Un nuovo modo di vedere come gli inquinanti attraversano l'atmosfera ha quadruplicato la stima del rischio globale di cancro ai polmoni da un inquinante causato dalla combustione, a un livello che ora è il doppio del limite consentito raccomandato dall'Organizzazione mondiale della sanità.

Le scoperte, pubblicato questa settimana su Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze Edizione anticipata in linea, hanno mostrato che minuscole particelle galleggianti possono crescere semisolide attorno agli inquinanti, consentendo loro di durare più a lungo e viaggiare molto più lontano di quanto previsto dai precedenti modelli climatici globali.

Gli scienziati hanno affermato che le nuove stime corrispondono più strettamente alle misurazioni effettive degli inquinanti provenienti da oltre 300 ambienti urbani e rurali.

Lo studio è stato condotto da scienziati dell'Oregon State University, il Dipartimento dell'Energia del Pacific Northwest National Laboratory, o PNNL, e Università di Pechino. La ricerca è stata principalmente supportata da PNNL.

"Abbiamo sviluppato e implementato nuovi approcci di modellazione basati su misurazioni di laboratorio per includere la schermatura di sostanze tossiche da aerosol organici, in un modello climatico globale che ha portato a grandi miglioramenti delle previsioni del modello, ", ha affermato lo scienziato del clima del PNNL e autore principale Manish Shrivastava.

"Questo lavoro riunisce teoria, esperimenti di laboratorio e osservazioni sul campo per mostrare come gli aerosol organici viscosi possono in gran parte elevare l'esposizione umana globale alle particelle tossiche, proteggendoli dalla degradazione chimica nell'atmosfera."

Inquinanti derivanti dalla combustione di combustibili fossili, gli incendi boschivi e il consumo di biocarburanti includono sostanze chimiche inquinanti dell'aria note come idrocarburi policiclici aromatici, o PAH. Negli Stati Uniti, l'Environmental Protection Agency ha identificato diversi IPA come agenti cancerogeni.

Ma gli IPA sono stati difficili da rappresentare nei modelli climatici passati. Le simulazioni del loro processo di degradazione non corrispondono alla quantità di PAH effettivamente misurata nell'ambiente.

Per esaminare più da vicino fino a che punto possono viaggiare gli IPA mentre viaggiano protetti da un aerosol viscoso, i ricercatori hanno confrontato i numeri del nuovo modello con le concentrazioni di PAH effettivamente misurate dagli scienziati dell'Oregon State University in cima al Mount Bachelor nella centrale Oregon Cascade Range.

"Il nostro team ha scoperto che le previsioni con i nuovi modelli schermati di IPA sono arrivate a concentrazioni simili a quelle che abbiamo misurato sulla montagna, " disse Staci Simonich, tossicologo e chimico presso il College of Agricultural Sciences e il College of Science dell'OSU, ed esperto internazionale sul trasporto degli IPA.

"Il livello di PAH che abbiamo misurato su Mount Bachelor era quattro volte superiore a quanto previsto dai modelli precedenti, e ci sono prove che gli aerosol provenissero dall'altra parte dell'Oceano Pacifico".

Queste minuscole particelle sospese nell'aria formano nuvole, causare precipitazioni e ridurre la qualità dell'aria, eppure sono l'aspetto più poco compreso del sistema climatico.

Un pizzico di fuliggine al loro interno, gli aerosol sono minuscole palline di gas, inquinanti, e altre molecole che si fondono attorno al nucleo. Molte delle molecole che rivestono il nucleo sono note come "organiche". Derivano dalla materia vivente come la vegetazione:foglie e rami, Per esempio, o anche la molecola responsabile dell'odore di pino che si diffonde dalle foreste.

Anche altre molecole come gli IPA inquinanti si attaccano all'aerosol. I ricercatori hanno pensato a lungo che gli IPA potessero muoversi liberamente all'interno del rivestimento organico di un aerosol. Questa facilità di movimento ha permesso al PAH di viaggiare in superficie dove l'ozono, una sostanza chimica comune nell'atmosfera, può scomponerlo.

Ma la comprensione degli scienziati sugli aerosol è cambiata negli ultimi cinque anni circa.

Recenti esperimenti condotti dal coautore del PNNL Alla Zelenyuk mostrano che, a seconda delle condizioni, i rivestimenti aerosol possono effettivamente essere piuttosto viscosi. Se l'atmosfera è fresca e secca, il rivestimento può diventare viscoso come il catrame, intrappolare IPA e altre sostanze chimiche. Impedendo il loro movimento, il rivestimento viscoso protegge gli IPA dalla degradazione.

I ricercatori hanno sviluppato un nuovo modo di rappresentare gli IPA in un modello climatico globale, e lo hanno eseguito per simulare le concentrazioni di PAH dal 2008 al 2010. Hanno esaminato in particolare uno degli IPA più cancerogeni, chiamato BaP. Le simulazioni sono state confrontate con i dati di 69 siti rurali e 294 siti urbani in tutto il mondo, e ha mostrato che le previsioni degli IPA schermati erano molto più accurate delle precedenti, quelli non schermati.

Gli scienziati hanno anche analizzato fino a che punto potrebbero viaggiare gli IPA protetti, utilizzando modelli vecchi e nuovi. In tutti i casi, gli IPA schermati hanno viaggiato attraverso oceani e continenti, mentre nella versione precedente si trasferivano a malapena dal loro paese di origine.

Per esaminare l'impatto che gli IPA giramondo potrebbero avere sulla salute umana, Shrivastava ha combinato un modello climatico globale, eseguendo lo scenario PAH schermato o quello precedente non schermato, con un modello di valutazione del rischio di cancro a vita sviluppato dai coautori Huizhong Shen e Shu Tao, entrambi poi all'Università di Pechino.

Globalmente, il modello precedente prevedeva metà della morte per cancro su 100, 000 persone, che è la metà del limite delineato dall'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) per l'esposizione alla PAH. Ma usando il nuovo modello, che ha dimostrato che gli IPA schermati percorrono effettivamente grandi distanze, il rischio globale era quattro volte quello, o due morti per cancro su 100, 000 persone, che supera gli standard dell'OMS.

Gli standard dell'OMS non sono stati superati ovunque. Era più alto in Cina e India e più basso negli Stati Uniti e nell'Europa occidentale. L'estensione della schermatura era anche molto inferiore ai tropici rispetto alle medie e alte latitudini. Mentre gli aerosol attraversavano i tropici caldi e umidi, l'ozono potrebbe avere accesso agli IPA e ossidarli.

"Non sappiamo quali implicazioni avranno più prodotti di ossidazione PAH sopra i tropici per le future valutazioni del rischio per la salute umana o ambientale, " ha detto Shrivastava. "Dobbiamo capire meglio come la schermatura degli IPA varia con la complessità della composizione dell'aerosol, invecchiamento chimico atmosferico degli aerosol, temperatura e umidità relativa. All'inizio sono stato sorpreso di vedere così tanta ossidazione ai tropici".