YHDYSKUNTAILMAN ILMANSAASTEET

YHDYSKUNTAILMAN ILMANSAASTEET Asuinkeskittymät t vaikuttavat ympärist ristönsä alueelliseen ilmanlaatuun ja ilmastoon - Urban heat island ja ABC-ilmi ilmiö Urban heat island-ilmiö, kaupunkien lämpösaareke ilmiö: Paikallinen lämmittävä vaikutus (0,6-6ºC) Suuret, paikalliset energiantuotanto keskittymät (liikenne, sähkö, lämmitys) Tummat rakennetut pinnat Aktiviteeteista pääsee keskittyneesti myös merkittäviä määriä ilmansaasteita, jotka vaikuttavat Paikallisella tasolla kaupunkilaisten hengitysilman laatuun Alueellisella tasolla säteilyn päätymiseen maan pinnalle ja hydrologiseen kiertoon (esim. pilvien ominaisuudet) Atmospheric Brown Cloud-ilmiö Ruskeahko utu, joka koostuu mm. sulfaateista, nitraateista, orgaanisista yhdisteistä, nokihiukkasista, pölystä ja lentotuhkasta (esim. Los Angeles smog). Ihmisperäiset ja/tai luonnolliset lähteet 1

Yhdyskuntailman ilmansaasteiden lähteistl hteistä vuorovaikutus lähialueiden l kanssa Lähde: Martin Lutz, Berliinin kaupunki 5.-9.12.1952 Lontoon savusumu (smog) episodi Rikkidioksidin ja hiukkasten (smoke) pitoisuudet nousivat rajusti Kuolleisuus kasvoi pitoisuuksien mukana (pahimmillaan päiväkohtainen kuolleisuus kolminkertaistui) Kokonaisuudessaan n. 4000 asukkaan arvioitu kuolleen episodin seurauksena Päästöt ja sääolot syynä Asuntokohtainen ruskohiilen poltto lämmityksessä Clean Air Act 1956, 1968 savuttomat polttoaineet, savuttomat vyöhykkeet Puhtaampi hiili (briketit, koksi, puupolttoaineet yms.) Savuttomammat tulipesät Maakaasu Sähkö Siirtyminen keskitettyyn energiantuotantoon Ruhrin alue 1962, vastaava episodi, SO2-pitoisuus jopa 5 mg/m 3 Dublin 1982(!) 2

Dublinin savusumu episodi tammikuussa 1982 Rikkidioksidin ja hiukkasten (black smoke) pitoisuudet nousivat rajusti Kuolleisuus kasvoi pitoisuuksien mukana, arviolta 170 ylimääräistä kuolemantapausta episodin seurauksena (noin puolet pitoisuuksien jo laskettua) Sydän- ja verisuonikuolleisuus Hengityselinsairauksiin kuolleisuus Noin 33 ylimääräistä kuolemaa per 100 000 asukasta (vrt. Lontoo 1952: 47) Päästöt ja sääolot (maanpintainversio) Asuntokohtainen hiilen poltto lämmityksessä Valtio tuki tätä, vähentääkseen riippuvuutta tuontiöljystä Hiilen myynti yksityisille kiellettiin 1990 (Lähde: Clancy 2006) Päästöjen ja meteorologian yhteisvaikutus Läheiset vuoristot estävät kulkeutumisen Pääasiallisena päästölähteenä liikenne (NOx, VOC, hiukkaset) (Huom! Eroaa Lontoon ja Dublinin smogeista) Los Angeles smog 3

