W odcinku podcastu popularnonaukowego GEOGADKA gości dr Sylwia Dytłow z Zakładu Magnetyzmu Instytutu Geofizyki PAN. Rozmawiamy o enigmatycznym pyle ulicznym i tym, co możemy w nim znaleźć. 

Dagmara Bożek: Zacznijmy od początku – co to takiego pył uliczny? 

Dr Sylwia Dytłow: Pył drogowy, jak sama nazwa wskazuje, to materiał, który zalega na powierzchni ulic, a także na elementach infrastruktury drogowej – ekranach wyciszających czy wewnętrznych ścianach tuneli. Składa się z trzech komponentów. Pierwszy – geogeniczny, mineralny – pochodzi na przykład z pasów glebowych, które są wzdłuż ulic, a także z komponentów mineralnych stosowanych do wytwarzania płyt chodnikowych. Drugi element, antropogeniczny, to wszystkie zanieczyszczenia, które powstają w wyniku działalności człowieka. To przede wszystkim zanieczyszczenia związane z transportem drogowym, spalaniem paliw i zużywaniem infrastruktury drogowej. Trzeci element jest biologiczny – m.in. pyłki roślin, które także znajdują się w pyle drogowym.  

D.B.: O badaniu pyłu, z tym że w mieszkaniach, opowiadała w GEOGADCE dr hab. Beata Górka-Kostrubiec. Dlaczego pył uliczny może być ciekawy z naukowego punktu widzenia? 

S.D.: W pyle drogowym naukowców najbardziej interesują komponenty antropogeniczne, czyli zanieczyszczenia przemysłowe, ponieważ zawierają składniki chemiczne bardzo szkodliwe dla ekosystemu i zdrowia człowieka.  

D.B.: Zatem przechodzimy na interdyscyplinarny poziom Twoich działań, bo reprezentujesz Zakład Magnetyzmu, ale badania, które prowadzisz, mają charakter środowiskowy. Co szkodzi w pyle ulicznym? 

S.D.: Przede wszystkim znajdują się w nim metale ciężkie, metale przejściowe i metaloidy. Są również wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, polimery wchodzące w skład mikroplastików, estry kwasu ftalowego i także związki perfluoroalkilowe – te trzy ostatnie mają status niebiodegradowalnych, czyli pozostają w środowisku i cały czas nam szkodzą. 

D.B.: Co jest punktem wyjścia do Twoich badań? 

S.D.: Ogólną zasadą, którą przyjmujemy, gdy kalkulujemy narażenie człowieka na wspomniane komponenty antropogeniczne znajdujące się w pyle drogowym, jest wielkość ziarna. Oznacza to, że im mniejsze ziarno, tym większa biodostępność składników, które znajdują się na jego powierzchni, a które mogą szkodzić człowiekowi, bo łatwiej przedostają się do organizmu. Ale to nie jedyne szkodliwe działanie pyłu drogowego. Jego najdrobniejsza frakcja, która jest najłatwiej usuwana przez wody deszczowe i częściowo przez wiatr, przedostaje się do wód. Szkodzi zatem całemu ekosystemowi, którego jesteśmy częścią. 

D.B.: W swoich badaniach stosujesz metody magnetyczne, co jest unikatowym podejściem do tego typu zanieczyszczeń. 

S.D.: Im szerzej pokażę zastosowanie metod magnetycznych, tym bardziej uznaję to za swój sukces badawczy. W moim odczuciu bardzo dobrze komponują się z metodami chemii analitycznej, metodami spektroskopowymi, ponieważ ocena, w jaki sposób współwystępują ze sobą różnego rodzaju zanieczyszczenia, np. w pyle drogowym, wymaga interdyscyplinarnego podejścia. Aby odpowiedzieć na pytanie, jakie jest zanieczyszczenie wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi w Polsce lub w Warszawie, nie możemy bazować na kilku próbkach. Potrzebujemy próby reprezentatywnej statystycznie. Musimy też wziąć pod uwagę, że obszar miejski jest zróżnicowany pod względem rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń. W przypadku pyłu drogowego rolę odgrywają takie czynniki jak spadek ulicy i częstość jej sprzątania, jakość filtrów, które znajdują się we wpustach drogowych, czyli studzienkach. Ten ostatni czynnik pomoże nam oszacować, ile zanieczyszczeń z pyłu drogowego przenika dalej do wód.  

