Грязная красота фейерверков. Как пиротехника вредит окружающей среде.

Праздники давно ассоциируются с красочными огнями фейерверков, горящими свечами, хлопками петард и искрами бенгальских огней — это привычное развлечение для детей и взрослых по всему миру. Салютами сопровождают свадьбы, дни рождения, муниципальные и государственные торжественные мероприятия, концерты, фестивали и спортивные события. Но не многие любители ярких огненных шоу задумываются о последствиях, а ведь пиротехника — мощный источник загрязнения окружающей среды.

Механические частицы.

Группа ученых из США и КНР оценили выбросы загрязняющих веществ при запуске фейерверков и пришли к выводу, что качество воздуха в это время серьезно ухудшается, что негативно отражается на здоровье людей. Авторы проанализировали результаты исследований, проведенных в Азии, Европе и Северной Америке, где рассматривались такие параметры, как концентрация частиц, их размер, морфология и химический состав.

Результаты исследований из Китая, Индии и Германии, в которых сообщалось о суммарном количестве взвешенных твердых частиц в воздухе во время различных мероприятий, показали, что максимальная их концентрация, наблюдаемая при горении фейерверков, составляла 39800 мкг/м3 в течение 50 минут (с 23:40 до 00:30) в канун Нового года, и средняя концентрация от 330,5 до 670,8 мкг/м3. Средние концентрации частиц во время фестивалей были в 1,05–2,84 раза выше фоновых значений. Рассмотрим частицы разных размеров по отдельности.

Наивысшая средняя концентрация PM10 (частицы размером до десяти микрон) составляла 2237,3 мкг/м3 в Салкии (Индия) во время праздника Дивали. Это значение было почти в 110 раз выше значения самой низкой фоновой средней концентрации PM10 — 20,5 мкг/м3, — которая была зафиксирована на Мальте. Для сравнения: наиболее высокая фоновая концентрация PM10 в Нью-Дели — 122,1–167,8 мкг/м3. Средняя концентрация PM10 во время фестивалей достигала 469,3 мкг/м3 в Китае и 479,8 мкг/м3 в Индии, что более чем в 4 раза превышает значение, допустимое индийским национальным стандартом качества атмосферного воздуха (PM10 — 100 мкг/м3). Так, концентрация PM10 во время фестивалей была примерно в 1,5–4,2 раза выше, чем в дни без мероприятий, на которых использовалась пиротехника. В Испании и Италии же средняя концентрация PM10 составляла всего 71,5 мкг/м3 и варьировалась в пределах от 63,9 до 79 мкг/м3, что в 1,4 раза выше допустимой концентрации PM10 (50 мкг/м3) в Евросоюзе.

Фракция PM2,5, которую труднее уловить, дольше находится в атмосфере и может проникать глубоко в легкие, вызывая повреждение дыхательной системы. Наивысшая средняя массовая концентрация PM2,5 составляла 6378,6 мкг/м3 во время международного конкурса фейерверков, что в 212 раз выше допустимой концентрации в Канаде (30 мкг/м3). Такое превышение стало результатом девяти сорокаминутных серий фейерверков в течение одного месяца. Средняя концентрация PM2,5 — от 61 мкг/м3 до 6378,6 мкг/м3 — в Китае, Индии, Канаде, США, Испании и Германии четырехкратно превышала фоновую концентрацию в дни без фейерверков.
Что касается частиц РМ1 (размером до микрона), то во время фейерверка в Нагпуре средняя их концентрация составляла 4,4 млн. частиц на литр, а максимальная превышала 8,9 млн., что в 3–5 раз больше значения фоновой концентрации для той же местности.

Ещё пример: во время футбольных матчей сразу после начала горения файеров, численная концентрация наночастиц увеличивается в 12 раз. Суммарная доза, которую игроки и зрители вдыхают во время матча, составила около 7×108 частиц/кг, что на 300% выше, чем фоновая доза.

Химические загрязнители.

Основной компонент фейерверков — черный порох — состоит из восстановителей (порошка древесного угля, серы) и окислителей (нитрата калия и в ряде случаев перхлората калия). Для улучшения визуальных эффектов также добавляют алюминий, железо, сурьму и неорганические соли. Когда фейерверк горит, сера, древесный уголь и металлический порошок быстро воспламеняются под действием окислителя, и выделяется большое количество тепла и света. При этом образуются газы, содержащие углерод, азот и серу, их оксиды, а также многочисленные частицы, например, оксиды металлов.

Также в состав фейерверков добавляются специальные элементы для усиления зрелищности и декоративных эффектов. Sr, Ba, Sb, Pb, Na, K и Cu применяют при производстве красных, желто-зеленых, светло-зеленых, зеленых, желтых, фиолетовых и синих фейерверков, поэтому неудивительно, что после сжигания пиротехники в воздухе обнаруживаются более высокие концентрации этих металлов. Хлориды и сульфаты кальция используются для создания оранжевого пламени и усиления цвета, а цинк — для создания дыма. Марганец используются в качестве топлива для увеличения яркости горения. Хром является катализатором увеличения скорости горения. Магний играет важную роль в образовании искр, алюминий вносит вклад в горение, искрение и придает блеск.

