A levegőt különböző mérettartományú elemek, vegyületek alkotják. Ezek közül a nanométer méretű részecskék a levegő legkisebb alkotóelemei, mobilitási átmérőjük 100 nanométernél kisebb, ezért ultrafinom részecskéknek is szokás nevezni őket. Fontos éghajlati hatásuk miatt váltak az elmúlt években sok kutatás alanyává, hiszen míg az üvegházhatású gázok a légkör melegedését okozzák, úgy a levegőben lévő aeroszoloknál a hűtő hatás bizonyított, s mivel ennek a folyamatnak a hatásai a legkevésbé ismertek, ennek tisztázása egy komoly tudományos feladat elé állítja a kutatókat. Az ELTE Anyagfizikai Tanszék szemináriumának keretein belül Salma Imre (Kémia Intézet) tartott előadást az ultrafinom részecskékről, valamint ezek keletkezéséről.

 

Egyrészt a körülöttünk lévő szuszpendált szilárd és cseppfolyós részecskék képesek közvetlen kölcsönhatásba lépni a napsugárzással. Szórják, valamint visszaverik a fényt. Másrészt, közvetett hatásaik is vannak. Például a felhőben kondenzációs magokat hoznak létre, melyekből felhőcseppek keletkeznek, és ezek a felhők visszaverik az űrbe a beeső sugárzás nagy részét.

Egy hajómotor által kibocsátott kisméretű részecskék hatására a vízgőz nagyobb számú kondenzációs magra kondenzálódik, és az így kialakult cseppek száma megnő, méretük lecsökken. Tartózkodási idejük a légkörben nő, és nem utolsósorban az így kialakult felhő fehérebb, jobban visszaveri a fényt.

Ezek a nanoméretű részecskék az emberi egészségre is fokozott kockázatot jelentenek, ott is főleg a tüdőbe jutás által. Az emberi szervezet ugyanis ezen keresztül van leginkább kapcsolatban a környezetével. Míg a bőr felülete olyan 2 m2 körüli, a légzőszervek kiterítve 150 m2 felületet ölelnek fel. Tiszta levegő mellett nem a levegőben lévő tömegkoncentráció, hanem az abban lévő részecskék száma és mérete van hatással az egészségünkre. Közepes fizikai aktivitás mellett, azaz ha ülünk vagy állunk, semmi különöset nem csinálunk, egy nap alatt körülbelül 20 m3 levegőt lélegzünk be. Ha figyelembe vesszük a budapesti átlag koncentrációt, ez azt jelenti, hogy nagyjából 100 milliárd aeroszol részecske jut a tüdőnkbe ez alatt a nap alatt. Mint tudjuk, ha egy nagyobb részecske a tüdőnkbe jut, azt a csillók kisöprik onnan. A tüdőben kiülepedett apró részecskék azonban képesek eljutni egészen a léghólyagokig, ahol a tisztítást már a falósejtek végzik. De sajnos nincs annyi takarítónk, mint szemetünk. Az el nem takarított részecskék pedig felszívódnak a sejtfalon keresztül, bejutnak a véráramba, végül pedig akár a központi idegrendszert is elérhetik. Ilyen nanoméretű részecske például a korom, mely, a légzési mechanizmusnak köszönhetően a bordák között képes fekete sávokban kirakódni a tüdőn.

A részecskék fő forrása a magas hőmérsékletű közvetlen emisszió, ami városokban a gépjármű forgalomnak, a fűtésnek, égetésnek, valamint az ipari tevékenységeknek köszönhető. De kibocsáthatja őket nanotechnológia eszköz is, mint például egy lézeres nyomtató, melyben nanométer méretű festékszemcsék találhatók. Így ha egy ilyen printer már koros, az irodában jelentős nanométer részecske kibocsátással lehet számolni. Természetes forrása a légköri nukleáció, mely egy elsőrendű fázisátalakulás, amikor homogén, gáz fázisban lévő vegyületek reagálnak egymással és új vegyületek jönnek létre. Ezek az új vegyületek pedig könnyen tudnak folyadék vagy szilárd fázis létrehozni. Ehhez a fázisátalakuláshoz a levegő nagymértékű túltelítettségére van szükség. A nukleációhoz  továbbá szükség van vízgőzre, elővegyületekre, mint például a kén-dioxidra, illékony szerves vegyületekre, vagy az ammóniára, valamint a levegőben az elővegyületekből nukleálódott  gázokra.  A nukleáció során az elővegyületek fotokémiai reakciók során hidroxilgyökkel reagálnak, az így keletkező anyagok kevésbé lesznek illékonyak elődjeiknél, gócokat fognak kialakítani, melyek elkezdenek nőni, és mikor elérték a megfelelő méretet, kialakulnak a már fent említett kondenzációs magok. Ha méreteloszlás formájában ábrázolni akarjuk a folyamatot, egy banángörbét kapunk eredményül. A nukleációs elméletek még nem a legtökéletesebbek. Mivel a nukleáció indulásakor csak néhány molekula van jelen, így a klasszikus termodinamikai tárgyaláshoz nincs elég statisztikai adat, ha pedig kvantumkémiai oldalról vizsgálnánk a dolgot, abban az esetben túl sok molekula áll rendelkezésünkre, így a kutatók most próbálnak a két lehetőség között lavírozva utat találni.

Mérésük során a korábban használt aerodinamikai elveket teljes egészében el lehet felejteni, hiszen ezek a molekulát nagyon kicsik, követik a légáramlatot, műszerrel egyáltalán nem lehet őket mérni. Kifejezetten az ilyen apró szemcsék mérésére szolgáló műszer a DMPS, amely 6-100 nanométeres tartományban lévő részecskék méreteloszlását méri elektrosztatikai elvek alapján. A méret szeparáció elektromos töltés alapján zajlik. Az így szétválogatott részecskék számát egy kondenzációs részecskeszámláló fogja megadni. A mérési adatok alapján a napi átlag Csillebércen 3600, a Lánchíd előtti alagútban 134000, a Rákóczi úton 22000 db részecske cm3-enként. Az alagútban egy 10 perces séta alatt olyan expozíciónak vagyunk kitéve, mint egy 1,5 órás belvárosi séta alkalmával.