Ympäristötieteen valintakoe 2014 Aineistokokeen kysymykset Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus: Ympäristötieteen valintakoe Lue oheinen pienhiukkasten terveysvaikutuksia käsittelevä aineisto ja vastaa kysymyksiin 1-5. Huomaa, että aineistosta ei löydy kattavasti tietoa vastauksiin, vaan sinun tulee hyödyntää myös aikaisemmin oppimiasi asioita. Toisaalta kysymykset eivät käsittele kaikkia tekstin osia. Tehtävän tarkoitus ei ole kopioida tekstiä vastaukseesi. Sovita vastauksesi laajuus niin, että jokainen vastaus mahtuu sille annettuun tilaan. HUOM. Vastaustilaa on varattu riittävästi ja vastauksen ei tarvitse täyttää koko tilaa. Jokaisen tehtävän maksimipistemäärä on 6 pistettä. Merkitse nimesi jokaiseen vastauspaperiin. Oheinen teksti on muokattu Duodecim lehdessä 2004 julkaistusta professori Juha Pekkasen kirjoituksesta.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 2 KAUPUNKI-ILMAN PIENHIUKKASTEN TERVEYSVAIKUTUKSET Tiivistelmä Ulkoilman pienhiukkaset (läpimitta alle 2.5 µm, PM2.5) lisäävät sairastuvuutta hengityselinsairauksiin sekä sydän- ja verisuonitauteihin myös Suomessa. Sairastuvuus lisääntyy päivinä, jolloin pienhiukkaspitoisuudet ovat suuria. Toisaalta alueilla, joilla pitoisuudet ovat suuret, keskimääräinen elinaika on jopa vuoden lyhyempi. Vaikutus näyttäisi alkavan hyvin pienissä pitoisuuksissa, joten turvallista pitoisuutta ei ole pystytty määrittämään. Pienhiukkasten riskinarvioinnin kannalta keskeistä on arvioida ulkomaisten tutkimusten soveltuvuus olosuhteisiimme sekä mahdollisen kynnysarvon olemassaolo, mikä on tärkeä tieto erityisesti Suomessa, jossa PM2.5-pitoisuukset ovat suhteellisen pieniä. Suomessa on toisaalta runsaasti pienpoltosta ja kevätpölystä peräisin olevia hiukkasia sekä ultrapieniä hiukkasia, joihin liittyvien terveysvaikutusten arviointia haittaa puutteellinen tieto terveysvaikutusten mekanismeista. Erityisen haitallisia ovat ilmeisesti polttoperäiset hiukkaset, jotka Suomessa ovat pääosin peräisin kaukokulkeumasta, liikenteestä ja pienpoltosta. Ulkoilman pienhiukkaset ovat keskeinen ympäristöterveysongelma. Niinpä EU maat ovat edelleen kiristämässä lainsäädäntöään tavoitteenaan pienhiukkasaltistuksen vähentäminen. Ulkoilman pienhiukkasten on tiedetty jo pitkään olevan vaarallisia ihmisen terveydelle. Esimerkiksi joulukuussa 1952 Lontoossa oli poikkeuksellisen pitkään tyyntä ja talojen lämmityksessä käytetyn kivihiilen savu kerääntyi Lontoon ylle sakeaksi savusumuksi. Tämä kesti noin 5 päivää ja vähintään 4000 ihmisen arvioidaan kuolleen savusumun seurauksena. Erityisesti kuolleisuus hengityselinsairauksiin sekä sydän- ja verisuonitauteihin lisääntyi. Savusumuepisodin jälkeen kivihiilen käyttö talojen takoissa kiellettiin Lontoossa. Vastaavasti Suomessa siirtyminen pois talokohtaisesta lämmityksestä on merkittävästi parantanut kaupunki-ilmaa (kuva 1). Kuva 1. Kuopiota lämmitetään 1950-luvulla ja vuonna 2002. Kuvat otettu samasta paikasta.