluczową rolę warunków synoptycznych i meteorologicznych w kształtowaniu stężenia i składu pyłów. Bezwietrzna i bezdeszczowa pogoda skutkuje najwyższym stężeniem pyłu PM10, natomiast większe prędkości wiatru i duże opady przyczyniają się do znacznego spadku poziomu jego stężeń. Najczęstszą przyczyną przekroczeń normy dobowej pyłu jest inwersja termiczna sprzyjająca koncentracji pyłu w warstwie przyziemnej. Analiza próbek wyraźnie wskazuje główny typ zanieczyszczeń, których źródłem jest tak zwana niska emisja, czyli emisja pyłów i gazów pochodzących ze spalania węgla i jego pochodnych w piecach domowych lub lokalnych kotłowniach, do których niejednokrotnie – mimo zakazu – trafiają tworzywa sztuczne, śmieci i odpady organiczne. Gęsta sieć szlaków komunikacyjnych, rosnące natężenie ruchu, wzrost liczby samochodów, niestety w wielu przypadkach z niesprawnie działającymi katalizatorami, także znacznie przyczyniają się do wzrostu zanieczyszczenia powietrza.

– Doskonalenie metod prognozy wystąpienia sytuacji niekorzystnych z punktu widzenia zanieczyszczenia powietrza może poprawić system właściwego ostrzegania – wyjaśnia dr Leśniok – jest to szczególnie ważne dla ludzi starszych, chorych i dzieci. Istniejące w tym zakresie modele matematyczne czasami zawodzą, co widzimy, śledząc prognozy pogody. Wykorzystując wyniki badań można także opracować odpowiednią strategię i wpływać na zmniejszenie skutków wpływu zanieczyszczeń na zdrowie. W wielu miastach europejskich i azjatyckich w krytycznych dniach wprowadzono na przykład wahadłowy ruch samochodowy. Ludzi trzeba nie tylko informować, ale jednocześnie edukować i sukcesywnie mobilizować do działań na rzecz poszanowania dobrej jakości powietrza, do wymiany kotłowni węglowych na inne źródła energii – podsumowuje klimatolog.

Doktor Leśniok w 2008 roku był pomysłodawcą i głównym twórcą projektu stałego monitorowania m.in.: poziomu stężenia pyłu zawieszonego, dwutlenku siarki, tlenku azotu, dwutlenku azotu, sumy tlenków azotu, ozonu w, powołanej do tego celu, Stacji Monitoringu Zanieczyszczeń Powietrza na Wydziale Nauk o Ziemi w Sosnowcu. Na ogólnodostępnej tablicy wyświetlane są informacje na temat aktualnej temperatury, temperatury odczuwalnej, wilgotności powietrza, kierunku i prędkości wiatru itp.