Yhdyskuntien ilmansaasteita Suomen kaupungeissa Rikkidioksidi (SO2) Typenoksidit (NOx) Hiukkaset hengitettävät hiukkaset (PM10) pienhiukkaset (PM2.5) Hiilimonoksidi (CO), häkä Otsoni (O3) Haisevat rikkiyhdisteet Ilmanlaatutilanne Suomen kaupungeissa: http://www.ilmanlaatu.fi/ilmansaasteet/komponentit/komponentit.html Ilmanlaatutilanne pääkaupunkiseudulla (YTV): http://www.ytv.fi/ilmanlaatu Ilmansaasteiden terveysvaikutuksia kaasumaiset yhdisteet SO2 (ja H2SO4) Hengitysteissä ärsytysreaktio, tulehdus, keuhkoputkien supistuminen Suuri osa jää ylähengitysteiden limakalvoille (vesiliukoisuus) Osa kulkeutuu keuhkorakkuloihin ja aiheuttaa kudosvaurioita Hiukkaset voimistavat vaikutusta Katalysoivat rikkihapon syntyä (voimakkaampi ärsytys) Suomen kaupungeissa rikkidioksidipitoisuudet ovat selvästi terveyden suojelemiseksi asetettujen raja-arvojen alapuolella CO Sitoutuu hemoglobiiniin hapen tilalle, jolloin syntyy karboksihemoglobiinia (ei siis kuljeta happea) Toksisuus perustuu kudosten hapenpuutteeseen ja suoriin kudosvaurioihin (sydän ja keskushermosto herkimpinä) Riskiryhmät herkimpinä (lapset, raskaana olevat naiset, huonokuntoiset vanhukset sekä sepelvaltimotautiset ja aneemiset henkilöt) Normaaliväestöllä karboksihemoglobiinia ~1 % Tupakoitsijoilla ~3 % Oireita riskiryhmillä kun >5 % Suomen kaupungeissa hiilimonoksidipitoisuudet ovat selvästi terveyden suojelemiseksi asetettujen ohje- ja raja-arvojen alapuolella NOx (myös otsoni) nk. syviä ärsyttäjiä = kulkeutuvat (huonosti vesiliukoisia) syvemmälle keuhkoihin Aiheuttavat turpoamista ja pienempien keuhkoputkien haarojen vaurioitumista Vaurioittavat keuhkosolukkoa Herkistävät bakteereille ja viruksille sekä allergeeneille Typpidioksidipitoisuudet ovat ongelmana suurimpien kaupunkien keskusta-alueiden katukuiluissa (liikenne) 4

HAJURIKKIYHDISTEET (TRS yhdisteet, total reduced sulphur) Rikkivety H2S (kylmissä oloissa pysyvä yhdiste) Metyylimerkaptaani CH3SH Hapettumistuotteet dimetyylisulfidi (CH3)2S dimetyylidisulfidi (CH3)2S2 edelleen hapettuvat suhteellisen nopeasti SO2/SO4 erikoistuntomerkki: mädän kananmunan haju Ihmisperäiset lähteet: Selluteollisuus (sulfaattimenetelmä) Öljynjalostus Lannoiteteollisuus Viemärit Lietelannan käsittely Luonnollisista lähteistä arviolta 4 x enemmän päästöjä kuin ihmisperäisistä Rikkivetyä syntyy orgaanisen aineksen hapettomassa hajoamisessa Tuliperäisiltä alueilta Soilta HAJURIKKIYHDISTEET Rikkivety voimakas myrkky, metyylimerkaptaanien vaikutuksia ei hyvin tunneta Havaittu oireilua (yskä, nenäoireet, silmien ärsytys, päänsärky, masentuneisuus, väsymys, pahoinvointi) pitoisuuksilla 40-50 µg(s)/m 3 esiintyy teollisuuspaikkakunnilla päästöpiikkien yhteydessä. Rikkivedyn pitoisuuksien vaikutukset: pitoisuus (mg(s)/m 3 ) vaikutus 0,007-0,2 hajukynnys 15-30 silmä-ärsytys 70-140 vakavia silmävahinkoja 210-350 hajuaisti turtuu 450-750 hengenvaarallinen keuhkoödeema 750-1400 kouristukset, hengityksen pysähtyminen 1400-2800 välitön tajuttomuus hengityksen lamaantuessa WHOn suositukset raja-arvoiksi: 7 µg(s)/m3, viihtyvyyshaitta 150 µg(s)/m3, terveyshaitta Suomessa vuorokausiohjearvo (Vnp 480/96, 2. suurin/kk) 10 µg(s)/m 3, ylittyy teollistuneilla paikkakunnilla (paperiteollisuus, esim. Imatra, Joutseno, Lappeenranta). Ylitykset vähentyneet viime vuosina. 5

