世界衛生組織表示，基於顆粒物的環境空氣汙染每年在全球範圍內導致超過400萬例過早死亡。最微小的顆粒——2.5微米或更小，被稱為PM2.5——對健康構成最大的風險，因為它們可以深入肺部，甚至可能進入血液。
儘管自2000年以來，由於清潔空氣法規，美國PM2.5水平總體下降了42%，但科學家們仍然擔心即使是低水平的此類汙染對健康的影響。美國環境保護署本週將PM2.5的年度國家空氣質量標準從每立方米12微克（µg/m3）降低至9微克。美國環保署署長邁克爾·里根在新聞釋出會上表示，官員估計，到2032年，新標準將節省高達460億美元的醫療保健和住院費用。“健康益處將包括減少多達80萬例哮喘症狀、4500例過早死亡和29萬個工作日損失，”他說。世界衛生組織在2021年採用了更低的5 µg/m3標準，理由是致命危害的證據越來越多。
除了調查顆粒的大小，科學家們還在深入研究空氣中顆粒的化學成分，與其他受監管的汙染物（如鉛和臭氧）不同，空氣中顆粒包含從煙塵到硝酸鹽的各種固體和液體顆粒。一些空氣傳播的顆粒直接從汽車尾氣或工業來源排放；另一些則在大氣中形成。這些顆粒的平衡正在發生變化。為了幫助各州達到更嚴格的空氣標準，科學家們將需要對顆粒來源進行更詳細的研究。
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2022年7月，十多年來首次，科學家團隊開展了一項密集的研究活動，以描述紐約市居民在夏季呼吸的顆粒物“湯”中的成分。研究人員測量了一個月內PM2.5的化學成分。
該團隊發現，PM2.5中有80%至83%是有機的或碳基的——根據1月22日發表在ACS ES&T Air上的研究，這一比例高於2001年的約50%。該研究的主要作者、耶魯大學博士生托里·哈斯-米切爾說：“在過去的20年中，夏季顆粒物已轉向有機氣溶膠，這主要是由於成功減少了硫酸鹽和其他無機化合物。”
該研究在紐約市測量的總有機氣溶膠中，約有76%並非直接從源頭排放，而是在大氣中形成的。這些所謂的二次有機氣溶膠是在氣體（包括揮發性有機化合物 (VOC)）在大氣中氧化時產生的。VOC 由各種來源產生，例如汽車、植被和家用化學品，包括化妝品和清潔劑，這使得識別最具影響力的來源的工作變得複雜。
哈斯-米切爾及其同事的論文是第一篇納入大氣科學和化學測量網路 (ASCENT) 資料的論文——ASCENT 是美國首個長期監測系統，能夠對不同的顆粒型別進行化學表徵。領導設計這項耗資 1200 萬美元的國家科學基金會資助網路的莎莉·吳說，歐洲在五年多前就已具備類似的測量能力。“美國現在應該對其空氣質量測量基礎設施進行現代化改造了，”吳說，她是佐治亞理工學院的氣溶膠科學家，也是紐約市研究的合著者。
最近的研究表明，二次有機氣溶膠可能與嚴重的健康問題有關——尤其是心血管疾病。去年 9 月發表在Environmental Science & Technology 上的一項研究發現，隨著有機氣溶膠氧化，它們會產生高活性分子，這些分子可以分解人體細胞並造成組織損傷。吳說，氧化的有機氣溶膠是 PM2.5 中毒性最強的有機成分。她的研究表明，二次有機氣溶膠在大氣中氧化的時間越長，毒性就越大。
美國環保署研究科學家哈瓦拉·派與人合著了一篇單獨的2021 年自然雜誌研究，該研究發現，二次有機氣溶膠與美國縣級心肺疾病死亡率密切相關。二次有機氣溶膠的死亡率是 PM2.5 的 6.5 倍。
科羅拉多州立大學大氣科學家艾倫·羅賓遜說：“很有可能氣溶膠的毒性正在按質量增加，而二次有機氣溶膠將是其中一部分原因。”他沒有參與這項新研究或派的研究。換句話說，呼吸更多氧化的氣溶膠可能對人類更有毒。但羅賓遜指出，研究 PM2.5 各個成分對健康影響的文獻很混亂。他解釋說，需要做更多的工作來揭示 PM2.5 中不同粒徑和化學成分的複雜組合的影響。派還警告說，需要重複實驗的一致結果來驗證二次有機氣溶膠是否比構成 PM2.5 的其他顆粒攜帶明顯更大的健康風險。
氣候變暖會加劇空氣汙染對健康的風險嗎？
之前的研究發現，氣溫升高會導致更多二次有機氣溶膠的產生。哈斯-米切爾及其同事在新研究中發現，在 2022 年 7 月為期五天的酷熱天氣中，皇后區和曼哈頓的二次有機氣溶膠產量分別增加了 60% 和 42%。“我們應該預料到，隨著氣候變暖，氣溫升高，健康負擔會加重，未來可能會出現更頻繁的極端高溫事件，”哈斯-米切爾說。
耶魯大學化學和環境工程師、新論文的資深作者德魯·根特納說：“二次有機氣溶膠是夏季和城市空氣質量中顆粒物日益重要的貢獻者，並且[它們具有]溫度敏感性，這在未來的氣候情景中真的非常重要。” 他補充說，這些化合物“在較高溫度下變得更加氧化”，溫度升高會導致更多反應性揮發性有機化合物的排放。
隨著氣候變化導致氣溫升高，更頻繁和更嚴重的野火已經開始削弱西部州的空氣質量改善成果。儘管哈斯-米切爾及其同事在 2022 年夏天沒有觀察到野火產生的煙霧，但他們預計，來自野火的有機氣溶膠——例如去年夏天籠罩美國東北部和中西部大部分地區的煙霧——也將隨著氣候變化發揮重要作用。
包括洛杉磯、亞特蘭大和首爾在內的許多其他城市也記錄了來自二次有機氣溶膠的 PM2.5 比例不斷增加。但天然來源與人為來源的確切混合比例因城市而異。為了繼續減少 PM2.5，“我們需要了解導致二次有機氣溶膠產生的潛在來源和化學成分，”根特納說。
紐約市研究的合著者、約翰·霍普金斯大學研究科學家本傑明·諾特說，直到 21 世紀初，測量二次有機氣溶膠的工具及其形成機制的理解都還很有限。他說，目前，大多數儀器的設計目的是測量氣溶膠的尺寸或化學成分，但不能同時測量兩者。科學家們依靠模型來確定有多少二次有機氣溶膠來自例如活的植被、瀝青或烹飪。但尚不清楚某些來源是否比其他來源更有害。“淋浴和粉刷[房屋]所產生的化學物質有不同的特徵，”他說。“現在我們正試圖瞭解它們如何在城市環境中結合在一起。”
這種理解的提高正在推動更細緻的汙染研究。根特納說：“隨著氣溶膠研究的進展，以及檢查氣溶膠各種化學成分的能力不斷提高，我們可以提出關於這些成分對空氣質量、人類健康和環境的相對影響的重要問題。” “與主要的汙染源相比，解決二次有機氣溶膠來源可能不太直接，但[像我們這樣的]研究表明，二次有機氣溶膠在某些城市地區是最大的貢獻者。”
本文的報道得到了新星健康研究所的支援。