[Bag om Miljøsk][Planlagte numre][Tidligere numre][Udvalgte artikler][English presentation]P
Partikel forurening fra trafik – Er det et helbredsproblem?
Af Martin Hvidberg og Ole Hertel
Danmarks Miljøundersøgelser, Afd. for Atmosfærisk Miljø, P.O. Boks 399, Frederiksborgvej 399, 4000 Roskilde
Indledning
Der fokuseres i befolkningen og i det politiske system i stigende grad på partikulær luftforurening i byerne. En stor del af den partikulære luftforurening vi udsættes for i byerne stammer fra trafikken, men en ikke uvæsentlig del er langtransporteret forurening fra andre lande. Fordelingen mellem de forskellige bidrag afhænger af hvilke partikler man ser på . Her er det især de mindste partikler der er genstand for ny forskning, da man har opdaget at de har en stor, måske den største helbredsskadelig effekt, men de større partiklers helbredseffekter bliver også stadigt undersøgt.
Ud over at de forurenende partiklerne i luften har en direkte skadelig virkning på mennesker, kan de også forårsage adjuvans, en indirekte effekt på immunforsvaret så man får forøget tilbøjelighed til at udvikle allergiske reaktioner overfor almindeligt forekommende allergener, fx. pollen, husstøv og pelsdyr.
Denne artikel forsøger at give baggrund for samt opsummere nogle af de nye resultater fra projekter under det Tværministerielle Strategiske Miljøforskningsprogram – SMP, samt projekter under Indenrigs- og Sundhedsministeriets Miljømedicinske Forskningscenter - ISMF.
Partiklerne – Hvor kommer de fra?
Trafikken er en væsentlig kilde til partikulær luftforurening, men man er nødt til at skelne mellem forskellige grupper af partikler, især i forhold til størrelsesklasser.
Inden for luftforurening taler man om tre grupper af partikler: Grove, fine og ultrafine.
Grove partikler (2,5-100µm) er overvejende ?støv? fra almindelig slitage/erosion og har mange kilder. Naturligt forekommende grove partikler kan stamme fra naturens egne erosive processer, hvor bjergarter nedbrydes, eller fra havsprøjt samt pollen. Antropogent støv vil, i en befærdet gade, for en stor del bestå af slitageprodukter fra dæk og vejbelægning . Disse partikler kan være naturligt forekommende mineraler fx. Si, Ca og Fe, men kan også indeholde fx. gummi.
Fine partikler (0,1-2,5µm) består overvejende af såkaldte sekundære partikler, som dannes i atmosfæren ud fra overvejende menneskeskabte emissioner af forurenende gasser. Omdannelsen kan være oxidation af svovldioxid eller kvælstofoxid til sulfat og nitrat. Ammonium kan dannes når ammoniak reagerer med sure partikler i atmosfæren. Derfor findes i de fine partikler en væsentlig del af luftens partikulære ammonium, sulfat og nitrat. De fine partiler svæver, i sagens natur, lettere end de grove. De fjernes fra luften stort set kun i forbindelse med nedbør. De fine partikler omfatter såleder en stor fraktion af langtransporteret materiale, og hvis forudsætningerne er rigtige kan de transporteres i op til en uge og således sagtens spredes over adskillige lande.
Ultrafine partikler (0,01-0,1µm) i bymiljøet kommer, for en stor dels vedkommende, direkte fra bilernes udstødning. Disse partikler omfatter sod, halvflygtige partikler og aske, og de består af komponenter som delvist forbrændt dieselolie, smøreolie, svovlsyre, PAH?er, samt metaller.
Mængden af ultrafine partikler afhænger i høj grad af trafikken, dens intensitet og køretøjssammensætningen, samt køremønster. Omgivelsernes beskaffenhed, i form af gaderummets dimensioner og de meteorologiske forhold bestemmer tilsammen luftudskiftningen i gaderummet og er dermed en meget vigtig faktor for trafikanternes, og andres, eksponering til forureningen.
Eksponering
Hvert minut trækker du 15 liter luft ned i lungerne, og selvom tanken om forurenende partikler i luften i sig selv kan være yderst utiltalende, bliver de desuden en reel helbredsrisiko når vi eksponeres med dem i tilstrækkeligt høje koncentrationer.