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 3 Vilkas tutkimus hiukkasten terveysvaikutuksista alkoi uudelleen 1990-luvulla, kun sekä uudet seurantatutkimukset että uusia tilastollisia menetelmiä käyttävät aikasarjatutkimukset osoittivat, että ulkoilman pienhiukkasilla on merkittäviä terveysvaikutuksia niinkin pieninä pitoisuuksina kuin esimerkiksi meillä Suomessa on. Nykyään arvioidaankin, että Keski-Euroopassa jopa 6% kaikista kuolemista johtuu pienhiukkasista (Künzli ym. 2000). Tässä katsauksessa esitellään pienhiukkasten keskeisiä terveysvaikutuksia, arvioidaan tehtyjen tutkimusten luotettavuutta ja pohditaan sitten Suomen kannalta keskeisiä, avoimia kysymyksiä pienhiukkasten riskinarvioinnissa. Pienhiukkasten tai yleensä polttoprosessien sinänsä merkittäviä epäsuoria terveysvaikutuksia mm. ilmastonmuutoksen kautta ei tässä esitellä. Pienhiukkasten pitoisuuksia, ominaisuuksia ja altistumista käsitellään vain lyhyesti, koska niitä on käsitelty aiemmin tarkemmin (Pekkanen 2002a). Kaupunki-ilman hiukkaset Kaupunki-ilman hiukkaset ovat peräisin eri lähteistä muodostavat eri kokoisten hiukkasten seoksen, joka jaetaan usein kolmeen eri luokkaan: ultrapienet hiukkaset (hiukkasten läpimitta 0.01-0.1 µm), akkumulaatio- eli kertymähiukkaset (0.1-1 µm) ja karkeat hiukkaset (yli 1 µm tai yli 2.5 µm) (kuva 2). Ultrapieniä hiukkasia syntyy kaiken palamisen seurauksena, kaupungeissa erityisesti liikenteestä. Hyvin suurina pitoisuuksina ultrapienten hiukkasten elinaika on lyhyt, mutta kaupunki-ilmassa elinaika voi olla useita tunteja (Pekkanen ja Kulmala 2004). Ultrapienet hiukkaset muodostavat vain muutaman prosentin pienhiukkasten massasta., mutta merkittävän osan pinta-alasta ja käytännössä koko lukumäärän (Pekkanen 2002a, Pekkanen ja Kulmala 2004). Ultrapienet hiukkaset kasvavat akkumulaatiohiukkasiksi, jotka pysyvät ilmakehässä viikkoja. Akkumulaatiohiukkasten keskeinen lähde onkin kaukokulkeuma. Karkeat hiukkaset ovat pääosin maaperän kiviainesta, esimerkkinä liikenteen ja nastarenkaiden asfaltista irrottamaa pölyä ja hiekoitushiekkaa (kevätpöly). Paikallinen poltto Kaukokulkeuma Maaperä PM2.5 Massapitoisuus, C SO4 NH4 NO3 C Al Ca Fe O Si 0.01 0.1 1 10 100 Hiukkasten läpimitta, µm Kuva 2. Kaavakuva kaupunki-ilman hiukkasten massapitoisuuksista ja niiden lähteistä. Ultrapienet hiukkaset (läpimitta alle 0.1 µm) ovat kemialliselta koostumukseltaan pääosin hiiliyhdisteitä (C), kaukokulkeuma (0.1-1 µm) rikin (SO 4 ) ja typen (NO 3 ) oksideja ja hiiliyhdisteitä (C), ja karkeat hiukkaset (yli 1 µm tai 2.5 µm) maaperän alkuaineita, kuten piitä (Si) ja alumiinia (Al).
Ympäristötieteen valintakoe 2014 4 Ainoastaan alle 10 µm:n hiukkaset (PM10, aerodynaaminen läpimitta alle 10 µm) pystyvät tunkeutumaan ihmisen ilmateihin. Terveyshaittojen arvellaan nykyisin kuitenkin yhdistyvän erityisesti PM2.5 -hiukkasiin (PM2.5, aerodynaaminen läpimitta alle 2.5 µm) (Brunekreef ja Holgate 2002, WHO 2003). Suomen kaupungeissa tyypillinen PM10 vuosikeskiarvo on luokkaa 20 µg/m 3, josta noin puolet on PM2.5 hiukkasia. Helsingissä kaupunki-ilman PM2.5 pitoisuudesta runsaat puolet muodostuu kaukokulkeumahiukkasista, 10-20% liikenteessä ja muussa poltossa syntyneistä hiukkasista sekä pieneltä osalta merisuolasta sekä hiekkapölystä (Vallius ym. 2003). Suomen pitoisuudet ovat samaa luokkaa kuin muualla Pohjoismaissa, mutta pienemmät kuin muualla Euroopassa (Hoek ym. 1997). Keskimääräiset PM10 tasot Keski-Euroopassa ovat luokkaa 40 µg/m 3 ja Etelä-Euroopassa vielä suuremmat, Ateenassa lähes 100 µg/m 3. Lyhytaikaisvaikutukset Ulkoilman hiukkaspitoisuuden on osoitettu lukuisissa aikasarjatutkimuksissa olevan yhteydessä lisääntyneeseen sairastuvuuteen ja kuolleisuuteen (Brunekreef ja Holgate 2002, WHO 2003). Aikasarjatutkimuksissa verrataan hiukkaspitoisuuden päivittäisen vaihtelun yhteyttä kuolleisuuden päivittäiseen vaihteluun. Tyypillisesti vahvin yhteys on havaittu hengityselinten sairauksiin sekä toisaalta sydän- ja verisuonitauteihin. Hiukkaset aiheuttavat erityisesti astmaatikoille ja muille hengitystiesairaille oireita, huonontavat keuhkojen toimintakykyä ja lisäävät sairaalassa käyntejä. 