Λίγα λόγια για το πρόγραμμα ROMANDE...
H ερευνητική ομάδα του Εργαστηρίου για την Μελέτη της Ατμοσφαιρικής Ρύπανσης (Laboratory of Air Quality Studies – LAQS) στα πλαίσια της δράσης ΑΡΙΣΤΕΙΑ διεξάγει την εκτέλεση του ερευνητικού προγράμματος με τίτλο “Επίδραση των οργανικών ρύπων και της ατμοσφαιρικής τους γήρανσης για τον αριθμό των ατμοσφαιρικών νανοσωματιδίων στην Ευρώπη”. Σε ένα γενικότερο πλαίσιο, το ερευνητικό αυτό έργο στοχεύει να διευρύνει την επιστημονική μας γνώση γύρω από τους κυριότερους μηχανισμούς δημιουργίας και ανάπτυξης των νανοσωματιδίων στην ατμόσφαιρα, δεδομένου των σημαντικών επιπτώσεων τους τόσο στην ανθρώπινη υγεία αλλά και στο κλίμα του πλανήτη μας. Σημαντικός στόχος του προγράμματος είναι να εκτιμηθεί η συνεισφορά ανθρωπογενούς φύσεως δραστηριοτήτων, όπως η βιομηχανία, τα μέσα μεταφοράς και η καύση βιομάζας, τόσο στη δημιουργία νεοσύστατων σωματιδίων όσο και στη περαιτέρω ανάπτυξη τους σε μεγαλύτερα μεγέθη.
Η ομάδα, καθοδηγούμενη από τον Καθ. Πανδή Σπύρο, και έχοντας ερευνητική εμπειρία χρόνων πάνω στην ατμοσφαιρική ρύπανση, θα προσπαθήσει να απαντήσει καίρια ερωτήματα πάνω στο θέμα των ατμοσφαιρικών νανοσωματιδίων, χρησιμοποιώντας τόσο εργαστηριακά πειράματα και ατμοσφαιρικές μετρήσεις πεδίου όσο και εξελιγμένα τρισδιάστατα μαθηματικά μοντέλα προσομοίωσης της ατμόσφαιρας.
Γιατί όμως μας ενδιαφέρουν τόσο τα ατμοσφαιρικά νανοσωματίδια;
Εδώ και κάποιες δεκαετίες, η Ευρωπαϊκή Ένωση και πολλές ανεπτυγμένες χώρες έχουν θεσπίσει αυστηρά όρια για τα επίπεδα της ατμοσφαιρικής συγκέντρωσης τόσο των αέριων ρυπαντών (όζον (Ο3), οξείδια του αζώτου (ΝΟx) κ.α.) όσο και των ατμοσφαιρικών νανοσωματιδίων (Particulate Matter, PM). Ιδιαίτερη προσοχή, έχει δοθεί στα νανοσωματίδια, που συχνά αποκαλούνται ως “αόρατος κίνδυνος”, εφόσον αυτά επηρεάζουν σημαντικά τόσο την ανθρώπινη υγεία αλλά και το κλίμα του πλανήτη μας.
Η συχνή έκθεση του ανθρώπινου πληθυσμού σε ατμοσφαιρικό αέρα με υψηλές συγκεντρώσεις νανοσωματιδίων μπορεί να προκαλέσει καρδιακή και αναπνευστική δυσλειτουργία, καθώς και να συνεισφέρει στην ανάπτυξη του καρκίνου του πνεύμονα. Χαρακτηριστικά, ο Οργανισμός Παγκόσμιας Υγείας (World Health Organization, WHO), έχει συνδέσει τον θάνατο εκατομμυρίων ανθρώπων με την συχνή έκθεση σε υψηλά επίπεδα ατμοσφαιρικής ρύπανσης.
Είναι πλέον αποδεδειγμένο ότι η κλιματική αλλαγή, οδηγούμενη από την εκτεταμένη βιομηχανική δραστηριότητα των τελευταίων δεκαετιών, απειλεί την βιωσιμότητα περιοχών του πλανήτη και θα έχει σημαντικές κοινωνικό-οικονομικές επιπτώσεις παγκοσμίως αν δεν ληφθούν, άμεσα, μέτρα περιορισμού της κλιματικής αλλαγής. Τα ατμοσφαιρικά σωματίδια, συνεισφέρουν στην κλιματική αλλαγή είτε άμεσα, απορροφώντας την ηλιακή ενέργεια (direct effect), είτε έμμεσα, μέσω της δημιουργίας σύννεφων (indirect effects). Παρόλο που ο ρόλος των σωματιδίων στη κλιματική αλλαγή έχει αναγνωριστεί, το μέγεθος της επίδρασης τους είναι ακόμα αβέβαιο και αποτελεί θέμα έντονης ερευνητικής δραστηριότητας στην επιστημονική κοινότητα.
Οι στόχοι του προγράμματος ROMANDE
Τα νανοσωματίδια εμφανίζονται στην ατμόσφαιρα, είτε με την απευθείας εκπομπή τους (πρωτογενή σωματίδια) είτε μέσω της πυρηνογέννεσης (δευτερογενή σωματίδια). Η πυρηνογέννεση είναι μια διεργασία η οποία δημιουργεί καινούργια σωματίδια, της τάξης του ενός νανομέτρου, στην ατμόσφαιρα από υπερκορεσμένα αέρια. Τα αέρια που μπορούν να συνεισφέρουν στην πυρηνογέννεση μπορεί να είναι είτε ανόργανης φύσεως, όπως το θειικό οξύ (Η2SO4) και η αμμωνία (NH3), είτε οργανικής φύσεως, όπως διάφοροι οξυγονωμένοι υδρογονάνθρακες ή οργανικές αμίνες. Παρόλη τη επιστημονική προσπάθεια των τελευταίων δεκαετιών είναι ακόμα σχετικά άγνωστο το ποια αέρια συνεισφέρουν σημαντικά στην δημιουργία νεοσύστατων σωματιδίων στην ατμόσφαιρα. Επιπρόσθετα, ο ρόλος των πρωτογενών εκπομπών σωματιδίων, από δραστηριότητες όπως τα μέσα μεταφοράς, η καύση βιομάζας, οι βιομηχανίες και άλλες πηγές καύσης, στη συνολική συγκέντρωση αριθμού των σωματιδίων είναι ακόμα αβέβαιος.
