זיהום חלקיקי

זיהום חלקיקי (באנגלית: Particulate pollution) הוא מונח רחב המתייחס לזיהום הסביבה המורכב מחלקיקים מוצקים או נוזליים המרחפים בתוך תווך מסוים (גז או נוזל).Hinds, W. C. (1999). "Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles". Wiley-Interscience, 2nd Edition, p. 3. זיהום זה מופיע בשלוש צורות עיקריות המוגדרות לפי הסביבה שבה הן נמצאות: חומר חלקיקי אטמוספירי (מרחף באוויר), פסולת ימית (במערכות אקולוגיות מימיות) ופסולת חלל (במסלול סביב כדור הארץ).Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). "Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change". Wiley, 3rd Edition, p. 47.Bergmann, M., Gutow, L., & Klages, M. (2015). "Marine Anthropogenic Litter". Springer, p. 1.Klinkrad, H. (2006). "Space Debris: Models and Risk Analysis". Springer Praxis, p. 1. חלק מהחלקיקים נפלטים ישירות ממקור ספציפי, בעוד שאחרים נוצרים כתוצאה מריאקציות כימיות בתוך התווך. מקורות הזיהום החלקיקי יכולים להיות טבעיים (כמו אבק קרקע, רסס ים או התפרצויות געשיות) או אנתרופוגניים (כמו שריפת דלקים פוסילים, תעשייה ופסולת פלסטיק).

 חומר חלקיקי אטמוספירי (Aerosols)
חומר חלקיקי באוויר, המכונה לעיתים קרובות אירוסול (Aerosol), מוגדר כאוסף של חלקיקים מוצקים או נוזליים המרחפים בתוך גז.Hinds, W. C. (1999). p. 3. החלקיקים הללו הם בעלי מורכבות ייחודית וגודלם נע מננומטרים בודדים ועד לעשרות מיקרומטרים.

 סיווג לפי גודל
נהוג לסווג את החלקיקים האטמוספיריים לפי קוטרם האווירודינמי:
 PM10: חלקיקים שקוטרם קטן מ-10 מיקרומטר. חלקיקים אלו יכולים לחדור עמוק לתוך הריאות.World Health Organization. (2016). "Ambient Air Pollution: A Global Assessment of Exposure and Burden of Disease". WHO Press, p. 19.
 PM2.5: חלקיקים עדינים שקוטרם קטן מ-2.5 מיקרומטר. אלו נחשבים למסוכנים ביותר לבריאות הציבור בשל יכולתם לחדור למערכת הדם.
 חלקיקים אולטרה-עדינים (Ultrafine particles): חלקיקים שקוטרם קטן מ-0.1 מיקרומטר (100 ננומטר), המהווים את מרבית החלקיקים באוויר מבחינה מספרית.Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). p. 343.

מקורות והיווצרות
החלקיקים מתחלקים לחלקיקים ראשוניים, הנפלטים ישירות לאטמוספירה, וחלקיקים שניוניים, הנוצרים באטמוספירה בתהליכי המרה של גז לחלקיק.
 מקורות טבעיים: כוללים אבק קרקע (הנוצר משחיקת סלעים ורוחות באזורים צחיחים), רסס ים, חלקיקים וולקניים, שריפות יער טבעיות וחלקיקים ביולוגיים (כמו פולן ונבגים).Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). p. 305.
 מקורות אנתרופוגניים: מקורם בפעילות אנושית, בעיקר שריפת דלקים בתחבורה ובתחנות כוח, תהליכים תעשייתיים, חקלאות ושחיקת צמיגים.WHO (2016). p. 33.

השפעות בריאותיות וסביבתיות
זיהום אוויר חלקיקי נחשב לסיכון הסביבתי הגדול ביותר לבריאות האדם. בשנת 2012 לבדה, זיהום אוויר חיצוני היה אחראי לכ-3 מיליון מקרי מוות ברחבי העולם. החשיפה לחלקיקים קשורה למחלות לב איסכמיות, שבץ מוחי, מחלות ריאה חסימתיות כרוניות (COPD) וסרטן הריאות.WHO (2016). p. 45.
בנוסף, לחלקיקים השפעה מכרעת על האקלים: הם מפזרים ובולעים קרינה סולארית (אפקט ישיר) ומשמשים כגרעיני התעבות לעננים (אפקט עקיף), ובכך משפיעים על מאזן האנרגיה של כדור הארץ.Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). p. 971.

 פסולת ימית (Marine Debris)
פסולת ימית מוגדרת ככל חומר מוצק, מיוצר או מעובד, עמיד, שננטש או הושלך לסביבה הימית והחופית.Bergmann, M., et al. (2015). p. 29. מרבית הפסולת (עד 95%) מורכבת מפלסטיק, בשל עמידותו הרבה ועלויות הייצור הנמוכות שלו.