10 µg/m 3 muutoksen ulkoilman päivittäisessä pienhiukkaspitoisuudessa (PM10) arvioidaan lisäävän päivittäistä kuolleisuutta noin 0.5% (Katsoyanni ym. 2001, Samet ym. 2000, WHO 2003). Vastaavia tuloksia on saatu myös Suomesta. Pienhiukkasten yhteys huonontuneeseen keuhkojen toimintakykyyn on havaittu astmaa sairastavilla lapsilla Kuopiossa (Pekkanen ym. 1997, Timonen ja Pekkanen 1997) ja aikuisilla astmaatikoilla Helsingissä (Penttinen ym. 2001). Helsingissä pienhiukkaspitoisuudet myös lisäsivät sepelvaltimotautipotilailla toistetussa rasitus -EKGssa ST-välin laskun vaaraa (Pekkanen ym. 2002b) sekä olivat yhteydessä sydän- ja verisuonitautien ja hengityselinsairauksien kuolleisuuteen (Pönkä ym. 1998, Penttinen ym. 2004). Aikasarjatutkimusten tuloksia pidetään hyvin luotettavina, koska ainoastaan tekijät, jotka vaihtelevat päivittäin yhdessä pienhiukkaspitoisuuksien kanssa voivat sekoittaa tulosta. Tällaisia tekijöitä ovat lähinnä muiden ilmansaasteiden pitoisuudet ja säätila. Keskeinen kritiikki aikasarjatutkimuksia kohtaan on aiemmin liittynyt altistumisen arviointiin eli siihen, kuinka hyvin kaupungin keskustassa sijaitsevan kiinteän mittapisteen pienhiukkaspitoisuus kuvaa asukkaiden henkilökohtaisen altistumisen päivittäistä vaihtelua. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on kuitenkin osoitettu, että tämä yhteys on varsin hyvä, erityisesti PM2.5 -hiukkasille. Näin on myös Helsingissä (Janssen ym. 2000). Pitkäaikaisvaikutukset Aikasarjatutkimuksia pienhiukkasten terveysvaikutuksista on tehty erittäin suuri määrä eri puolilla maailmaa, mutta ne eivät kerro pienhiukkasten pitkäaikaisesta vaikutuksesta kuolleisuuteen eli vaikutuksesta elinikään. Onhan mahdollista, että pienhiukkasten korkeiden päiväpitoisuuden aiheuttamat kuolemat tapahtuvatkin henkilöille, jotka olisivat joka tapauksessa kuolleet seuraavana päivänä. Uudet analyysit aikasarjatutkimuksista (Dominici ym. 2003) ja tulokset kohorttitutkimuksista eivät kuitenkaan tue tätä ajatusta (WHO 2003).
Ympäristötieteen valintakoe 2014 5 Ensimmäinen ja parhaiten tehty seurantatutkimus oli ns. Six Cities Study, joka suunniteltiin alunpitäen selvittämään hiukkasten terveysvaikutuksia (Dockery ym. 1993). Tutkimuksessa seurattiin 8111 aikuista kuudessa eri kaupungissa. Kaupunkien pienhiukkaspitoisuuksia seurattiin tarkasti ja muut riskitekijät selvitettiin perusteellisesti. Tutkittavien kuolleisuus lisääntyi suorassa suhteessa kaupungin keskimääräisen pienhiukkaspitoisuuden kasvaessa (kuva 3). Erityisesti lisääntyi kuolleisuus sydän- ja verisuonitauteihin ja keuhkosyöpäään. Tulos on vahvistettu kahdessa muussa amerikkalaisessa tutkimuksessa (Pope ym. 2002, Mc- Donnell ym. 2000). Ensimmäisen eurooppalaisen seurantatutkimuksen (Hoek ym. 2002) tulosten mukaan liikenneperäiset ilmansaasteet lisäsivät kuolleisuutta sydän- ja verisuonitauteihin. Ilmansaasteiden yhteyttä keuhkosyöpäsairastuvuuteen tukevat monet