Oddycha każdy z nas, niewielu jednak wie, czym oddychamy naprawdę. Tymczasem dziś trudno o naprawdę czyste powietrze. Oprócz tlenu i azotu do naszych płuc wciąż trafiają szkodliwe gazy i drobiny pyłu zawieszonego. Jakie jest ich rzeczywiste stężenie – w konkretnym miejscu aglomeracji bądź małego miasta, w pobliżu wiejskich zabudowań, w otoczeniu dróg o dużym natężeniu ruchu?

Na tak postawione pytanie precyzyjną odpowiedź może otrzymać dziś każdy, kto skorzysta z usług nowoczesnego mobilnego laboratorium pomiarów środowiskowych, zbudowanego w Zakładzie Interdyscyplinarnych Zastosowań Fizyki w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Świerku w ramach projektu 4LABY.
Wyposażone w najnowszą aparaturę, mobilne laboratorium pomiarów środowiskowych to jeden z nielicznych w Polsce pojazdów badawczych umożliwiający prowadzenie precyzyjnych pomiarów jakości powietrza atmosferycznego w praktycznie dowolnym rejonie kraju, o każdej porze roku.

„Nasze laboratorium mieści się w niewielkim kontenerze z własnym podwoziem. Przyczepę możemy błyskawicznie przetransportować tam, gdzie pojawi się potrzeba dokonania badań. Kompaktowe rozmiary pozwalają ustawić laboratorium niemal wszędzie, nawet w tak ubogich w wolną przestrzeń miejscach, jak skrzyżowania w centrach dużych miast. Samo przygotowanie laboratorium do pracy to kwestia zaledwie godzin”, wyjaśnia dr Jan Sernicki, kierownik Laboratorium Pomiarów Środowiskowych NCBJ.

A jest co badać. Dla mieszkańców terenów zurbanizowanych szczególnie uciążliwe są zanieczyszczenia powietrza związane z ruchem samochodowym, jak również pochodzące ze spalania węgla oraz odpadów w paleniskach domowych (tzw. niska emisja). Źródłem zwiększonej emisji tlenków azotu, tlenku węgla, dwutlenku siarki i metali ciężkich może być też pobliski przemysł. Wiele zależy również od pory roku. Zimą problemem stają się ponadnormatywne stężenia pyłu zawieszonego i lotnych związków organicznych, w tym silnie rakotwórczego benzo(a)pirenu. Latem źródłem zagrożenia jest trujący troposferyczny ozon.

Nowoczesne analizatory, zainstalowane w mobilnym laboratorium Narodowego Centrum Badań Jądrowych, potrafią automatycznie i ciągle monitorować stężenia tlenków azotu (NO/NO2/NOx), tlenku węgla CO i ozonu O3. Specjalnością stacji są jednak w pełni zautomatyzowane pomiary pyłu zawieszonego w powietrzu atmosferycznym.

Pył zawieszony to unosząca się w powietrzu złożona i różnorodna mieszanina drobin organicznych i nieorganicznych, pochodzenia zarówno naturalnego, jak i antropogenicznego. Zawiera wiele substancji toksycznych, takich jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (m.in. wspomniany benzo(a)piren), metale ciężkie, dioksyny czy furany. Drobiny pyłu mogą pochodzić z emisji bezpośredniej lub powstawać już w powietrzu, w wyniku reakcji między substancjami zawartymi w atmosferze. Mają różne rozmiary: największe są widoczne nawet gołym okiem, najmniejsze trzeba mierzyć w nanometrach, czyli miliardowych częściach metra..

Gdy nad pewnym obszarem stężenie pyłu zawieszonego wyraźnie i długotrwale przekracza normy, u okolicznych mieszkańców mogą wystąpić poważne konsekwencje zdrowotne. Uporczywy kaszel, infekcje dróg oddechowych, choroby alergiczne – to tylko te łagodniejsze skutki ekspozycji na pył zawieszony. Niestety, pył zawieszony zwiększa także ryzyko wystąpienia astmy, obturacyjnej choroby płuc, niewydolności serca, nadciśnienia tętniczego, a nawet zawału serca, udaru mózgu czy niektórych nowotworów złośliwych (m.in. raka płuc). Długotrwałe wystawienie na pył zawieszony przyspiesza również starzenie się układu nerwowego, co zwykle prowadzi do upośledzenia sprawności umysłowej.

Nowoczesna aparatura mobilnego laboratorium pomiarów środowiskowych, zbudowanego w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, jest w stanie nie tylko ustalić stężenie drobin pyłu zawieszonego w powietrzu, ale także określić ich masy. Zebrane próbki można poddać szczegółowej analizie, np. pod kątem zawartości metali ciężkich, posługując się w tym celu analizą aktywacyjną wykorzystującą wiązkę protonów z cyklotronu C-30, jak również analizator widm gamma. Co niezwykle ważne, sprzęt umożliwia badanie najbardziej szkodliwych dla zdrowia, ultradrobnych cząstek pyłu zawieszonego, o średnicach aerodynamicznych niewiele większych od 20 nanometrów (a więc kilkaset razy mniejszych od średnicy ludzkiego włosa!).

W badaniach nad rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń kluczową rolę odgrywają bieżące informacje o warunkach meteorologicznych panujących w miejscu pomiaru. Z tego powodu laboratorium wyposażono również w nowoczesną stację meteo z 10-metrowym, rozkładanym teleskopowo masztem i ultradźwiękowym czujnikiem wiatru.

„Dzięki mobilnemu laboratorium pomiarów środowiskowych będziemy w stanie znacznie szybciej reagować na sygnały o zagrożeniach. Przełoży się to z pewnością – po efektywnej reakcji lokalnych władz – na szybszą redukcję stężeń zanieczyszczeń w atmosferze, a w konsekwencji przyczyni do poprawy stanu zdrowia okolicznych mieszkańców”, podkreśla dr Sernicki.

Naukowcy z Narodowego Centrum Badań Jądrowych mieli już okazję przetestować mobilne laboratorium w terenie. Pod koniec lata z powodzeniem przeprowadzono szczegółowe analizy zanieczyszczeń powietrza w okolicach Żarnowca czy w Warszawie.