 מקורות ופיזור
הפסולת מגיעה ממקורות יבשתיים (שפכים, נהרות, תיירות חופית) וממקורות ימיים (ספינות מסחר, דיג ופלטפורמות קידוח). מוערך כי כ-10% מכלל פסולת הפלסטיק המיוצרת בעולם מגיעה בסופו של דבר לאוקיינוסים.Bergmann, M., et al. (2015). p. x. זרמי האוקיינוס מרכזים את הפסולת הצפה באזורי התכנסות המכונים "מערבולות אוקיינוסיות" (Gyres), שם מצטברות כמויות אדירות של פלסטיק.Eriksen, M., et al. (2014). "Plastic Pollution in the World's Oceans". PLoS ONE, 9(12), p. 1.

 מיקרו-פלסטיק ושרשרת המזון
מיקרו-פלסטיק הם חלקיקי פלסטיק הקטנים מ-5 מ"מ.Bergmann, M., et al. (2015). p. 202. הם נוצרים מפירוק של חפצים גדולים כתוצאה מקרינת UV ושחיקה מכנית (מיקרו-פלסטיק שניוני) או מיוצרים במכוון לשימושים תעשייתיים וקוסמטיים (מיקרו-פלסטיק ראשוני).Bergmann, M., et al. (2015). p. 230. חלקיקים אלו נאכלים על ידי מגוון רחב של אורגניזמים ימיים, החל מזואופלנקטון ועד ליונקים ימיים, ובכך מחדירים רעלים לשרשרת המזון העשויים להגיע בסופו של דבר לבני אדם.Bergmann, M., et al. (2015). p. xi.

 פסולת חלל (Space Debris)
פסולת חלל מקיפה את כל העצמים המלאכותיים, כולל שברים ומרכיבים שלהם, שנמצאים במסלול סביב כדור הארץ ואינם מתפקדים עוד.Klinkrad, H. (2006). p. 1. מאז תחילת עידן החלל ב-1957, שוגרו אלפי לוויינים, ומרבית העצמים המקוטלגים כיום הם למעשה פסולת.

 מקורות וסכנות
המקורות העיקריים לפסולת חלל הם לוויינים שיצאו משימוש, שלבים של טילים וחלקיקים שנפלטו במהלך משימות (ברגים, רסיסי צבע ועוד). עם זאת, המקור המשמעותי ביותר לשברים חדשים הוא התפוצצויות במסלול והתנגשויות בין עצמים.Klinkrad, H. (2006). p. 18.
במהירויות מסלוליות (כ-7.5 ק"מ לשנייה במסלול נמוך), התנגשות עם חלקיק קטן מאוד יכולה להיות הרסנית: חלקיק אלומיניום בקוטר 1 ס"מ נושא אנרגיה של רימון יד מתפוצץ.Klinkrad, H. (2006). p. 211.

 תסמונת קסלר (Kessler Syndrome)
החשש המרכזי של חוקרי חלל הוא מצב שבו צפיפות הפסולת במסלול נמוך (LEO) תהיה גבוהה כל כך, שהתנגשויות בין עצמים יגרמו לתגובת שרשרת של התנגשויות נוספות.Klinkrad, H. (2006). p. 2. תהליך זה, המכונה Collisional Cascading או "תסמונת קסלר", עלול להפוך אזורי מסלול מסוימים לבלתי ניתנים לשימוש למשך דורות.Kessler, D. J., & Cour-Palais, B. C. (1978). "Collision Frequency of Artificial Satellites: The Creation of a Debris Belt". Journal of Geophysical Research, 83(A6), p. 2637.

 דינמיקה ושיקוע
התנהגות החלקיקים בכל אחת מהסביבות נשלטת על ידי חוקי הפיזיקה של זרימה ודינמיקה חלקיקית:
 חוק סטוקס (Stokes' Law): מתאר את כוח הגרר הפועל על חלקיק הנע בנוזל או בגז, וקובע את מהירות השיקוע שלו.Hinds, W. C. (1999). p. 44.
 שיקוע רטוב ויבש: באטמוספירה, חלקיקים מוסרים באמצעות שיקוע יבש (פגיעה ישירה במשטחים) או שיקוע רטוב (היצמדות לטיפות גשם או שלג).Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). p. 829, 856.
 קואגולציה (Coagulation): תהליך שבו חלקיקים קטנים מתנגשים ומתלכדים ליצירת חלקיקים גדולים יותר, מה שמשנה את התפלגות הגודל של הזיהום.Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). p. 544.
קישורים חיצוניים

הערות שוליים

קטגוריה:זיהום אוויר