toksikologiset ja muut epidemiologiset tutkimukset (Cohen 2000). Kuva 3. Keskimääräisen pienhiukkaspitoisuuden (x-akseli, µg/m 3 ) yhteys suhteelliseen kuolemanvaaraan (yakseli) Six Cities tutkimuksessa (Dockery ym. N Engl J Med 1993; 329:1753-1759). Hiukkaspitoisuuksien vähentämisen hyödyllisistä vaikutuksista on myös saatu uutta tietoa. Dublinissa, Irlannissa, siirryttiin öljykriisin seurauksena 1980-luvulla käyttämään yhä enemmän hiiltä kotien lämmitykseen, niin kuin Lontoossa käytettiin 1950-luvulla. Vuonna 1990 hiilen käyttö kiellettiin, jolloin Dublinin hiukkaspitoisuudet pienenivät voimakkaasti ja myös kuolleisuus hengityselinsairauksiin ja sydän- ja verisuonitauteihin väheni (Clancy ym. 2002). Kaliforniassa havaittiin vastaavasti lasten keuhkofunktion parantuvan heidän muuttaessa vähemmän saastuneille alueille (Avol ym. 2001) Pienhiukkasten lähteistä terveysvaikutuksiin - avoimia kysymyksiä Monien mielestä pienhiukkasten terveysvaikutukset liittyvät erityisesti polttoperäisiin hiukkasiin, kuten liikenteestä ja hiilivoimaloista peräisin oleviin hiukkasiin (Laden ym. 2000). Suurin osa pienhiukkasia koskevasta tutkimustiedosta koskee kuitenkin PM10 tai PM2.5 hiukkasia yleensä, riippumatta niiden lähteistä tai muista ominaisuuksista. Onkin vielä epäselvää, mikä aiheuttaa hiukkasiin yhdistetyt haitalliset terveysvaikutukset. Onko se hiukkasten kemiallinen koostumus, lukumäärä, pinta-ala tai jokin näiden yhdistelmä? Entä millä mekanismilla? Siksi eri lähteistä peräisin olevien hiukkasten terveysvaikutusten arviointi on vaikeaa.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 6 Pienhiukkasten terveysvaikutusten mekanismi Yleisesti ajatellaan, että pienhiukkaset aiheuttavat keuhkoissa oksidatiivista stressiä ja sitä kautta tulehdusta, joka huonontaa keuhkosairaiden vointia sekä lisää veren hyytymistekijöiden pitoisuutta ja sitä kautta sydäninfarktin vaaraa (Donaldson ym. 2001). Pienhiukkasaltistuminen voi myös vaikuttaa sydämen autonomisen säätelyyn (Stone ja Godleski 1999). Eläinkokeissa pienhiukkasten on havaittu lisäävän keuhkojen tulehdusta (Saldiva ym. 2002), vaikuttavan sydämen autonomiseen säätelyyn ja veren hyytymistekijöihin (Godleski ym. 2000) sekä pahentavan ateroskleroosin vaikeusastetta (Suwa ym. 2002). Vaikutus sydänlihaksen iskemiaan on havaittu sekä eläimillä (Godleski ym. 2000) että ihmisillä (Pekkanen ym. 2002b). Toksikologisten tutkimusten mukaan pienhiukkasten ominaisuuksilla on merkittävä vaikutus niiden aiheuttamiin terveysvaikutuksiin (Saldiva ym. 2002). Yhtä keskeistä ominaisuutta, joka selittäisi pienhiukkasten terveysvaikutukset, ei kuitenkaan ole pystytty tunnistamaan. Pienhiukkasten transitiometallipitoisuuden on osoitettu toksikologisissa tutkimuksissa olevan yhteydessä tulehdusreaktioon ja monissa koejärjestelmissä havaittu selittävän pienhiukkasten aiheuttamat vasteet (EPA 2001). Ultrapienet hiukkaset ovat toksikologisissa tutkimuksissa aktiivisempia kuin massaltaan sama määrä isompia hiukkasia (Oberdörster 2001). Eläinkokeiden mukaan dieselhiukkaset myös lisäävät elimistön vasteita allergeeneille (Granum ja Lovik 2002). Dieselhiukkaset aiheuttavat myös todennäköisesti syöpää (Cohen 2000). Kevätpöly Suomessa noin puolet PM10 hiukkasista on karkeita, lähinnä kiviainesta (Pakkanen ym. 2001). Suomessa ilmanlaadun 24 tunnin raja-arvo (50 µg/m 3 PM10 hiukkasia) ylittyykin erityisesti juuri kevätpölypäivinä. Kevätpöly koostuu pääosin karkeasta (yli 2.5 µm), maaperästä peräisin olevasta kiviaineksesta. Keskeistä sen synnylle on ilmeisesti hiekoitushiekan ja renkaiden yhteisvaikutus, joka jauhaa asfaltista irti pölyä, eli tapahtuu ns. 