При вдыхании эти наночастицы могут попасть в легкие и, возможно, в кровоток.Как сообщила группа специалистов из Вирджинского технологического института, эти частицы, известные как наночастицы субоксида титана, непреднамеренно образуются при сжигании угля, создавая мельчайшие частицы размером всего 100 миллионных долей метра. Когда частицы попадают в воздух — если они не улавливаются высокотехнологичными ловушками для частиц — они могут улетать от стеков электростанций и перемещаться с воздушными потоками на местном, региональном и даже глобальном уровнях.Например, эти наночастицы были обнаружены на городских улицах, тротуарах и в стоячей воде в Шанхае, Китай.
Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Communications под руководством руководителя группы Майкла Ф. Хочелла-младшего, заслуженного профессора наук о Земле из Колледжа наук, и Йи Яна, профессора Восточно-Китайского педагогического университета в Шанхае. Среди других участников исследования — Университет Дьюка, Университет Кентукки и Лаврентьевский университет в Канаде.
«Проблема с этими наночастицами заключается в том, что нет простого или практичного способа предотвратить их образование во время сжигания угля», — сказал Хочелла, добавив, что в странах с жесткими экологическими нормами, таких как США, большая часть наночастиц будет захвачена ловушки для частиц. Иначе обстоит дело в Африке, Китае или Индии, где правила нестрогие или отсутствуют, а угольная зола и дым выходят на открытый воздух.«Благодаря передовой технологии, используемой на угольных электростанциях в США, в соответствии с Законом о чистом воздухе и Агентством по охране окружающей среды, большая часть этих наночастиц и других крошечных частиц удаляется до окончательного выброса выхлопных газов электростанции», — сказал Хочелла. . "Но в странах, где частицы от сжигаемого угля не удаляются или удаляются совсем не так эффективно, эти наночастицы субоксида титана и многие другие типы частиц выбрасываются в атмосферу, что отчасти приводит к появлению туманного неба, от которого страдают многие страны, особенно в Китае и Индии ».
Хочелла и его команда обнаружили эти ранее неизвестные наночастицы не только в угольной золе со всего мира и в выбросах газообразных отходов угольных электростанций, но и на городских улицах, в почвах и прудах ливневой воды, а также на очистных сооружениях.«Я не мог поверить в то, что обнаружил вначале, потому что о них очень редко сообщалось в естественной среде», — сказал Ян, который когда-то работал приглашенным профессором на факультете геонаук в Технологическом институте Вирджинии с Хочеллой. «Мне потребовалось несколько месяцев, чтобы подтвердить их наличие в образцах угольной золы».
Недавно обнаруженный субоксид титана, называемый фазами Магнели, когда-то считался редким, редко обнаруживается на Земле в некоторых метеоритах, в небольшом районе скальных образований в западной Гренландии и иногда в лунных породах. Выводы Хочеллы и его команды показывают, что эти наночастицы действительно широко распространены во всем мире. Только сейчас они впервые изучаются в естественной среде с помощью мощных электронных микроскопов.
Почему открытие произошло именно сейчас? Согласно отчету, почти весь уголь содержит следы минералов рутила и / или анатаза, как «нормальных», встречающихся в природе, так и относительно инертных оксидов титана, особенно в отсутствие света.
Исследования показали, что когда эти минералы сжигают в присутствии угля, они легко и быстро превращаются в эти необычные наночастицы субоксида титана. Затем наночастицы увлекаются газами, покидающими электростанцию.При вдыхании наночастицы проникают глубоко в легкие, потенциально полностью в воздушные мешочки, которые перемещают кислород в наш кровоток во время нормального процесса дыхания.
Хотя токсичность этих частиц для легких человека еще не известна, предварительный тест на биотоксичность, проведенный Хочеллой и Ричардом Ди Джулио, профессором экологической токсикологии, и Джессикой Брандт, докторантом Университета Дьюка, показывает, что частицы действительно обладают потенциалом токсичности. .По словам команды, очевидно, что необходимы дальнейшие исследования, особенно тестирование биотоксичности, имеющее непосредственное отношение к легким человека. По словам Янга, идеальным вариантом было бы сотрудничество с угольными электростанциями в США или Китае.Еще более тревожным является то, что исследование показывает, что наночастицы субоксида титана биологически активны в темноте, что делает эти частицы весьма подозрительными.
Точные последствия для здоровья человека пока неизвестны.«В будущих исследованиях потребуется очень тщательно изучить и определить токсичность наночастиц субоксида титана в легких человека, и это может занять годы, — отрезвляющая мысль, учитывая его потенциальную опасность», — сказал Хочелла.Поскольку наночастица субоксида титана образуется случайно, Хочелла и его команда случайно наткнулись на наночастицу во время изучения разлива угольной золы в 2014 году в реке Дэн, штат Северная Каролина.
Во время изучения движения токсичных металлов в золе реки Дан вниз по течению, команда обнаружила и определила присутствие небольших количеств крайне необычного субоксида титана.Позже группа произвела наночастицы субоксида титана при сжигании угля в лабораторном моделировании.
Эта новая потенциальная опасность загрязнения воздуха для здоровья основана на уже установленных выводах Всемирной организации здравоохранения. По его оценкам, в мире ежегодно происходит 3,3 миллиона преждевременных смертей из-за загрязненного воздуха, сказал Хочелла.
В Китае ежегодно оценивается 1,6 миллиона случаев преждевременной смерти из-за сердечно-сосудистых и респираторных заболеваний, вызванных загрязнением воздуха. По словам Янга, в большинстве китайских мегаполисов ежегодно отмечается 100 самых туманных дней с концентрацией частиц в два-четыре раза выше, чем рекомендовано ВОЗ.Прямое воздействие на здоровье человека — это только один фактор.
Выводы тысяч ученых определили, что основной движущей силой потепления на планете и, как следствие, изменения климата является сжигание угля в промышленных масштабах. Воздействие наночастиц субоксида титана, обнаруженных в атмосфере, помимо парниковых газов, на животных, воду и растения пока не известно.