Eksponeringen er afhængig af adskillige faktorer, hvoraf emission og spredning er at betragte som de væsentligste. Fokus ligger ofte på emission af forurening og denne faktor er ofte hvor man kan finde metoder til at begrænse forureningen, ved simpelt hen at reducere udledningen. Spredningen er dog ligeså vigtig en faktor, især når man tænker i eksponering. I mange år har man udledt forurening til fx. havet i den tro at det ville ?forsvinde?. Her er det spredningsfaktoren man håbede på ville løse alle problemer. Få ansvarlige personer tror dog i dag på at hverken havet, luften eller andre dele af økosystemet kan tåle enhver belastning med forurenende stoffer.
Når man skal vurderer hvor vidt en given forurening udgør et ?problem? må man se på eksponeringen af mennesker. Hvor store koncentrationer findes hvor i vores miljø og i hvilken grad udsættes vi for og reagerer vi på disse koncentrationer. For at bestemme koncentrationer i miljøet anvendes enten målinger eller modeller. Målingerne bruges som viden i sig selv og også som input til, og validering af modeller.
Måling
Der foretages måling af luftforureningen i Danmark på udvalgte steder. I København findes to målestationer på tæt trafikerede gader (Jagtvej og H.C. Andersens boulevar11). Desuden findes målestationer som er placeret så de repræsenterer byens baggrundsniveau (fx. på taget af H.C. Ørsteds instituttet) og det regionale baggrundsniveau (fx. ved Lille Valby). Se http://luft.dmu.dk for detaljeret information om målestationerne samt online måleresultater.
PM10, PM2,5
Måling af luftens indhold af partikler opgives i dag primært som PM10 og PM2,5
dvs. massen af partikler mindre end 10 m hhv. 2,5µm. Dette indebærer at de grove partikler ikke fuldstændigt medregnes i målingerne for PM10?s vedkommende og slet ikke måles for PM2,5?s vedkommende.
Disse målinger kan rent teknisk udføres på et antal forskellige måder, som det vil føre for vidt at komme ind på her, i Danmark bruges bl.a. metoderne SM200 og TEOM. Det er dog vigtigt at bemærke at de forskellige målemetoder ikke giver samme resultat under alle forhold. Der findes en EU standard metode (svarende til SM200) som bruges i Danmark til det landsdækkende måleprogram
Ultrafine
Målingen af ultrafine partikler er nyere, bl.a. fordi man først i nyere tid har fået mistanke om at disse udgør en væsentligt helbredsrisiko, selvom deres masse er næsten forsvindende. Ultrafine partikler måles med endnu andre metoder, bl.a. med DMA og DMPS. Disse målere adskiller sig desuden ved at fungerer ved at partiklernes sorteres og tælles vha. elektriske, snarere end mekaniske metoder. Dette åbner op for dels at måle variationer over kortere tidsperioder fx. hver 5 minutter, samt at hente disse data online fra måleren.
Modellering
Da det ikke er muligt at måle luftforureningen over det hele, hele tiden, bliver det hurtigt attraktivt at kombinerer målinger med modeller. Modeller bliver ofte angrebet for at være elitære og manipulerede, og kan også være det sidste, men det er langt fra reglen. Modeller til bestemmelse af luftforurening kan dog være komplekse da de skal være i stand til at forudsige forhold om atmosfærens indhold af forskellige stoffer til et bestemt, måske fremtidigt, tidspunkt. En sådan model er ofte en kombination af adskillige delmodeller, og således betragtet er det mere overskueligt. Helt basalt går det ud på at bestemme emissionen og derefter spredning, omdannelsen og afsætningen af forurening.
Emissions modellering handler om kildebestemmelse og kilde forudsigelse. Når det drejer sig om trafikgenereret forurening drejer det sig altså om at forudsige trafikken, dens mængde, og fordeling på køretøjstyper, kørselsmønstre samt dens fordeling i tid og rum. Det vil være omfattende at gå i detaljer med trafikmodellering men en simpel tilgang vil baserer sig på statistisk behandling af observationer, lidt det samme vi alle gør når vi kikker på uret og tænker ?er der mon allerede kø på motorvejen?, men der findes også meget avancerede modeller som er i stand til at simulerer hver enkelt bilists handlemønster baseret på den øvrige trafik.