Kiedy próbujemy w tak kompleksowy sposób prowadzić badania, zderzamy się z brakiem czasu i finansów. Stąd wybór metod magnetycznych takich jak podatność magnetyczna czy namagnesowanie nasycenia, które mogą nam posłużyć do wytypowania lokalizacji, w których podejrzewamy wysoki poziom zanieczyszczenia wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi czy polimerami mikroplastiku. 

D.B.: W ramach badań przygotowaliście mapę różnych miejsc w Warszawie, w których były pobierane próby. Co zaobserwowaliście w zależności od lokalizacji? 

S.D.: Jednym z najbardziej oczywistych wniosków jest ten, że ilość zanieczyszczeń w pyle drogowym jest wprost proporcjonalna do natężenia ruchu, czyli źródła zanieczyszczenia. Ale natężenie ruchu jest tylko jednym z czynników, które wpływają na to, jakie stężenia poszczególnych komponentów chemicznych znajdują się w pyle drogowym. W drugiej kolejności na ten wynik ma wpływ rodzaj przejazdu, czyli hamowanie i przyspieszanie, czy warunki, gęstość zabudowy. To są czynniki, które wpływają na rozprzestrzenianie się pyłu drogowego. 

D.B.: A co z warunkami pogodowymi? 

S.D.: Rozpoczynając kampanię poboru pyłu drogowego, należy upewnić się, że co najmniej przez tydzień nie padał deszcz. Nie należy również planować prac dzień po sprzątaniu ulicy. Kalendarz sprzątania ulic jest dostępny na stronie Urzędu Miasta Stołecznego Warszawy. 

D.B.: W filmach, które nagraliśmy o Twoim projekcie, można zobaczyć, jak wygląda pobór i analiza prób pyłu ulicznego. Chciałam Cię też zapytać o mikroplastiki. Wiemy, że występują w oceanach. A skąd się wzięły w pyle ulicznym? 

S.D.: Wiem, że to nie jest intuicyjne, ale skojarzenie z rzekami, oceanami jest prawidłowe z dwóch powodów. Badania mikroplastików i tzw. plastyfikatorów, czyli dodatków do mikroplastiku, żeby uzyskać odpowiedni kolor czy elastyczność, najpierw były prowadzone w zbiornikach wodnych, rzekach, oceanach. Zbadano, że nawet 42% mikroplastików, które znajdują się w oceanach, może pochodzić ze spływów powierzchniowych pyłu drogowego. 

D.B.: To alarmujące dane. Czy Wasze badania mogą stanowić rekomendację dla lokalnych władz, ośrodków medycznych, w kwestii monitorowania zdrowia mieszkańców? 

S.D.: Zaczęliśmy w tę stronę podążać. Rzeczywistość niestety wygląda tak, że nawet jeśli nasze publikacje znajdują zainteresowanie wśród edytorów czasopism, to nie zawsze mają przełożenie praktyczne. Pył drogowy jest usuwany z powierzchni ulic poprzez regularne sprzątanie suche i mokre, czyli poprzez zamiatanie i mycie. I to jest właściwie jedyna możliwość, żeby ten pył dalej się nie przedostawał do wpustów ulicznych. Natomiast to nie usuwa problemu, ponieważ materiał, który jest zbierany przez zamiatacze ulic, musi być gdzieś deponowany i coś z nim dalej trzeba robić. Dobrym rozwiązaniem na ten moment jest odpowiednia budowa wpustów ulicznych. To właśnie tam trafia pył drogowy zmywany przez wody opadowe. I teraz od jakości osadników czy filtrów zależy, ile tych zanieczyszczeń się na nich zatrzyma. Bo to, co zostanie przepuszczone, trafia do rzek – w przypadku Warszawy do Wisły. Wciąż jednak nie rozwiązujemy najważniejszego problemu najdrobniejszych cząstek. Ta najdrobniejsza frakcja tylko częściowo może stale utrzymywać się w powietrzu w wyniku zamiatania, bo w większości pozostaje na powierzchni ulicy i jest zmywana. 

D.B.: W jaki sposób pracowaliście z tymi cząsteczkami, żeby wyłapać mikroplastiki? 

