Hopp til innhold

Valgte elementer er lagt i handlekurven

Gå til handlekurv
Uteluft - luftkvalitetskriterier

Partikkelegenskaper og viktige definisjoner av svevestøv

Svevestøv (partikulært materiale; PM) er luftbårne partikler med ulike typer  forurensninger. Svevestøv varierer i størrelse fra under 10 nanometer (nm) til opp mot 100 mikrometer (µm).

Hopp til innhold

Svevestøv består av små, luftbårne partikler som kan stamme fra forbrenningsprosesser, eller meka­nisk slitasje. Svevestøv kan være både antropogent (menneskeskapt) og naturlig forekommende. Sist­nevnte kan stamme fra jorderosjon, skog­ og gressbranner, levende vegetasjon, sjøsprøyt (saltpartikler), sandstormer og vulkanutbrudd. Antropogent sveve­støv stammer hovedsakelig fra veitrafikk, fyring og industri. Dette er de dominerende kildene i større byer. Ifølge WHO er eksponering for forurenset byluft blant verdens 20 viktigste årsaker til helseproblemer, og svevestøv ansees som den viktigste årsaken til helse­skadelige effekter av forurenset luft [1, 2]. En gjennom­gang av en rekke risikofaktorer for sykdom viste at luftforurensning (målt som PM2,5) var i 2010 blant de 10 viktigste globale årsaksfaktorene til sykdom/død, målt som funksjonsdyktige leveår [3].

Definisjoner av svevestøv

  • Svevestøv (partikler, PM) varierer både i størrelse og sammensetning, og deles gjerne inn i ulike størrelsesfraksjoner.
  • De viktigste størrelsesgruppene er: PM10, PM2,5 og PM0,1, som hovedsakelig er partikler (mer enn 50 %) med aerodynamisk diameter under henholdsvis 10­, 2,5­ og 0,1 µm.
  • Partikler med diameter mellom 10 og 2,5 µm  betegnes som grovfraksjonen, partikler med diameter under 2,5 µm som finfraksjonen, og partikler med diameter under 0,1 µm som ultrafine eller nanopartikler.
  • Forbrenningspartikler  dominerer i finfraksjonen og i den ultrafine fraksjonen. Mekanisk genererte partikler dominerer som oftest i grovfraksjonen. Disse fraksjonene består av en kompleks blanding av en rekke forskjellige forbindelser.
  • Fine forbrenningspartikler består i stor grad av en karbonkjerne med kondenserte hydrokarboner (som polysykliske aromatiske hydrokarboner, PAH) og spor av metallisk aske.
  • Grovfraksjonen er gjerne rik på mineraler og kan inneholde mye metaller, samt noe biologisk materiale som pollen og rester fra mikroorganismer.
  • Svarte karbonpartikler er en ofte brukt betegnelse på forbrenningspartikler, og omfatter flere forskjellige metoder å måle slike partikler på. Derfor inkluderer svarte karbonpartikler målinger av svart røyk (BS), svart karbon (BC) og absorbans (Abs), foruten elementært karbon (EC).

Svevestøv, ofte omtalt som partikulært materiale (PM), er luftbårne partikler, og omfatter flere ulike typer av forurensingsforbindelser som igjen inneholder flere ulike kjemiske stoffer. Svevestøv varierer i størrelse fra under 10 nanometer (nm) til opp mot 100 mikrometer (µm). De ulike størrelsesfraksjonene varierer med hensyn til dannelsesmekanismer og kilder, kjemisk sammensetning og fysiske egenskaper.

Partikkelstørrelse - svevestøv

Fysiske egenskaper som størrelse og form er av betydning for partiklenes evne til å forårsake helseskade. Størrelse påvirker både hvor dypt partiklene kan  inhaleres i luftveiene, i hvilke regioner i lungene partiklene deponeres, og hvor effektivt de avsettes (les om avsetning i luftveiene under Helseeffekter av svevestøv). Partikkelstørrelse defineres som oftest ut i fra den aerodynamiske diameter som angir størrelsen av en gitt partikkel ved å sammenligne partikkelen med en tilsvarende rund partikkel, basert på lik tetthet og luftmotstand.