Spredning af luftforureningen afhænger af de meteorologiske forhold og det kan involverer målinger af meteorologi eller en vejrforudsigelsesmodel. Spredningen påvirkes desuden af beskaffenheden af landskabet, især dets overfladeruhed. Der er derfor nødvendigt med kendskab til landskabets geografiske karakteristika og modeller til beregning af spredning af luftforurening indeholder ofte detaljeret informationer om landskabet samt veje og bygninger.
En ny type modeller som udvikles bl.a. hos Danmarks Miljøundersøgelser er de Personlige eksponeringsmodeller. I udviklingen og valideringen af disse modeller anvendes eksperimentelle studier hvor man følger en enkelt person forsøgsperson over 2-5 dage, og hvor forsøgspersonens færden og aktiviteter registreres minutiøst. Desuden måles man konstant luftforurening i deres nærhed fx vha. en lille rygsæk med måleudstyr, som de bærer/har hos sig hele tiden. Forsøgspersonerne fører en udførlig dagbog over aktiviteter og noterer specifikt hvis de udsættes for fx. røg, madlavnings damp, stearinlys, mv. Endeligt afleverer forsøgspersonerne bl.a. blod- og urinprøver som kan anvendes til analyse for markører for eksponering og skadevirkning. Det registreres med GPS, flere gange i minuttet med ca. 10 meters nøjagtighed, hvor personen befinder sig. Man håber med denne type studier at opbygge viden som gør det muligt at estimere hvor meget luftforurening en person har været udsat for, blot ved at kende detaljer om personens færden og vaner. Danmarks Miljøundersøgelsers personlige eksponeringsmodeller er netop blevet valideret mod målte eksponeringer og resultaterne er generelt rimeligt gode, selv om der fortsat er identificeret mange muligheder for at forbedre modellerne 5). Man forbereder nu at bruge modellen for grupper af personer som har udviklet ludtvejslidelser, i håb om at man kan finde mønstre i forhold til kontrolgrupper som kan give ny viden som kan bruges i forebyggelsen af disse sygdomme.
Der er meget stor forskel på hvordan man modellerer spredning af luftforurening alt efter hvilken skala man er interesseret i. Der findes modeller som forudsiger helt overordnede fordelinger for fx. Europa, til modeller som forudsiger forskellen på den ene og den anden side af gaden.
Danmarks Miljøundersøgelser udvikler og kører forskellige modeller til forudsigelse af luftforurening. Bl.a. online luftforurenings forudsigelser for Danmark – http://luft.dmu.dk
Niveauer i Danmark
Grænseværdier
Gældende EU regler fra 2005 angiver PM10 på max. 50 µg/m3 som døgnmiddel og 40 µg/m3 som årsmiddel. Døgnmiddel må max. overskrides 35 om året. De sidste to værdier skærpes gradvist hen mod år 2010 til hhv. 20 µg/m3 årsmiddel og max. 7 overskridelser af 50 µg/m3.
Faktiske niveauer
Årsgennemsnit værdierne for PM10 er målt i 2001 til mellem 21 og 34 for hhv. baggrundsniveau (ved Lille Valby) og for tæt trafik (Jagtvej, København). Således overholder vi stadigt grænseværdierne for disse værdier, men skal reducerer vores niveauer hvis vi skal holde os under det gradvist sænkende loft.
De sidste ca. 20 år repræsenterer et fald i luftforurening i Danmark. Dette tilskrives delvist et fald i forureningen med grove partikler, hvor de lokale kilder har stor betydning. Man har her noteret en positiv udvikling bl.a. fra bygge og anlægs industrien og andre støvende industrier som synes at have mindsket deres udledninger som følge af øget omhu i arbejdsprocessen. Delvist tilskrives den positive udvikling et fald i de fine partikler som langtransporteres. Dette skyldes tilsyneladende i stor grad en generel lavere emission fra Europa, herunder Østeuropa. Man har også oplevet et markant fald i ultrafine svovlsyre partikler fra diselbiler da man for år tilbage skiftede til Diesel med lavt svovlindhold, ligesom mængden af bly er faldet til under 1/10 siden man gik over til blyfri benzin 6).