'hiekkapaperi-ilmiö' (Tervahattu 2002). Useimmissa muissa maissa kiviaineksen osuus PM10 hiukkasista ei ole niin merkittävä kuin Pohjoismaissa. Niinpä muualla tehdyt tutkimukset hiukkasten terveysvaikutuksista kertovat pääosin polttoperäisten hiukkasten vaikutuksista. Alaskassa tehdyssä aikasarjatutkimuksessa todettiin, että myös maaperästä peräisin olevat PM10 hiukkaset olivat yhteydessä hengityselinsairastuvuuteen (Gordian ym. 1996), mutta yhteys oli heikompi kuin on aiemmin havaittu polttoperäisillä pienhiukkasilla. Kovan tuulen nostattamat korkeat maaperähiukkasten pitoisuudet eivät olleet yhteydessä kuolleisuuteen Yhdysvaltain länsiosissa (Schwartz ym. 1999). Kahdessa eri aikasarjatutkimuksessa on arvioitu eri lähteistä peräisin olevien PM2.5 hiukkaset terveysvaikutuksia (Mar ym. 2000, Laden ym. 2000). Kummassakaan tutkimuksessa maaperästä peräisin olevat PM2.5 hiukkaset eivät olleet yhteydessä lisääntyneeseen kuolleisuuteen, mutta toisessa tutkimuksessa (Mar ym. 2000) pääosin maaperästä peräisin olevat karkeat (2.5-10 µm) hiukkaset olivat yhteydessä kuolleisuuteen. Suomessa on useassa eri tutkimuksessa pyritty selvittämään kevätpölyn terveysvaikutuksia. Tämä on kuitenkin hankalaa kevätpölypiikkien harvalukuisuuden takia. Kokonaisuutena ottaen vaikuttaa siltä, että hiekkapöly ei ole niin haitallista kuin polttoperäiset pienhiukkaset, erityisesti jos puhutaan kuolleisuudesta ja sairastuvuudesta (Penttinen ym. 2001, Penttinen ym. 2004). Kevätpöly aiheuttaa kuitenkin ilmeisesti välitöntä ärsytystä erityisesti astmaatikoille ja muuten herkille yksilöille (Gordian ym. 1996, Tiittanen ym. 1999). Myös toksikologisesti kiviaines, erityisesti kvartsi, on hyvin aktiivista.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 7 Ultrapienet hiukkaset Vaikka Suomessa on muuhun Eurooppaan verrattuna pienet PM2.5 pitoisuudet, niin ultrapieniä hiukkasia meillä on kaupunki-ilmassa yhtä paljon kuin muissa Pohjois- ja Keski-Euroopan maissa (Ruuskanen ym. 2001). Ultrapienten hiukkasten terveysvaikutusten oletetaan perustuvan niiden suuren lukumäärään eikä niinkään kemialliseen koostumukseen. Toksisuus on voimakkaimmin yhteydessä hiukkasten pinta-alaan (Oberdörster 2001). Ultrapienet hiukkasten lisäävät oksidatiivista stressiä sekä vähentävät keuhkorakkuloiden makrofagien fagosytoosia (Donaldson ym. 2001). Viimemainittu saattaa puolestaan osittain selittää ultrapienten hiukkasten poikkeuksellista kykyä tunkeutua keuhkokudokseen. Verenkiertoon päästyään ultrapienet hiukkaset saattavat lisätä tromboosin vaaraa (Nemmar ym. 2002). Epidemiologisia tutkimuksia ultrapienten hiukkasten terveysvaikutuksista on vain muutamia. Yleensä ultrapienet hiukkaset ovat olleet yhtä voimakkaasti (Pekkanen ym. 1997, Tiittanen ym 1999) tai voimakkaammin (Peters ym. 1997, Penttinen ym. 2001) yhteydessä astmaatikkojen vointiin kuin isommat hiukkaset, mutta myös toisensuuntaisia tuloksia on esitetty (Osunsanya ym. 2001). Altistumisen arviointi on keskeinen epävarmuus tulkittaessa ultrapienillä hiukkasilla tehtyjä aikasarjatutkimuksia (Pekkanen ja Kulmala 2004). Ultrapienet hiukkaset tuskin selittävät ainakaan kaikkia pienhiukkasiin liitettyjä terveysvaikutuksia (WHO 2003). Tämä jo yksinkertaiseksi siksi, että ultrapienten ja isompien hiukkasten päivittäiset pitoisuudet eivät korreloi niin hyvin kuin on aiemmin luultu (Ruuskanen ym. 2001). Ultrapienillä ja isommilla hiukkasilla on myös osin omat terveysvaikutuksensa. Niinpä ultrapieniä hiukkasia ja isompia hiukkasia onkin mahdollisesti pidettävä ja monitoroitava erillisinä ilmansaasteina. Puun pienpoltto Suomen ympäristökeskuksen arvioiden mukaan jopa 30% Suomen PM2.5 päästöistä on peräisin hajautetusta lämmityksestä ja pienpoltosta ja näistä päästöistä puun poltto muodostaa valtaosan. Pienhiukkasaltistumisesta puunpoltto muodostaa kuitenkin pienemmän prosenttiosuuden, sillä tiheään asutuilla alueilla on toistaiseksi vähemmän puun pienpolttoa kuin haja-asutusalueilla. Puun pienpoltto on kuitenkin huolestuttavasti lisääntynyt myös taajamissa. Puun pienpoltto on poikkeuksellisen vaikeasti arvioitava ja hallittava pienhiukkaslähde. Pienhiukkaspäästöt riippuvat merkittävästi mm. uunin käyttötavasta. Puupoltosta syntyvä savu on yhdistetty moniin terveysvaikutuksiin erityisesti sisäilmassa, mutta myös ulkoilmassa (Boman ym. 2003). Puun pienpoltto on myös merkittävä epäviihtyisyyttä ja valituksia aiheuttava tekijä. Suomessa ei puunpolttoon tarkoitetuille uuneille ole vielä myöskään mitään standardeja, joilla pyrittäisiin varmistamaan mahdollisimman puhdas palaminen. Puun hajapoltosta syntyvien pienhiukkasten hallinta onkin yksi keskeisiä tulevaisuuden haasteita. Terveysvaikutukset Suomessa Pienhiukkasten vaikutukset kuolleisuuteen hallitsevat pienhiukkasten riskinarviointia, koska kuoleman välttämistä arvostetaan huomattavasti enemmän kuin sairaalahoitojen tai oireiden välttämistä. Seurantatutkimusten mukaan 10 µg/m 3 muutos PM2.5 pitoisuudessa lisää kuolleisuutta 4-14% (Dockery ym. 1993, Pope ym. 2002, McDonnell ym. 2000). Nämä arviot ovat huomattavasti suurempia kuin aikasarjatutkimuksista saadut arviot PM10:lle, eli noin 0.5% (Samet ym. 2000, Katsouyanni ym. 2001, WHO 2003). Niinpä seurantatutkimusten tulosten luotettavuus ja sovellettavuus Suomen oloihin ovat ratkaisevia arvioitaessa pienhiukkasten aiheuttamien terveysvaikutusten suuruutta.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 8 Seurantatutkimusten tulokset koskevat lähinnä polttoperäisiä PM2.5 hiukkasia. Myös Suomessa valtaosa PM2.5 hiukkasista on polttoperäistä, joten siinä suhteessa tulokset ovat karkeasti ottaen sovellettavissa Suomeen. Suurin epävarmuus liittyykin mahdollisuuteen, että pienhiukkasten vaikutuksilla olisi jonkinlainen kynnysarvo. Pienin pienhiukkasten vuosikeskiarvo Six Cities Studyssa oli 11 µg/m 3, joka vastaa suunnilleen Helsingin keskimääräistä pitoisuutta. Ihmisten henkilökohtainen altistuminen PM2.5 hiukkasille Helsingissä kuitenkin jakautuu tuon keskiarvon ympärille. Aikasarjatutkimuksissa on voitu tarkastella vieläkin pienempiä pienhiukkaspitoisuuksia, eikä kynnysarvoa ole pystytty havaitsemaan. WHO onkin päätynyt arvioon, että pienhiukkasille ei nykytiedon valossa voida asettaa tiettyä raja-arvoa, jonka alapuolella terveysvaikutuksia ei olisi (WHO 2003). Enimmillään keskimääräisiä PM2.5 pitoisuuksia voisi Suomessa vähentää noin 10 µg/m 3 eli pyrkiä