Всего же во время горения пиротехники было обнаружено 47 элементов. Наиболее распространенные: K, S, Ca, Al, Si, Mg, Na; Fe, Ba, Zn, Pb, Cu; Ti, Sr, Mn, Cr, As, Cd.
K и S имеют самые высокие средние концентрации, которые составили 9637,3 и 9681,9 нг/м3. Это связано с тем, что основным материалом при производстве фейерверков являются соли калия, такие как нитраты, хлораты и перхлораты. Сера же всегда используется как топливо. Кроме того, в высоких концентрациях присутствовали Si, Al и Ca — 4678,5, 2488,7 и 2481,9 нг/м3 соответственно. Эти элементы добавляют в виде порошка, чтобы повысить температуру горения и углубить цвет. Средние концентрации Cu, Zn, Fe составляли 103, 511,3 и 1263,7 нг/м3. Данные элементы используются для получения синего цвета пламени, дыма и искр. Также в частицах, высвобождаемых фейерверками, были обнаружены Cd и As. Их средние концентрации ниже других элементов — 179,3 и 21,5 нг/м3. Но это ядовитые металлы, их специально не добавляют, но они являются примесями, получаемыми в процессе обработки некоторых металлов (например, Pb или Zn). Средние фоновые концентрации канцерогенных Pb, Ba, As составили 192, 1–70 и 7–29 нг/м3, соответственно. Кроме того, тяжелые металлы нейротоксичны.

Влияние на здоровье.

Газообразные и твердые загрязнители, включая металлы, выбрасываемые фейерверками, могут провоцировать заболевания органов дыхательной и сердечно-сосудистой системы, а также рак. Краткосрочные последствия для здоровья преимущественно обусловлены вдыханием дыма, которое может обернуться кашлем, лихорадкой, одышкой и даже острой эозинофильной пневмонией.

Частицы PM10, выбрасываемые во время фейерверков, могут вызвать заболевания нижних дыхательных путей, обострить течение астмы и хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). SO2 может медленно всасываться в мелкие частицы и транспортироваться глубоко в легкие, вызывая долгосрочные последствия для здоровья. NO2, который выделяется при запуске фейерверков, может привести к биохимическим изменениям и как к острым, так и к хроническим повреждениям легких. Повышенные концентрации O3 и CO также способны вызвать одышку, тяжелую бронхиальную астму и пневмонию. Также было высказано предположение, что хлор, содержащийся в парах, выделяемых фейерверками, раздражает слизистые оболочки и провоцирует острый респираторный дистресс-синдром при попадании в дыхательную систему.

Исследования показали, что канцерогенный потенциал выбросов у свистящих бенгальских огней был выше, чем у бенгальских огней с низким уровнем дыма. Канцерогенность выбросов таких изделий обусловлена металлами. Металлы в частицах — Cd, Pb, Cr и Ni — оказывают серьезное воздействие на астматиков, а также могут вызвать рак легких. Тяжелые металлы и полициклические ароматические углеводороды в PM2,5, выделяемые при горении фейерверков, повышают неканцерогенные и онкогенные риски при проникновении через дыхательные пути и при контакте с кожей. Pb>Zn>Sr>Cu>Mn>Ba>As>Cr — таков порядок уровней риска для неканцерогенных тяжелых металлов. Между тем канцерогенный риск для Cr выше 10-6, что свидетельствует о неприемлемой опасности, в то время как канцерогенный риск для As (9,16×10-7) ниже 10-6, и такой риск можно считать незначительным. Так, Cr опаснее, чем As, он (хром) определен как наиболее канцерогенное соединение в фейерверках.

И что же делать с фейерверками?

Чтобы защитить здоровье людей, необходимо проводить больше эпидемиологических исследований воздействия на организм частиц и газообразных загрязнителей, выделяемых фейерверками. Производителям фейерверков следует внедрять технические инновации для сокращения выбросов загрязняющих веществ.
Нужно ужесточать меры контроля за запуском фейерверков. Превентивные действия, такие как запрет использования пиротехники, доказали свою эффективность в снижении количества травм. Ограничить использование таких изделий необходимо и для уменьшения загрязнения воздуха.

Во-первых, требуется строгий надзор за пиротехнической индустрией и коммерцией и постепенный отказ от сильно загрязняющих окружающую среду образцов. Во-вторых, необходим жесткий контроль времени и места проведения салютов. В-третьих, конструкции фейерверков должны снижать выбросы загрязняющих веществ и мощность взрыва.

Следует информировать потребителей об опасностях, связанных с фейерверками, в том числе для окружающей среды. Поскольку новогодний фейерверк является давней традицией, людям будет нелегко изменить свое отношение к такому виду развлечений. В качестве эко-френдли альтернативы можно рассматривать световую иллюминацию и современные голографические проекторы, производящие не менее впечатляющие свето-визуальные эффекты.

Несмотря на традиционность фейерверков, многие уже сейчас готовы отказаться от них. 187 жителям Германии задали вопрос: «Какие альтернативы фейерверкам они считают привлекательными?» Половина респондентов сочла световые и лазерные шоу наиболее привлекательной заменой. Однако если рассматривать только любителей пиротехники, популярность таких шоу сокращается до 35%, а 36% опрошенных не считают возможным пропустить фейерверк ни при каких обстоятельствах. Около 10% участников отметили, что фейерверк, организованный силами города, стал бы неплохой заменой частному празднику.