Fremtiden må dog byde på yderlig reduktion i alle forureningstyper for at leve op til grænseværdierne frem til 2010. Det forventes at der kan findes reduktioner på især de ultrafine partikler, eftersom de udgøre det nyeste område for øget opmærksomhed. Her vil forbedret røgrensning fra centrale kraftværker og anden forbrændende industri forhåbentligt give positive resultater. Desuden forventes en reduktion fra trafikken som følge af forbedrede filtre og katalysatorer på både benzin- og diselbiler.
Effekter af partikulær forurening
Der har været lavet relativt få undersøgelser af sammenhængen mellem partikulær forurening og helbred, men de peger alle sammen på en sammenhæng mellem partikulær luftforurening og bl.a. dødelighed, luftvejs og hjerte- karsygdomme. Desuden har flere undersøgelser fundet en sikker sammenhæng mellem PM10 og helbredsproblemer. En undersøgelse af 550.000 personer i USA viser sammenhæng mellem PM2,5 og både lungecancer og dødelighed 12)
Ud fra en teoretisk betragtning formodes grovere partikler at udgøre en mindre helbredsrisiko end de fine og ultrafine. De grove partikler sætter sig mest i næse og svælg, hvorfra en del synkes og kan derved optages i fordøjelsessystemet. De fine partikler kan nå videre ned i luftvejene og afsættes i bl.a. bronkierne, hvorfra kroppen stadigt selv kan rense dem ud mens de ultrafine partikler kan nå helt ud i lungernes fineste forgreninger alveolerne, og ultimativt over i blodbanen. Det er disse partikler der menes at kunne påvirke blodets viskositet og hjertekredsløbet – bl.a. føre til dannelse af blodpropper. De seneste danske undersøgelser konkluderer at udsættelse for luftforurening i form af ultrafine partikler, selv i de mængder som findes på gade niveau i København, giver anledning til skader på bl.a. DNA. Dette kan have betydning for udvikling af kræft, hjerte- karsygdomme og astma. 12)
Mange undersøgelser peger samstemmende på at en given mængde forurening udgør en større helbredsrisiko hvis jo finere partiklerne er.
Dosis-respons
Det er vanskeligt at give sikre dosis-respons sammenhænge og der er endvidere kun gennemført meget få studier hvor der er set på ultrafine partikler som vi i dag anser for at udgøre det største problem.. For de fine partikler er der foretaget flere undersøgelser i såvel USA som Europa. WHO har på baggrund af disse studier anslået at en øgning af PM2,5 med 10 µg/m3 vil medføre en 1-års reduktion i middellevetiden. Undersøgelser fra Schweiz tyder på at det nuværende niveau af PM10, per 1 mill. indbyggere, årligt koster 470 dødsfald, 6400 tilfælde af akut bronkitis hos børn og 400000 tabte arbejdsdage. Hollandske undersøgelser konkluderer bl.a. at personer som lever under 100 m fra stærkt trafik har dobbelt så høj risiko for dødelige hjertelidelser. 11)
De foreliggende studier af helbredseffekter af ultrafine partikler er baseret på tidsseriedesign og eksperimentelle undersøgelser som giver begrænset mulighed for at give kvalitative estimater af sammenhænge mellem størrelsesfraktioner af partikler og helbredsudfald. Det eneste foreliggende estimat angiver en stigning i akut dødelighed på 4,5% (med sikkerhedsgrænser fra et fald mellem 0,05% til en stigning på 11%) ved en stigning fra 8.000 til 20.700 ultrafine partikler per ml luft. I Københavnsområdet med en befolkning på 1,2 millioner indbyggere har man en samlet dødelighed på ca. 12.000 per år. Forestillede man sig en reduktion af partikel niveauet på 60%, så kunne det reducere antallet af dødsfald med 675 årligt (med en 95% sikkerhedsinterval fra 0 til 1650) 11). Sikkerhedsintervallet angiver at den sande værdi med 95% sikkerhed ligger inden for intervallet og med det centrale estimat som det mest sandsynlige.
Perspektivering
Der er fortsat mange ubesvarede spørgsmål i relation til eksponering og helbredseffekter af partikler. Man mener i dag at risikoen for helbredsskadelig effekter fra partikulær luftforurening er omvendt proportional med partiklernes størrelse, altså at de mindste partikler er de farligste. Man erkender samtidigt at det er disse partikler man indtil for nylig har gjort mindst ud at måle. Imidlertid ved man fortsat ikke hvad der er ved partiklerne som forårsager disse helbredseffekter – om det er den kemiske sammensætning af partiklerne eller blot deres størrelse i sig selv som er kritisk. Hvis effekten hænger sammen med kemisk sammensætning så vil forskellige kilder bidrage til forskellige effekter.
En lang række studier har vist at den partikulære luftforurening har helbredsmæssige effekter, og at der er væsentligt sundhedsmæssige gevinster at hente hvis man kan nedbringe luftforureningen i almindelighed og den partikulære luftforurening i særdeleshed. En række tiltag til reduktion af befolkningens udsættelse for den partikulære forurening synes på vej – det drejer sig primært om partikelfiltre til tunge dieselkøretøjer, som formodentlig vil blive et krav i miljøzoner omkring en række af de større danske byer. Krav om reduktioner af udslip af kvælstofoxider, svovl, ammoniak og kulbrinter vil fortsat reducere koncentrationen af de langtransporterede partikler i den fine fraktion (PM2.5), hvilket kan tænkes at have en positiv helbredsmæssig effekt.
Selv om trafikkens forurening med partikler reduceres vil der forsat være mange uafklarede punkter når det gælder partikulær forurening. Befolkningen udsættes fx for store partikelkoncentrationer i indemiljøet, hvor der er mange kilder til forureningen – dels udendørs forurening som trænger ind i boligen og dels indendørs kilder som rygning, madlavning, pejse og brændeovne, stearinlys samt afslidning af materialer, gulve etc. Hvilken helbredsmæssig effekt disse partikler har er fortsat et uafklaret spørgsmål.
Referencer
1) Airborne Particles Expert Group - 1999
Source Apportionment of Airborne Particulate Matter in the United Kingdom
http://www.environment.detr.gov.uk/airq/ - ISBN 0-7058-1771-7
2) Brandt, J., Hertel, O., Fenger, J. - 2001
Borte med blæsten: Tema-rapport DMU
Miljø- og Energiministeriet, Danmarks Miljøundersøgelser
3) Hertel,O., De Leeuw,F.A.A.M., Raaschou-Nielsen,O., Jensen, S.S., Gee,A., Herbarth, O., Pryor,S., Palmgren, F., Olsen, E. – 2001
Human exposure to outdoor air pollution
Pure Appl.Chem.,Vol.73,No.6,pp.933-958,2001.
4) Hertel, O., Palmgren, F., Jensen, S.S., Wåhlin, P., Hvidberg, M. – 2003
Partikulær luftforurening
Miljø og Sundhed, ISNF Supplement nr. 2, maj 2003
Indenrigs- og Sundhedsministeriets Miljømedicinske Forskningscenter
5) Hertel, O., Jensen, S.S., Hvidberg, M., Brocas, M., Berkovitz, R., Loft, S., Sørensen, M., Raaschou-Nielsen, O. – 2003 (in press)
Modellering af individuel udsættelse for luftforurening og validering med samenligninger med målte eksponeringer.
Center for Miljø og Luftveje
6) Fenger, J. – 1997
En atmosfære med voksende problemer: Tema-rapport DMU
Miljø- og Energiministeriet, Danmarks Miljøundersøgelser
7) Jensen, F.P. - 2001
Particulate pollution of the air, pp.148: The state of the Environment in Denmark
NERI Technical Report No 409, Ministry of the Environment, Denmark.
8) Jensen, S.S., Berkowicz, R., Winther, M., Jensen, F.P., Zlatlev, Z. - 2000
Future Air Quality in Danish Cities
Environmental project no 352 - Miljøstyrelsen, Miljø- og Energiministeriet
9) Jensen, S.S., Berkowicz, R. Hansen, H.S., Hertel, O. - 2001
A Danish decision-support GIS tool for management of urban air quality and human exposure
Transportation Research Part D (2001) 229-241
10) Larsen, P.B., Larsen, J.C., Fenger, J., Jensen, S.S. - 1997
Sundhedsmæsig vurdering af luftforurening ved vejtrafik
Miljøprojekt nr. 352 - Miljøstyrelsen, Miljø- og Energiministeriet
11) Loft, S., Raasschou-Nielsen, O., Hertel, O., Palmgren, F.