nollapitoisuuteen. Jos oletetaan, että mitään kynnysarvoa pienhiukkasten terveysvaikutuksille ei ole ja sovelletaan yhdysvaltalaisten kohorttitutkimusten tuloksia Suomeen, tämä merkitsisi laskennallisesti lähes yhden vuoden pidentymistä keskimääräisessä eliniässä (Nevalainen ja Pekkanen 1998). Tämä aiheutuisi pääasiassa sydän- ja verisuonitautikuolleisuuden vähentymisestä. Lisäksi pienhiukkasten päivittäisen vaihtelun aiheuttamat välittömät terveysvaikutukset (sairaalaanotot, oireet, lääkitystarve) vähenisivät. Nollapitoisuus ei kuitenkaan ole realistinen tavoite. Yli puolet Suomen pienhiukkaspitoisuudesta aiheutuu kaukokulkeumasta Länsi- ja Keski-Euroopasta, Baltian maista ja Venäjältä (Pakkanen ym. 2001, Vallius ym. 2003). Liikenteessä keskeinen pienhiukkasten lähde ovat dieselajoneuvot, joiden pienhiukkaspäästöt vähentyvät lähivuosina merkittävästi parantuneen filtteritekniikan tai uusien polttoaineiden ansiosta. Energiantuotannon ja teollisuuden pienhiukkaspäästöt ovat jo tällä hetkellä varsin hyvin hallinnassa piippuihin asennettujen sähkösuotimien ansiosta, ja lisävähennykset ovat kalliita muuttamatta laitoksissa käytettävää polttoainetta. Tällöin ratkaisevaan asemaan päästöjen rajoittamisessa nousevat kansainväliset toimet sekä erilaiset hajalähteet, kuten pienpoltto. Ydinasiat kaupunki-ilman pienhiukkaset lisäävät sairastuvuutta sekä sydän- että hengityselinten tauteihin vaikutuksella ei ole havaittu kynnysarvoa vaikutusten mekanismi on pääosin auki erityisen haitallisia ovat ilmeisesti polttoperäiset hiukkaset liikenteen ja pienpolton hiukkaspäästöjä sekä kaukokulkeumaa vähennettävä
Ympäristötieteen valintakoe 2014 Aineistokokeen kysymykset Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus: Lue em. teksti ja kirjoita lyhyt essee omin sanoin annettuun tilaan! Jokaisen tehtävän maksimipistemäärä on 6 pistettä. Y1. Kaupunki-ilman merkittävämmät hiukkaslähteet? (6 p) Kaupunki-ilman merkittävimmät hiukkaslähteet ovat liikenne, energiantuotanto, teollisuus ja kaukokulkeuma. Liikenteestä tulevat hiukkaset muodostuvat polttomoottoreiden päästöistä, erityisesti dieselmoottoreissa ja renkaiden ja tien kulumisesta. Liikenne aiheuttaa myös ns. kevätpölykauden, jossa nastarenkaiden tehostama tien kuluminen ja hiekoitushiekka pölyää ilmaan katujen kuivuessa. Energiantuotannossa paikallinen pientalojen energiantuotanto on merkittävä alueellinen päästölähde. Myös kaukolämpöenergiantuotanto lisää hiukkaspitoisuutta. Kaukokulkeuma on merkittävä hiukkaspitoisuutta kohottava tekijä, esim. Helsingin seudulla sen merkitys on jopa puolet pienhiukkaslähteistä. Teollisuuspaikkakunnilla myös teollisuuden päästöt voivat olla merkittäviä.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 Aineistokokeen kysymykset Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus: Y2. Kaupunki-ilman hiukkaset ja niiden luokittelu? (6 p) Ilman hiukkasjoukko voidaan luokitella hiukkaskoon, lähteiden ja koostumuksen mukaan. Hiukkaskoon osalta luokittelu käsittää ultrapienet hiukkaset (halkaisija 0,01-1µm), kertymä- eli akkumulaatiohiukkaset (D p 0,1-1 µm), ja karkeat hiukkaset (D p yli 1-2,5 µm). Hiukkaskoolla on olennainen merkitys niiden käyttäytymiseen mm. hengitysteissä ja ilmassa. Pienet hiukkaset viipyvät ilmassa pidempään ja ne voivat kulkeutua pitkiäkin matkoja. Hiukkaset voidaan luokitella myös