تلوث الجسيمات

التلوث الجسيمي هو تلوث بيئي يتكون من جسيمات عالقة في وسط ما. وله ثلاثة أشكال رئيسية: الجسيمات العالقة في الغلاف الجوي ، [ ^{1 ] والحطام} البحري ، ^{[ 2 ]} والحطام الفضائي . ^{[ 3 ]} بعض الجسيمات تنطلق مباشرة من مصدر محدد، بينما يتشكل البعض الآخر في تفاعلات كيميائية في الغلاف الجوي. ويمكن أن ينشأ التلوث الجسيمي من مصادر طبيعية أو من عمليات بشرية المنشأ .

تُعرف الجسيمات العالقة في الغلاف الجوي ، أو الجسيمات الدقيقة ، بأنها جزيئات صلبة و/أو سائلة معلقة في غاز ، وغالبًا ما يكون هذا الغاز هو الغلاف الجوي للأرض . ^{[ 1 ]} يمكن تقسيم الجسيمات في الغلاف الجوي إلى نوعين، اعتمادًا على طريقة انبعاثها. الجسيمات الأولية، مثل الغبار المعدني ، تنبعث إلى الغلاف الجوي. ^{[ 4 ]} أما الجسيمات الثانوية، مثل نترات الأمونيوم ، فتتشكل في الغلاف الجوي من خلال تحول الغاز إلى جسيمات. ^{[ 4 ]}

تشير المخلفات البحرية والهباء الجوي البحري إلى الجسيمات العالقة في سائل ، عادةً ما يكون الماء، على سطح الأرض . تُعدّ الجسيمات العالقة في الماء نوعًا من أنواع تلوث المياه ، ويُقاس إجمالي المواد الصلبة العالقة ، وهو مقياس لجودة المياه مُدرج كملوث تقليدي في قانون المياه النظيفة الأمريكي ، وهو قانون خاص بجودة المياه . ^{[ 23 ]} والجدير بالذكر أن بعض أنواع الجسيمات نفسها يمكن أن تكون عالقة في كل من الهواء والماء ، وقد تنتقل الملوثات تحديدًا في الهواء وتترسب في الماء، أو تسقط على الأرض على شكل أمطار حمضية . ^{[ 24 ]} تتكون غالبية الهباء الجوي البحري من خلال انفجار الفقاعات الناتجة عن تكسر الأمواج والخاصية الشعرية على سطح المحيط بسبب الضغط الناتج عن رياح السطح. ^{[ 2 ]} ومن بين أنواع الهباء الجوي البحري الشائعة، يُعدّ هباء ملح البحر النقي المكون الرئيسي للهباء الجوي البحري، حيث يتراوح انبعاثه العالمي السنوي بين 2000 و10000 تيراغرام . ^{[ ٢ ]} من خلال تفاعلها مع الماء، تُساعد العديد من الهباءات الجوية البحرية على تشتيت الضوء، وتُسهم في تكثيف السحب وتكوين نوى الجليد؛ مما يؤثر على ميزانية الإشعاع الجوي . ^{[ ٢ ]} وعندما تتفاعل مع التلوث البشري المنشأ ، يُمكن أن تؤثر الهباءات الجوية البحرية على الدورات البيوجيوكيميائية من خلال استنزاف الأحماض مثل حمض النيتريك والهالوجينات . ^{[ ٢ ]}

يشير مصطلح الحطام الفضائي إلى الجسيمات الموجودة في فراغ الفضاء الخارجي ، وتحديدًا الجسيمات الناتجة عن النشاط البشري والتي تبقى في مدار مركزي حول الأرض . ويُعرّف الاتحاد الدولي لرواد الفضاء الحطام الفضائي بأنه "أي جسم من صنع الإنسان يدور حول الأرض وهو غير وظيفي، ولا يُتوقع بشكل معقول أن يتولى أو يستأنف وظيفته المقصودة أو أي وظيفة أخرى مُصرّح له أو يُتوقع أن يكون مُصرّحًا له بها، بما في ذلك الشظايا والأجزاء منه". ^{[ 3 ]}