Το ερευνητικό πρόγραμμα ROMANDE στοχεύει να απαντήσει σε καίρια ερωτήματα που αφορούν τις πηγές αλλά και την ανάπτυξη των ατμοσφαιρικών σωματιδίων όπως:
- (α) Ανάπτυξη. Εκτός από το θειικό οξύ, ποιες άλλες ατμοσφαιρικές ενώσεις συνεισφέρουν στην ανάπτυξη των νέων ατμοσφαιρικών σωματιδίων; Ποιο είναι το μέγεθος της συνεισφοράς τους; Μπορούν η αμμωνία και οι αμίνες να βοηθήσουν μετά από αντίδραση με οργανικά αέρια;
Ατμοσφαιρικός θάλαμος προσομοίωσης για τη διεξαγωγή πειραμάτων μελέτης της δημιουργίας και ανάπτυξης σωματιδίων υπο ελεγχόμενες συνθήκες.
- (β) Ρόλος των δευτερογενών οργανικών αερίων. Ποια είναι η πτητικότητα των λιγότερο πτητικών προϊόντων των πιο σημαντικών οργανικών προδρόμων ενώσεων και των επόμενων προϊόντων τους; Μπορούν αυτές οι δευτερογενείς οργανικές ενώσεις να βοηθήσουν στην ανάπτυξη των μόλις δημιουργηθέντων νανοσωματιδίων;
Θερμοαπογυμνωτής (thermodenuder): ειδικά σχεδιασμένο όργανο μέτρησης της πτητικότητας των σωματιδίων.
- (γ) Προσομοίωση. Μπορούν τα τρισδιάστατα μοντέλα χημικής μεταφοράς να αναπαράγουν τις μετρήσεις συγκεντρώσεων και κατανομών μεγέθους των νανοσωματιδίων σε διαφορετικές περιοχές και μετεωρολογικές συνθήκες;
Προβλεπόμενο πεδίο συγκεντρώσεως CCN (σε σωματιδια ανά κυβικό μέτρο) στη Ευρώπη τον Ιούνιο του 2012 με χρήση του τρισδιάστατου μοντέλου χημικής μεταφοράς PMCAMx-UF.
- (δ) Πηγές νανοσωματιδίων. Ποια είναι η σχετική σημασία των πρωτογενών εκπομπών και της πυρηνογέννεσης για την συνολική συγκέντρωση αριθμού και την συγκέντρωση CCN; Ποιο κλάσμα αυτών των σωματιδίων είναι ανθρωπογενές;
Δημοσιεύσεις - Παραδοτέα:
1. Karnezi, E., Riipinen, I., and Pandis, S. N.(2014) Measuring the atmospheric organic aerosol volatility distribution: a theoretical analysis, Atmos. Meas. Tech., 7, 2953-2965.
2. Patoulias D., C. Fountoukis, I. Riipinen, and S. N. Pandis (2014) The role of organic condensation on ultrafine particle growth during nucleation events, Atmos. Chem. Phys., 15, 6337-6350.
3. Gkatzelis G. I., D. K. Papanastasiou, K. Florou, C. Kaltsonoudis, E. Louvaris, and S. N. Pandis (2016) Measurement of non-volatile particle number size distribution, Atmos. Meas. Tech., 9, 103-114.
4. Paciga A., E. Karnezi, E. Kostenidou, L. Hildebrandt, M. Psichoudaki, G. J. Engelhart, B. H. Lee, M. Crippa, A. S. H. Prévôt, U. Baltensperger, and S. N. Pandis (2016) Volatility of organic aerosol and its components in the megacity of Paris, Atmos. Chem. Phys., 16, 2013–2023.
5. Louvaris E., K. Florou, E. Karnezi, and S. N. Pandis (2016) Volatility distributions of organic aerosol components during a wintertime period in an urban area, Atmos. Chem. Phys., submitted.
6. Florou K., M. Pikridas, C. Kaltsonoudis, D. Papanastasiou, E. Louvaris, G. Gkatzelis, and S. N. Pandis (2016) Air pollution from airborne particulate matter during wintertime in two Greek cities, Atmos. Chem. Phys., submitted.
7. Louvaris E., E. Karnezi, and S. N. Pandis (2016) Measurements of the volatility distribution of organic aerosol combining thermodenuder and isothermal dilution, in preparation.
8. Patoulias D., C. Fountoukis, I. Riipinen and S. N. Pandis (2016) Simulation of the size-composition distribution of atmospheric nanoparticles over Europe, in preparation.
9. Kaltsonoudis C. K., E. Kostenidou, E. Louvaris, E. Tsiligiannis and S. N. Pandis (2016) Development of a portable dual smog chamber system for field experiments, in preparation.
10. Wang N., Kostenidou E., Donahue N, Pandis S. N., Aging of alpha-pinene first generation ozonolysis products by reactions with OH, in preparation.