lähteiden mukaan vrt. vastaus 1. Hiukkasten kemiallista koostumusta voidaan käyttää myös luokittelun perusteena, esimerkiksi jako orgaanisiin ja epäorgaanisiin hiukkasiin. Y3. Miten ulkoilman hiukkasten yhteyttä terveyshaittoihin on tutkittu? (6 p) Lyhytaikaisvaikutuksia tutkitaan mm. aikasarja-analyyseillä. Tässä aineistona on päivittäiset hiukkaspitoisuudet ja päivittäiset kuolemat. Tutkimuksissa verrataan kuolemien vaihtelun yhteyttä pitoisuuksien vaihteluun. Tyypillisesti yhteydet on havaittu hengityselinsairauksien ja sydän- ja verisuonitautien osalta. Sekoittavina tekijöinä aikasarjatutkimuksissa on muut päivittäin vaihtelevat tekijät, esim. muut ilman saasteet ja sää. Aikasarjatutkimuksessa ei tyypillisesti ole yksilökohtaista altistumisen arviointia. Pitkäaikaisvaikutuksia voidaan tutkia seurantatutkimuksilla, jossa seurataan yksilöiden terveydentilaa pidempi aikajakso ja muutoksia verrataan ilman hiukkaspitoisuuteen. Seurantatutkimuksessa huomioidaan henkilöiden muut riskitekijät, mikä lisää tulosten luotettavuutta. Pitkäaikaistutkimuksissa on havaittu, että hiukkaspitoisuus vaikuttaa kuolleisuuteen, erityisesti sydän- ja verisuonikuolleisuuteen ja keuhkosyövän esiintyvyyteen. Terveysvaikutusmekanismeja tutkitaan solu- ja eläinkokein altistamalla kohde-eliötä tunnetulle hiukkasjakeelle.
Ympäristötieteen valintakoe 2014 Aineistokokeen kysymykset Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus: Y4. Mitkä ominaisuudet hiukkasissa vaikuttavat terveyshaittojen syntyyn? (6p) Hiukkasen koko vaikuttaa hiukkasen pääsyyn hengitysteihin; suuremmat hiukkaset jäävät ylempiin hengitysteihin ja pienimmät hiukkaset pääsevät aina alveolialueelle asti. Ultrapienten hiukkasten on osoitettu olevan yhteydessä astmaatikkojen oireiden ja myös tulehdussairauksien lisääntymiseen. Hiukkasten koostumus vaikuttaa myös terveyshaittojen syntyyn, mutta tutkimukset eivät vielä ole tuoneet varmaa vastausta mikä on keskeisin haittamekanismi. Siirtymämetallipitoisuuksien on todettu olevan yhteydessä tulehdusvasteisiin. Dieselhiukkaset ovat todennäköisesti syöpävaarallisia. Paljon epäorgaanista ainesta sisältävä karkea kevätpöly aiheuttaa ärsytystä ja hengitystiesairauksien oireiden lisääntymistä. Maaperästä lähtöisin olevan pölyn sisältämä kvartsi aiheuttaa myös vasteita. Y5. Millä ohjauskeinoilla pienhiukkasaltistumista voidaan vähentää? (6 p) Väestötasolla altistumisen suuruus riippuu ihmisten elinalueen pienhiukkaspitoisuudesta, minkä vuoksi torjuntatoimet tulee kohdentaa pitoisuuksien rajoittamiseen. Lähilähteet ovat merkittäviä ja niihin kohdistuvat toimet ovat vaikuttavampia. Yhdyskuntarakenteen kehittäminen niin, että liikennejärjestelyt ovat sujuvia ja joukkoliikenteen järjestäminen mahdollista, on keskeinen liikenneperäisten hiukkasten vähentämiskeino autojen päästörajoitusten kanssa. Nastarenkaiden käytön rajoituksella ja katujen aikaisella kevät siivouksella voidaan vähentää ns. kevätpölyn määrää ja lyhentää pölyävää ajanjaksoa. Keskitetyn energiantuotannon ja lämmönjakelun avulla voidaan vähentää pienten tulisijojen käyttöä. Lisäksi pienpolton päästöjä voidaan vähentää kehittämällä pientalojen tulisijoja vähäpäästöisiksi. Valtakunnallisella energiapolitiikalla voidaan vaikuttaa myös sähköntuotannon päästöihin. Kansainvälisillä sopimuksilla voidaan vaikuttaa kaukokulman muodostumiseen.