S.D.: Problem polega na tym, że w przypadku najdrobniejszej frakcji wyłowienie i badanie tylko mikroplastików jest niemożliwe, ponieważ te cząsteczki „kleją” się do cząstek magnetycznych. Nasze ostatnie badania przy użyciu separatora magnetycznego, czyli odpowiednio obudowanego magnesu neodymowego, pokazały, że 100% frakcji granulometrycznej o średnicy poniżej 50 mikrometrów jest separowana tym magnesem, czyli krótko mówiąc, cząstki magnetyczne są sklejone z tymi cząstkami, które mają słabe własności magnetyczne. Mikroplastiki w przeciwieństwie do innych zanieczyszczeń, które także znajdują się w pyle drogowym, mają słabe własności magnetyczne. I kiedy mamy najdrobniejsze cząstki, to w pyle zachodzą różne procesy – zaczynają działać siły elektrostatyczne, a jeżeli pył drogowy jest troszeczkę zwilżony, to także adhezja, adsorpcja. Powierzchnie bardzo drobnych cząstek są aktywne chemicznie, mają duży stosunek powierzchni do objętości i dlatego mikroplastiki, plastyfikatory, estry kwasu ftalowego, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne są praktycznie zespolone w tej najdrobniejszej frakcji. Czyli mamy niełatwy w wyekstrahowaniu konkretnych elementów misz-masz. 

D.B.: Warto podkreślić, że Wasze badania mają charakter pionierski. 

S.D.: Tak, rzeczywiście są to pierwsze badania opublikowane, które łączą metody magnetyczne i badania standardowymi metodami przeznaczonymi do mikroplastików, czyli m.in. obrazowania chemicznego z użyciem lasera kaskadowego, który emituje światło podczerwone. Metody magnetyczne od 30 lat są stosowane w badaniach zanieczyszczeń środowiska metalami ciężkimi, metaloidami i metalami przejściowymi. 

Zastosowanie metod magnetycznych, m.in. podatności magnetycznej, namagnesowania nasycenia, do oceny zanieczyszczeń mikroplastikami i plastyfikatorami w pyle drogowym jest nieintuicyjne z tego powodu, że wymienione zanieczyszczenia nie dokładają się do sygnału magnetycznego, czyli przez swoją obecność w pyle drogowym nie powodują wzrostu np. podatności magnetycznej, która jest proporcjonalna do ilości materiału ferromagnetycznego w próbce. Musimy więc bazować na dwóch założeniach. 

Pierwsze jest takie, że mikroplastiki, plastyfikatory i tzw. anthropogenic magnetic particles, czyli cząstki, które wykazują bardzo silne własności magnetyczne, są uwalniane w wielu wspólnych procesach. Drugie założenie zakłada, że zwłaszcza w tej najdrobniejszej frakcji, cząstki, które nie wykazują silnych własności magnetycznych i te, które wykazują, są ze sobą fizycznie połączone w wyniku różnych procesów, ale nie na stałe. Możemy oczywiście użyć dyspergatorów, żeby te cząstki od siebie oddzielić, ale jest to trudne. Tak jak wspominałam, próba rozdzielenia cząstek o średnicy poniżej 50 mikrometrów do pomiarów mikroplastików była niemożliwa. 

D.B.: Czy myślisz, że metody, które stosujecie, będą w przyszłości bardziej powszechne w badaniu mikroplastików? 

S.D.: Wydaje mi się, że przed nami jeszcze bardzo długa droga. Nawet w naszej ostatniej publikacji dosyć ostrożnie wnioskujemy. Już widzimy, że zastosowanie metody magnetycznej w przypadku polimerów mikroplastiku, bisfenolu A i estrów kwasu ftalowego ma swoje ograniczenia wynikające np. z wagi molekularnej wymienionych przeze mnie zanieczyszczeń. Bisfenol A, mimo że jest emitowany w wyniku procesów, o których cały czas mówimy, niechętnie osadza się w pyle drogowym. Dlatego że w momencie, kiedy jest produkowany w wyniku swojej niskiej masy molowej, praktycznie natychmiast w zetknięciu z powietrzem wyparowuje, stanowiąc zagrożenie w powietrzu, ale w pyle drogowym go nie widzimy. Czyli to jest pierwsze ograniczenie, że w przypadku zanieczyszczeń, które mają niską masę molową, w wyniku swoich innych właściwości niechętnie gromadzą się w pyle drogowym. Po drugie zauważyliśmy, że podatność magnetyczna ma zastosowanie przede wszystkim do tych drobniutkich cząstek, a niekoniecznie grubszych frakcji o średnicy powyżej 50 mikrometrów. Ale jesteśmy optymistycznie nastawione, bo te badania prowadziłyśmy w żeńskim zespole badawczym, i wiemy, że to rzeczywiście jest nowy kierunek badań. Choć oczywiście pewnie będzie duży opór środowiska naukowego wobec rozszerzania zastosowania podatności magnetycznej. 

D.B.: Bardzo dziękuję za rozmowę! 

Omówione prace badawcze przeprowadzono w ramach projektu Sonata numer 2021/43/D/ST10/00996 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki. 

Przydatne źródła: