世界卫生组织表示，基于颗粒物的环境空气污染每年在全球范围内导致超过400万例过早死亡。最微小的颗粒——2.5微米或更小，被称为PM2.5——对健康构成最大的风险，因为它们可以深入肺部，甚至可能进入血液。
尽管自2000年以来，由于清洁空气法规，美国PM2.5水平总体下降了42%，但科学家们仍然担心即使是低水平的此类污染对健康的影响。美国环境保护署本周将PM2.5的年度国家空气质量标准从每立方米12微克（µg/m3）降低至9微克。美国环保署署长迈克尔·里根在新闻发布会上表示，官员估计，到2032年，新标准将节省高达460亿美元的医疗保健和住院费用。“健康益处将包括减少多达80万例哮喘症状、4500例过早死亡和29万个工作日损失，”他说。世界卫生组织在2021年采用了更低的5 µg/m3标准，理由是致命危害的证据越来越多。
除了调查颗粒的大小，科学家们还在深入研究空气中颗粒的化学成分，与其他受监管的污染物（如铅和臭氧）不同，空气中颗粒包含从烟尘到硝酸盐的各种固体和液体颗粒。一些空气传播的颗粒直接从汽车尾气或工业来源排放；另一些则在大气中形成。这些颗粒的平衡正在发生变化。为了帮助各州达到更严格的空气标准，科学家们将需要对颗粒来源进行更详细的研究。
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2022年7月，十多年来首次，科学家团队开展了一项密集的研究活动，以描述纽约市居民在夏季呼吸的颗粒物“汤”中的成分。研究人员测量了一个月内PM2.5的化学成分。
该团队发现，PM2.5中有80%至83%是有机的或碳基的——根据1月22日发表在ACS ES&T Air上的研究，这一比例高于2001年的约50%。该研究的主要作者、耶鲁大学博士生托里·哈斯-米切尔说：“在过去的20年中，夏季颗粒物已转向有机气溶胶，这主要是由于成功减少了硫酸盐和其他无机化合物。”
该研究在纽约市测量的总有机气溶胶中，约有76%并非直接从源头排放，而是在大气中形成的。这些所谓的二次有机气溶胶是在气体（包括挥发性有机化合物 (VOC)）在大气中氧化时产生的。VOC 由各种来源产生，例如汽车、植被和家用化学品，包括化妆品和清洁剂，这使得识别最具影响力的来源的工作变得复杂。
哈斯-米切尔及其同事的论文是第一篇纳入大气科学和化学测量网络 (ASCENT) 数据的论文——ASCENT 是美国首个长期监测系统，能够对不同的颗粒类型进行化学表征。领导设计这项耗资 1200 万美元的国家科学基金会资助网络的莎莉·吴说，欧洲在五年多前就已具备类似的测量能力。“美国现在应该对其空气质量测量基础设施进行现代化改造了，”吴说，她是佐治亚理工学院的气溶胶科学家，也是纽约市研究的合著者。
最近的研究表明，二次有机气溶胶可能与严重的健康问题有关——尤其是心血管疾病。去年 9 月发表在Environmental Science & Technology 上的一项研究发现，随着有机气溶胶氧化，它们会产生高活性分子，这些分子可以分解人体细胞并造成组织损伤。吴说，氧化的有机气溶胶是 PM2.5 中毒性最强的有机成分。她的研究表明，二次有机气溶胶在大气中氧化的时间越长，毒性就越大。
美国环保署研究科学家哈瓦拉·派与人合著了一篇单独的2021 年自然杂志研究，该研究发现，二次有机气溶胶与美国县级心肺疾病死亡率密切相关。二次有机气溶胶的死亡率是 PM2.5 的 6.5 倍。
科罗拉多州立大学大气科学家艾伦·罗宾逊说：“很有可能气溶胶的毒性正在按质量增加，而二次有机气溶胶将是其中一部分原因。”他没有参与这项新研究或派的研究。换句话说，呼吸更多氧化的气溶胶可能对人类更有毒。但罗宾逊指出，研究 PM2.5 各个成分对健康影响的文献很混乱。他解释说，需要做更多的工作来揭示 PM2.5 中不同粒径和化学成分的复杂组合的影响。派还警告说，需要重复实验的一致结果来验证二次有机气溶胶是否比构成 PM2.5 的其他颗粒携带明显更大的健康风险。
气候变暖会加剧空气污染对健康的风险吗？
之前的研究发现，气温升高会导致更多二次有机气溶胶的产生。哈斯-米切尔及其同事在新研究中发现，在 2022 年 7 月为期五天的酷热天气中，皇后区和曼哈顿的二次有机气溶胶产量分别增加了 60% 和 42%。“我们应该预料到，随着气候变暖，气温升高，健康负担会加重，未来可能会出现更频繁的极端高温事件，”哈斯-米切尔说。
耶鲁大学化学和环境工程师、新论文的资深作者德鲁·根特纳说：“二次有机气溶胶是夏季和城市空气质量中颗粒物日益重要的贡献者，并且[它们具有]温度敏感性，这在未来的气候情景中真的非常重要。” 他补充说，这些化合物“在较高温度下变得更加氧化”，温度升高会导致更多反应性挥发性有机化合物的排放。
随着气候变化导致气温升高，更频繁和更严重的野火已经开始削弱西部州的空气质量改善成果。尽管哈斯-米切尔及其同事在 2022 年夏天没有观察到野火产生的烟雾，但他们预计，来自野火的有机气溶胶——例如去年夏天笼罩美国东北部和中西部大部分地区的烟雾——也将随着气候变化发挥重要作用。
包括洛杉矶、亚特兰大和首尔在内的许多其他城市也记录了来自二次有机气溶胶的 PM2.5 比例不断增加。但天然来源与人为来源的确切混合比例因城市而异。为了继续减少 PM2.5，“我们需要了解导致二次有机气溶胶产生的潜在来源和化学成分，”根特纳说。
纽约市研究的合著者、约翰·霍普金斯大学研究科学家本杰明·诺特说，直到 21 世纪初，测量二次有机气溶胶的工具及其形成机制的理解都还很有限。他说，目前，大多数仪器的设计目的是测量气溶胶的尺寸或化学成分，但不能同时测量两者。科学家们依靠模型来确定有多少二次有机气溶胶来自例如活的植被、沥青或烹饪。但尚不清楚某些来源是否比其他来源更有害。“淋浴和粉刷[房屋]所产生的化学物质有不同的特征，”他说。“现在我们正试图了解它们如何在城市环境中结合在一起。”
这种理解的提高正在推动更细致的污染研究。根特纳说：“随着气溶胶研究的进展，以及检查气溶胶各种化学成分的能力不断提高，我们可以提出关于这些成分对空气质量、人类健康和环境的相对影响的重要问题。” “与主要的污染源相比，解决二次有机气溶胶来源可能不太直接，但[像我们这样的]研究表明，二次有机气溶胶在某些城市地区是最大的贡献者。”
本文的报道得到了新星健康研究所的支持。