Med hensyn til måling og overvåkning av svevestøv grupperes partiklene etter ulike størrelser. De viktigste størrelsesgruppene er: PM10, PM5, PM10-­2,5, PM2,5, PM1 og PM0,1. Disse ulike størrelsesfraksjonene inneholder hver mer enn 50 % partikler med aerodynamisk diameter under henholdsvis 10, 5, 2,5, 1 eller 0,1 µm. PM10 kan trenge ned i luftveiene og utgjør dermed en helserisiko [4]. PM2,5 kalles for finfraksjonen, PM0,1 for den ultrafine fraksjonen (består av nanopartikler). I tillegg til størrelses gruppene nevnt over, er grovfraksjonen bestående av partikler med aerodynamisk diameter mellom 10 og 2,5 µm (PM10-­2,5) også av interesse. Nær trafikkerte veier eller byggeplasser vil grovfraksjonen kunne utgjøre en relativt stor andel av massen (vekten) av svevestøvet. Partiklene i finfraksjonen vil imidlertid normalt dominere i antall og total partikkeloverflate, som er svært viktige parametere for partiklenes skadelige effekter. Antallet ultrafine partikler kan være opptil 60 000 ganger høyere enn antallet grove partikler ved lik masse [5].

Partikkelstørrelse er av betydning for partiklenes spredningsevne. Grove partikler (PM10­2,5) vil normalt holde seg svevende i minutter og opptil noen timer og partiklene vil falle ned innenfor noen titalls kilometer fra kilden. Til sammenligning vil fine partikler (PM2,5) kunne holde seg svevende i luften i dager og opptil uker og vil dermed ha mye større spredningsevne, fra noen hundre til flere tusen kilometer avhengig av meteorologiske forhold. Dette gjør at PM2,5 har en mye jevnere fordeling i byene enn grovfraksjonen, som finnes mer lokalt i nærheten av trafikkerte veier og andre kilder. Langtransportert svevestøv består hovedsakelig av fine partikler.

Partiklenes størrelse påvirker også forholdet mellom partiklenes masse og partiklenes overflateareal. Partikkeloverflaten ansees som sentral for partiklenes skadelige effekter. Desto større overflate en partikkel har, desto mer av partikkelen vil kunne komme i direkte kontakt med cellene i luftveiene og føre til helseskade. Økt overflate øker også muligheten for adsorpsjon (binding) av stoffer som metaller og PAH’er (se Partikkelsammensetning nedenfor). Disse stoffene kan bidra til partiklenes helseskadelige effekter. Ettersom små partikler har en relativt stor overflate i forhold til større partikler med lik vektmengde/masse, ansees små partikler generelt å være mest helseskadelige. Forskjeller i kjemisk sammensetning mellom store og små partikler kan imidlertid være av større betydning enn forskjellene i overflate/størrelse for partiklenes skadelige effekter.  

Figur 1. Illustrasjon av størrelsene til de viktigste fraksjonene i svevestøv sammenlignet med bredden på et menneskehår. Ca 5 partikler med 10 µm i diameter passer inn på diameteren til et hårstrå
Figur 1. Illustrasjon av størrelsene til de viktigste fraksjonene i svevestøv sammenlignet med bredden på et menneskehår. Ca 5 partikler med 10 µm i diameter passer inn på diameteren til et hårstrå.
Figur 2. Oversikt over den typiske størrelsesfordelingen av svevestøv i uteluft og hvilke mekanismer som er involvert i dannelsen av de ulike fraksjonene
Figur 2. Oversikt over den typiske størrelsesfordelingen av svevestøv i uteluft og hvilke mekanismer som er involvert i dannelsen av de ulike fraksjonene. Figuren er basert på en fremstilling fra WHO (2006) [6].

Dannelsesprosesser for svevestøvpartikler 

Størrelsessammensetningen av svevestøv kan også deles inn etter ulike dannelsesprosesser, og vil dermed ha ulik sammensetning. Partiklene i finfraksjonen deles gjerne inn i «primærpartikler» og «sekundærpartikler». Primærpartikler er partikler dannet direkte under forbrenningsreaksjoner ved kondensering av avgasser. Sekundærpartikler er partikler dannet fra gasser som videre reagerer i atmosfæren og danner nye partikler.

Aitkenpartikler (enkeltkjernepartikler) er primære (nydannete) partikler fra eksos eller lignende forbrenningsavgasser, og består hovedsakelig av partikler med størrelse rundt 0,02 µm (se figur 2). Slike partikler observeres hovedsakelig bare i nærheten av den aktuelle kilden, og vokser raskt og danner akkumulasjonspartikler som utgjør den neste størrelsesfraksjonen.