تُصنَّف الحطام الفضائي حسب الحجم والغرض التشغيلي، وتنقسم إلى أربع مجموعات فرعية رئيسية : الحمولات غير النشطة ، والحطام التشغيلي ، وحطام التفتت، والجسيمات الدقيقة. ^{[ 3 ]} تشير الحمولات غير النشطة إلى أي أجسام فضائية أُطلقت وفقدت القدرة على إعادة الاتصال بمشغلها الفضائي، مما يحول دون عودتها إلى الأرض. ^{[ 25 ]} في المقابل، يصف الحطام التشغيلي المادة المرتبطة بدفع جسم أكبر إلى الفضاء، والتي قد تشمل المراحل العليا للصواريخ والمخاريط الأمامية المقذوفة . ^{[ 25 ]} يشير حطام التفتت إلى أي جسم في الفضاء انفصل عن جسم أكبر نتيجة انفجار أو اصطدام أو تدهور . ^{[ 26 ]} تصف الجسيمات الدقيقة المادة الفضائية التي لا يمكن رؤيتها عادةً بالعين المجردة ، بما في ذلك الجسيمات والغازات والتوهج الفضائي. ^{[ 25 ]}

استجابةً لبحثٍ خلص إلى أن اصطدامات الحطام المداري بالأرض قد تُشكّل مخاطر أكبر على المركبات الفضائية من تلك التي تُشكّلها بيئة النيازك الطبيعية، بدأت وكالة ناسا برنامج الحطام المداري عام 1979، بمبادرة من فرع علوم الفضاء في مركز جونسون للفضاء . ^{[ 27 ]} بدأ برنامج ناسا للحطام المداري بميزانية أولية قدرها 70,000 دولار، وكانت أهدافه الأولية تحديد المخاطر الناجمة عن الحطام الفضائي ووضع معايير للتخفيف من هذه المخاطر والحدّ من تزايد حجم الحطام المداري. ^{[ 28 ]} وبحلول عام 1990، أنشأ برنامج ناسا للحطام المداري برنامجًا لرصد الحطام، تضمن آليات لأخذ عينات من بيئة المدار الأرضي المنخفض (LEO) بحثًا عن حطام صغير يصل حجمه إلى 6 ملم باستخدام رادار هاياستاك الأرضي ذي النطاق X. ^{[ 27 ]}

يُلاحَظ تلوث الجسيمات في جميع أنحاء العالم بأحجام وتراكيب متفاوتة، وهو محور العديد من الدراسات الوبائية . تُصنَّف الجسيمات الدقيقة (PM) عمومًا إلى فئتين رئيسيتين من حيث الحجم: _PM10 وPM2.5 _. تتكون PM10 _، والمعروفة أيضًا بالجسيمات الخشنة، من جسيمات يبلغ قطرها 10 ميكرومترات (ميكرومتر) أو أقل، بينما تتكون PM2.5 _، والتي تُسمى أيضًا بالجسيمات الدقيقة، من جسيمات يبلغ قطرها 2.5 ميكرومتر أو أقل. ^{[ 29 ]} وتُعد الجسيمات التي يبلغ قطرها 2.5 ميكرومتر أو أقل جديرة بالملاحظة بشكل خاص، إذ يمكن استنشاقها إلى الجهاز التنفسي السفلي ، ومع التعرض الكافي، تُمتص في مجرى الدم . يمكن أن يحدث تلوث الجسيمات بشكل مباشر أو غير مباشر من عدد من المصادر، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر: الزراعة، والسيارات، والبناء، وحرائق الغابات، والملوثات الكيميائية، ومحطات توليد الطاقة. ^{[ 30 ]}

قد يحدث التعرض للجسيمات الدقيقة، مهما كان حجمها أو تركيبها، بشكل حاد خلال فترة قصيرة، أو بشكل مزمن خلال فترة طويلة. ^{[ 31 ]} وقد ارتبط التعرض للجسيمات الدقيقة بأعراض تنفسية ضارة تتراوح بين تهيج المسالك الهوائية، وتفاقم الربو ، والسعال، وصعوبة التنفس نتيجة التعرض الحاد، إلى أعراض مثل عدم انتظام ضربات القلب ، وسرطان الرئة، وأمراض الكلى ، والتهاب الشعب الهوائية المزمن، والوفاة المبكرة لدى الأفراد الذين يعانون من أمراض قلبية وعائية أو رئوية سابقة نتيجة التعرض المزمن. ^{[ 29 ]} وتعتمد شدة الآثار الصحية عمومًا على حجم الجسيمات، بالإضافة إلى الحالة الصحية للفرد المُعرَّض؛ إذ يُعد كبار السن والأطفال والنساء الحوامل والفئات السكانية التي تعاني من نقص المناعة الأكثر عرضةً لخطر النتائج الصحية الضارة. ^{[ 32 ]} وقد رُبط التعرض قصير المدى لتلوث الجسيمات الدقيقة بآثار صحية ضارة. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

