Källor och trender
Partiklar har både naturliga och antropogena (människoorsakade) källor. Naturliga partiklar kommer från t.ex. erosion, vulkaner, kemiska och fysiska processer i havet och kemiska reaktioner i växter. Antropogena partiklar bildas genom t.ex. kondensation av gaser från förbränningsprocesser och slitage av asfalt.
Partiklar delas ofta in i två olika storleksfraktioner, grova och fina partiklar vilket representeras av partiklar mindre än 10 µm och mindre än 2.5 µm i diameter respektive. I båda fraktionerna förväntas koncentrationerna i luft minska fram till 2020. Fina partiklar antas ha en större sannolikhet att uppfylla krav i lagstiftningen.
Atmosfärskemiska och fysikaliska processer
Storlek
Partikelstorlek är generellt den viktigaste parametern hos en partikel om man vill bestämma dess fysiska egenskaper och dess effekter på människors hälsa.
Partiklar förekommer i storlekar från några få nanometer till mer än 100 mikrometer i diameter. Vetenskapligt brukar man storleksindela partiklar i fyra olika moder; nukleationsmoden (partikeldiametrar (d) mindre än 0.01 µm), Aitken-moden (d mellan 0.01 och 0.1 µm), ackumulationsmoden (d mellan 0.1 och 1 µm) och den grova moden (d större än 2.5 µm). Nukleationsmoden och Aitken-moden kallas tillsammans för den ultrafina moden.
Sammansättningen av antalet partiklar, massfördelningen mellan olika storleksintervall och den totala massan partiklar förändras med tiden och beror på nukleation-, kondensation-, koagulation- och depositionsprocesser. Dessa processer beskrivs nedan.
De allra minsta förekommande partiklarna är s.k. nukleationspartiklar. Dessa partiklar bildas genom att gaser, t.ex. svavelföreningar i gasfas, kondenserar. Det finns två sorters kondensationsprocesser där nukleationspartiklar bildas. Vid homogen nukleation aggregerar gasmolekyler tillsammans i små agglomerat. När ett agglomerat överstiger en kritisk storlek blir det stabilt och istället för att falla sönder bildas en liten partikel. Denna partikel kan inledningsvis bestå av ett fåtal molekyler. Vid heterogen nukleation kondenserar de emitterade gasmolekylerna på redan existerande nukleationskärnor eller joner vilket leder till en ny partikel.
De nybildade partiklarna växer snabbt genom kondensation och det totala antalet partiklar minskar genom koagulation (när två partiklar slår sig ihop till en) och genom urtvättning av atmosfären (d.v.s. att partiklarna löser sig i regndroppar och försvinner ur atmosfären som nederbörd alternativt sveps med fallande regndroppar).
En partikel i nukleationsmoden växer sig större genom kondensation och koagulation och hamnar så småningom i Aitken-moden. I denna mod finns även partiklar som bildas direkt ur t.ex. förbränning. De flesta partiklarna i Aitken-moden växer sig större genom fortsatt kondensation eller koagulation och hamnar i ackumulationsmoden.
I ackumulationsmoden växer partiklarna främst genom koagulation men även genom kondensation. Ackumulationsmoden är den mod där man finner den högsta partikelkoncentrationen. Detta beror på att både deposition och vidare tillväxt är begränsade. Depositionsprocesserna som kvarstår är impaktion (att en partikel kolliderar med en yta och fastnar där) och urtvättningsprocesser.
Partiklar i den grova moden kommer från olika mekaniska processer såsom erosion, malning och vind som flyttar på partiklar (t.ex. små sandkorn). Grova partiklar är normalt få till antalet men representerar en stor del av den totala massan. Grova partiklar försvinner snabbt ur atmosfären genom impaktion, sedimentation (gravitationskraft) och urtvättningsprocesser.
Konsekvenser
Hälsa
Partiklar påverkar människors hälsa negativt med bland annat ökad förekomst av hjärt- och kärlsjukdomar och andningsrelaterade sjukdomar. Globalt beräknas mer än 800 000 människor dö i förtid som en konsekvens av partikelföroreningar i städer varav 5000 av dessa dödsfall sker i Sverige. I Europa beräknas medellivslängden förkortas med nio månader på grund av antropogent orsakade fina partiklar.
Partiklar som inandas av människor deponeras i andningssystemet. Grövre partiklar (> 10 µm), som ofta har ett naturligt ursprung, gör sig kroppen av med genom inbyggda mekanismer. Dessa mekanismer inkluderar t.ex. att hosta upp partiklarna eller snyta ut dem. Mindre partiklar har människokroppen inte utvecklat metoder för att bli av med. Dessa partiklar deponeras längre ner i andningssystemet och hur eller om dessa partiklar försvinner beror bland annat på partikelns löslighet. När en partikel långt ner i andningssystemet löses upp tar sig de kvarvarande molekylerna ut i blodsystemet och sprids därefter i kroppen. Detta kan ha påverkan på till exempel hjärnan.
Generellt anses små partiklar vara farligare än större partiklar. Detta är dock fortfarande under diskussion och ett ämne som det forskas aktivt på.
Klimat
Jordens klimat beror på balansen mellan inkommande och utgående strålningsbalans d.v.s. hur mycket solinstrålning som når jorden och hur mycket strålning som strålar tillbaka ut i rymden.
Partiklar kan vara reflekterande eller absorberande och påverkar genom detta strålningsbalansen i atmosfären. Reflekterande partiklar reflekterar inkommande solstrålning ut i atmosfären igen vilket leder till en temperatursänkning. Exempel på en sådan typ av partiklar är sulfatpartiklar som bland annat släpps ut i stora mängder från sjöfart och kolkraftverk. Absorberande partiklar tar istället upp inkommande solljus och temperaturen på jorden höjs. Sotpartiklar är på grund av sin svarta färg en typ av partiklar som tar upp inkommande solljus. Sotpartiklar bildas vid ofullständig förbränning. Partiklars påverkan på jordens temperatur genom reflektion och absorption kallas för en direkt klimateffekt.
Partiklar påverkar även jordens klimat genom en indirekt klimateffekt i och med ändrade molnbildningsmönster. Jordens strålningsbalans beror i stor utsträckning på mängden och typen av moln i atmosfären. Med ökande koncentrationer partiklar bildas fler men mindre molndroppar jämfört med en lägre partikelkoncentration. Detta leder till högre, tunnare och vitare moln vilket ger en högre reflekterande förmåga av inkommande solljus och därmed en temperatursänkning.
I dagsläget beräknas utsläppen av partiklar ge en temperatursänkning på jorden. Denna orsakas både av ändrade molnbildningsmönster och av de stora koncentrationer reflekterande svavelpartiklar som emitteras. Osäkerheterna är dock mycket stora och den vetenskapliga förståelsen inom området låg.
Den kylande effekten som partiklar har är mer kortvarig jämfört med den värmande effekten som t.ex. koldioxid och metan har. Detta beror på de olika livslängderna (dagar jämfört med årtionden eller mer).
Sikt
Partiklar har en ljusspridande förmåga (det som under klimat ovan refereras till som reflekterande förmåga). Detta påverkar sikten som vid höga partikelkoncentrationer minskar.