Akkumulerte partikler er gjerne eldre, koagulerte forbrenningspartikler med adsorberte forbindelser, og består hovedsakelig av partikler med størrelse rundt 0,2 µm (0,05­1 µm). Til sammen utgjør Aitken­ og (PM10­2,5, PM2,5 og PM0,1). Det vil derfor kunne forekomme noe mekanisk generert støv i PM2,5, selv om partiklene i denne størrelsesfraksjonen i hovedsak betraktes som forbrenningspartikler. Dessuten kan forbrenningsreaksjoner gi opphav til grove partikler i form av større partikkel aggregater. Med hensyn til kjemisk sammensetning går allikevel det viktigste skillet mellom partikler mindre enn 1 µm, som i hovedsak er dannet fra forbrenningsgasser, og partikler over 1 µm, som normalt stammer fra mekaniske slitasjeprosesser [7, 8].

Partikkelsammensetning - svevestøv

Svevestøv er en kompleks blanding av en rekke  forbindelser fra mange forskjellige kilder. Fine  forbrenningspartikler består i stor grad av kondenserte hydro karboner og sulfat, samt sotpartikler med en  karbonkjerne og spor av metallisk aske dekket av kondenserte organiske forbindelser og sulfat [7]. De  organiske forbindelsene utgjør bl.a. polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) som er beskrevet under Polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH) samt andre organiske forbindelser (kjedete og sykliske hydrokarboner).

De grovere partiklene stammer i stor grad fra slitasje på bildeler (bremser og dekk) og veidekke. Slitasjepartikler fra bremser og dekk inneholder mye metaller som bly, kobber, kadmium og sink, mens uorganiske partikler fra veidekket gjerne er rike på mineraler som silisium, aluminium, kalsium og natrium. Noe organisk materiale som pollen, soppsporer og rester/avfall fra planter og dyr kan også forekomme i grovfraksjonen. Grovfraksjonen vil ofte inneholde endotoksiner som er forbindelser fra celleveggen av gram­negative bakterier [9]. Mengden endotoksiner er ofte større i grovfraksjonen enn andre partikkelfraksjoner. 

Enkelte forbindelser som kalium og nitrat forekommer både i fin-­ og grovfraksjonen. I grovfraksjonen stammer kaliumet hovedsakelig fra jord, mens det i finfraksjonen stammer fra forbrenning av ved. Nitrat i finfraksjonen stammer hovedsakelig fra reaksjoner mellom nitratsyre og ammoniakk, mens det i grovfraksjonen stammer fra reaksjoner mellom nitratsyre og eksisterende grove partikler.

En oversikt over de viktigste forbindelsene i fin-­ og grovfraksjonen er gitt i tabell 1 og 2. 

Tabell 1. Forbindelser i fint svevestøv (PM2,5) og deres viktigste kilder.

Tabell 1. Forbindelser i fint svevestøv (PM2.5) og deres viktigste kilder

 Tabell 2. Forbindelser i grovt svevestøv (PM10­-2,5) og deres viktigste kilder.

Tabell 2. Forbindelser i grovt svevestøv (PM10­2,5) og deres viktigste kilder

Andre partikkelparametere for svevestøv

Selv om det er mest vanlig å dele partikler etter størrelse (PM10, PM2,5), er helseeffekter i flere studier også blitt relatert til ulike mål på forbrenningspartikler. Slike svarte karbonpartikler er blitt målt ved ulike metoder som inkluderer svart røyk (BS), svart karbon (BC), elementært karbon (EC) og absorbans (Abs). BS, BC og Abs viser sterk korrelasjon, mens forholdet til EC varierer mellom ulike land, byer og også innen byer. Basert på et gjennomsnitt fra ulike byer er 10 μg/m3 BS omregnet til  1,1 μg/m3 EC. Organiske karbonforbindelser (OC) måles også, og gir en relativ høy korrelasjon med nivåer av EC. Dette kan bety at de effekter som registreres av svarte karbonpartikler i befolkningsstudier i alle fall delvis skyldes OC. Forholdet mellom EC og OC kan imidlertid variere med lokalisering og tid [10].