نتيجةً لذلك، وضعت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) والعديد من الهيئات الصحية حول العالم عتباتٍ لتركيزات الجسيمات الدقيقة PM2.5 _و PM10 _تُعتبر مقبولة. مع ذلك، لا يوجد مستوى آمن معروف للتعرض، وبالتالي، من المرجح أن يزيد أي تعرض لتلوث الجسيمات من خطر تعرض الفرد لآثار صحية ضارة. ^{[ 35 ]} في الدول الأوروبية، تؤدي جودة الهواء التي تبلغ أو تزيد عن 10 ميكروغرامات لكل متر مكعب من الهواء (ميكروغرام/م ³ ) من PM2.5 _إلى زيادة معدل الوفيات اليومي لجميع الأسباب بنسبة 0.2-0.6%، ومعدل الوفيات القلبية الرئوية بنسبة 6-13%. ^{[ 35 ]}

أظهرت الدراسات العالمية أن تركيزات الجسيمات _{الدقيقة} PM10 التي تبلغ 70  ميكروغرام/م³ ^{وتركيزات} الجسيمات الدقيقة PM2.5 _التي تبلغ 35  ميكروغرام/م³ ^{تزيد من معدل الوفيات على المدى الطويل بنسبة 15%. [ 29 ]} علاوة على ذلك، فقد حدث ما يقرب من 4.2 مليون حالة وفاة مبكرة من إجمالي الوفيات المسجلة في عام 2016 نتيجة لتلوث الهواء بالجسيمات، 91% منها في بلدان ذات مستوى اجتماعي واقتصادي منخفض إلى متوسط. ومن بين هذه الوفيات المبكرة، نُسبت 58% منها إلى السكتات الدماغية وأمراض القلب الإقفارية، و8% إلى مرض الانسداد الرئوي المزمن ، و6% إلى سرطان الرئة. ^{[ 36 ]}

في عام 2006، أجرت وكالة حماية البيئة الأمريكية تصنيفات لجودة الهواء في جميع الولايات الخمسين، حيث حددت المناطق ذات التلوث العالي بناءً على معايير مثل بيانات رصد جودة الهواء، والتوصيات المقدمة من الولايات، ومعلومات فنية أخرى؛ وخفضت المعيار الوطني لجودة الهواء المحيط للتعرض اليومي للجسيمات التي يبلغ قطرها 2.5 ميكرومتر وما دونه من 15  ميكروغرام/م³ ^إلى 12  ميكروغرام/م³ ^في عام 2012. ^{[ 37 ]} ونتيجة لذلك، انخفض متوسط ​​تركيز الجسيمات الدقيقة _PM2.5  السنوي في الولايات المتحدة من 13.5 ميكروغرام/م³ ^إلى 8.02  ميكروغرام/م³ ^، بين عامي 2000 و2017. ^{[ 38 ]}

تُشكل الجسيمات البلاستيكية الدقيقة مصدر قلق بالغ، نظرًا لتفاعليتها وقدرتها على التلوث. فبحسب تركيبها، قد تُكوّن هذه الجسيمات روابط كربونيلية على سطحها، مما يؤدي إلى امتصاصها لملوثات مثل المعادن الثقيلة . [ ^{39 ] وعند} استنشاقها، تبقى هذه الجسيمات في الرئتين مُسببةً التهابًا. ^{[ 40 ]} ولا تزال هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث لفهم آثارها الصحية طويلة الأمد على جسم الإنسان.

وُجد أن الجسيمات الدقيقة (PM)، وخاصةً PM2.5، ضارة باللافقاريات المائية. ^{[ 41 ]} تشمل هذه اللافقاريات الأسماك والقشريات والرخويات. في دراسة أجراها هان وآخرون، لوحظت آثار الجسيمات الدقيقة التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر على خصائص دورة حياة سمكة التمساح الياباني (Tigriopus japonicus) والإجهاد التأكسدي . أدى التعرض للجسيمات الدقيقة التي يقل قطرها عن 2.5 ميكرومتر إلى تغييرات ملحوظة في مستويات أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS)، مما يشير إلى أن التعرض للجسيمات الدقيقة عامل مُسبب للإجهاد التأكسدي في سمكة التمساح الياباني . ^{[ 42 ]} بالإضافة إلى اللافقاريات المائية، لوحظت آثار سلبية للجسيمات الدقيقة في الثدييات أيضًا. بعد التعرض الحاد للجسيمات الدقيقة في الهواء المحيط، أظهرت الفئران زيادة ملحوظة في العدلات وانخفاضًا ملحوظًا في الخلايا الليمفاوية، مما يشير إلى أن التعرض للجسيمات الدقيقة يمكن أن يؤدي إلى تنشيط استجابة الإجهاد الودي. ^{[ 43 ]}

• الوسائط المتعلقة بتلوث الجسيمات على ويكيميديا ​​كومنز