Kaupunkiympäristön aerosolihiukkasten deposoituminen hengityselimistöön

Abstract

Hengitysilman laatu on yksi merkittävimmistä tekijöistä pohdittaessa ihmisten terveyteen linkittyviä ympäristökysymyksiä. Esimerkiksi ulkoilman pienhiukkasten tiedetään vaikuttavan selvästi elinajanodotteeseen sekä lisäävän sairastuvuutta hengityselinsairauksiin. Ulkoilman ilmanlaatua tarkkaillaan erityisesti kaupungeissa, sillä kaupungeissa on runsaasti ihmisiä, jotka voivat altistua korkeille hiukkaspitoisuuksille. Kaupungeissa on tyypillisesti myös useita merkittäviä hiukkaspäästölähteitä. Lisäksi tiivis rakentaminen estää ilmanvaihtumista ja päästöjen laimenemista, jolloin hiukkaspitoisuudet kohoavat. Tämä on tyypillistä erityisesti korkeiden rakennusten reunustamissa katukuiluissa.

Tässä kandidaatintyössä perehdyttiin kaupunkiympäristön aerosolihiukkasiin sekä niiden deposoitumiseen ihmisen hengityselimistöön. Deposoitumisella tarkoitetaan kantokaasussa leijuvien hiukkasten tarttumista johonkin pintaan tai esimerkiksi laskeutumista hengityselimistöön. Työssä tutustuttiin muutamiin hiukkasiin liittyviin suureisiin, kuten hiukkaskokoon ja massapitoisuuteen sekä pohdittiin eri päästölähteiden ja kaupunkisuunnittelun vaikutuksia ilmanlaatuun ja hiukkaspitoisuuksiin. Lisäksi työssä tutustuttiin eri deposoitumismekanismeihin ja pohdittiin deposition merkitystä hengityselimistön eri osille. Deposition yhteydessä tarkasteltiin myös eri deposoitumismekanismien ja -paikkojen depositio-osuuksia, eli deposoituvien hiukkasten osuutta hengitettävistä hiukkasista, hiukkaskoon funktiona sekä esiteltiin laskentamalli depositio-osuuksille.

Työn kokeellisessa osassa tarkasteltiin katukuilussa mitattuja hiukkaspitoisuuksia sekä laskettiin depositio-osuuksia mittausaineistolle. Mittausaineistona käytettiin Helsingin seudun ympäristöpalveluilta (HSY) saatua mittausaineistoa, joka oli kerätty Helsingin Mäkelänkadun pysyvältä mittausasemalta talvella 2022. Liikkuvuuskokoluokittelijalla (DMPS) mitattu aineisto koostui kokovälillä 10−1000 nm mitatuista hiukkasten liikkuvuushalkaisijoista ja niitä vastaavista lukumääräpitoisuuksista sekä mittauksen aikaleimoista. Työssä verrattiin mittausaineiston pohjalta viikonpäivien sekä eri vuorokauden aikojen vaikutusta lukumääräkokojakaumaan. Lisäksi hengityselimistön eri osille laskettiin depositio-osuudet, kun tarkasteltiin koko mittausaineistoa sekä arkiaamuja ja -öitä. Koko mittausaineiston depositio-osuuksille selvitettiin myös suhteelliset depositio-osuudet.

Kokeellisten tulosten perusteella pääasiallinen päästölähde Mäkelänkadun katukuilussa oli liikenne. Lisäksi tuloksista havaittiin, että arviolta hiukkaskokoon 400 nm asti katukuilun hiukkaset deposoituvat todennäköisimmin alveoli-alueelle, eli keuhkorakkuloihin. Yli 400 nm:n hiukkaset deposoituvat todennäköisimmin ylähengitysteihin. Toisaalta työn teoreettisessa osassa selvisi, että alle 10 nm:n hiukkasia deposoituu huomattavasti ylähengitysteihin, joten kokeellisia mittauksia kannattaisi jatkossa tehdä vielä laajemmalla kokovälillä.