Sundhedsmæsige effekter af partikulær luftforurening
Miljø og Sundhed, ISNF Supplement nr. 2, maj 2003
Indenrigs- og Sundhedsministeriets Miljømedicinske Forskningscenter
12) Loft, S., Sørensen, M., Knudsen, L.E., Møller, P., Hertel, O., Jensen, S.S., Andersen, H.V., Nielsen, I.V., Autrup, H., Dregsted, L., Wallin, H., Raaschou-Nielsen, O. – 2003 (in press)
Måling af individuel eksponering for luftforurening i København med personlige målere og biomarkører.
Center for Miljø og Luftveje
13) Palmgren, F., Berkowicz, R., Jensen, S.S., Kemp, K. - 1997
Luftkvalitet i danske byer: Tema-rapport DMU
Miljø- og Energiministeriet, Danmarks Miljøundersøgelser
14) Palmgren, F., Wåhlin, P., Berkowicz, R., Hertel, O., Jensen, S.S., Loft, S., Raaschou-Nielsen, O.
Partikelfiltre på tunge køretøjer i Danmark. Luftkvalitets- og sundhedsvurdering
Faglig Rapport 358 – Danmarks Miljøundersøgelser
15) Poulsen, O.M. – 2003 (in press)
Risikovurdering af luftforurening
Center for Miljø og Luftveje
16) Kommissionen For De Europæiske Fællesskaber - 1997
Forslag til Rådets Direktiv om luftkvalitetsgrænseværdier for svovldioxid, nitrogenoxider, svævestøv og bly i luften
KOM(97) 500 endelig udg. 97/0266 (SY9)
17) World Health Organization, Regional Office for Europe, Copenhagen - 2000
Air Quality Guidelines for Europe, Second Edition
WHO Regional Publications, European Series No.91 - ISBN 1358-3 ISSN 0378-2255
Om forfatterne
Martin Hvidberg er Cand. Scient. og er ansat som forsker ved Danmarks Miljøundersøgelser, Afd. for Atmosfærisk Miljø. Email: mhv@dmu.dk
Ole Hertel er civilingeniør, Dr. Scient og ansat som seniorforsker og gruppeleder ved Danmarks Miljøundersøgelser, Afd. For Atmosfærisk Miljø. Email: Ole.Hertel@dmu.dk .
Forslag til ?Bokse?
PAH: Polycykliske Aromatiske Hydrocarboner. Kulbrinteforbindelser som typisk er restprodukter fra forbrændingsprocesser og mistænkes for at være kræftfremkaldende 13). Findes i udstødningsgas, men også i duften fra køkkenet og i det sorte på grillbøffen.
SM200 og TEOM: Tapered Electronic Oscillating Microbalance. Målemetoder til PM10 og PM2,5 hvor luften passerer gennem et filter. SM200 måler absorption af beta stråling, mens TEOM måler svingningerne i det opsamlende filter.
DMA og DMSP: Differential Mobility Analyser, Differential Mobility Particle Sizer. Målemetoder til ultrafine partikler hvor et elektrisk felt afbøjer partiklerne afhængigt af størrelse. Kun den rigtige størrelse rammer en smal spalte ind til et kondensationskammer hvor partiklerne ledes gennem en gasart der kondenserer på dem, hvorved de opnår en størrelse så man kan tælle dem med en optisk måling. I DMA?en er spændingen og dermed partikelstørrelsen fast, mens i DMSP?en variere spændingen så man kan kortlægge hele størrelsesfordelingen af ultrafine partikler.
GPS: Global Positioning System. Apparat og metode til bestemmelse af sin position på jorden. Bestemmelsen foregår ved at ?lytte? til signaler fra satellitter placeret ca. 20.000 km fra jorden, og sammenligne deres position på himlen med det tidssignal de sender. Herved kan man lave en klassisk trigonometrisk beregning i 3D og således bestemme sin egen position.
|