Ilmansaasteiden terveysvaikutuksia hiukkaset TSP likaavat materiaaleja, ärsyttävät silmiä ja limakalvoja (ylähengitysteitä) PM10, PM2.5 Kulkeutuvat syvemmälle keuhkoihin Epidemiologisissa tutkimuksissa havaittu yhteys kuolleisuuteen: 10 µg/m 3 pitoisuuden nousu aiheuttaa n. 1 % nousun päivittäisissä kuolleisuus luvuissa. Sydämen rytmihäiriöt, veren sakeuden muutos (hyytymistekijät), sydänlihaksen Hiukkaset ja otsoni (erityisesti hiukkaset) aiheuttavat vakavia terveyshaittoja Euroopassa (Lähde: EU CAFE impact assessment) Kuolleisuus Sairastuvuus, hiukkaset Sairastuvuus, otsoni 6

Lähteet: Salonen&Pennanen 2006, KOPRA-hanke, EXPOLIS-hanke Hiukkasten vuosikeskiarvoja Euroopan kaupungeissa (lähde: EEA 2006) 7

Hiukkasten vuosikeskiarvoja Euroopassa (lähteet: JRC 2003, YTV 2003) 60 50 PM10 PM2.5 40 30 20 10 0 Sevettijarvi (FIN) Skreadalen (N) Birkenes (N) Chaumont (CH) Monagrega (E) Illmitz (A) Waasmunster (B) Melpitz 96-99 (D) Ispra (I) Zuerich (CH) Basel (CH) Gent (B) ug/m 3 Bologna (I) Barcelona (E) Bern (CH) Wien (A) Espoo - Luukki (2002) Helsinki - Vallila (2002) Helsinki - Kallio Helsinki - Töölö (2002) natural rural near-city urban kerbside Pääkaupunkiseutu PM 10 -vuosikeskiarvoja ja koostumus Euroopassa 60 50 40 30 20 10 0 Sevettijarvi (FIN) Skreadalen (N) Birkenes (N) Chaumont (CH) Monagrega (E) Illmitz (A) Waasmunster (B) Melpitz 96-99 (D) Ispra (I) Zuerich (CH) Basel (CH) Gent (B) Bologna (I) Barcelona (E) Bern (CH) Wien (A) ug/m 3 unacc. BC OM NO3 NH4 nssso4 sea salt min. dust natural rural near-city urban kerbside 8

ug/m 3 45 40 35 30 25 20 15 10 5 PM 2.5 vuosikeskiarvot ja koostumus Eurooppa unacc. BC OM NO3 NH4 nssso4 sea salt min.dust 0 Sevettijarvi (FIN) Skreadalen (N) Birkenes (N) Chaumont (CH) Monagrega (E) Illmitz (A) Waasmunster (B) Melpitz 96-99 (D) Ispra (I) Zuerich (CH) Basel (CH) Gent (B) Bologna (I) Barcelona (E) Bern (CH) Wien (A) natural rural near-city urban kerbside Yhteenvetoa hiukkasten koostumus Yli 70% koostumuksesta selittyy nykymenetelmin, loput todennäköisesti vedestä ja orgaanisesta materiaalista Tärkeimpiä komponentteja (vuosikeskiarvot): Mineraalipöly (PM10) Etelä-Eurooppa: Saharan pöly (jopa >25 ug/m3 mineraaleja) Pohjois-Eurooppa: keväinen katupöly ammoniumsulfaatti/-nitraatti hiilihiukkaset (noki, orgaaniset yhdisteet) Resuspendoituva aines (mineraalipöly) 9

Hiukkasten kausikeskiarvoja [µg[ g m - 3 ] kehitysmaissa (Laakso ym. 2003, YTV 2003) Maa Kaupunki Asukasluku TSP PM 10 PM 2.5 Muuta Kiina Beijing 11 milj. 335 176 97 Xian 3.7 milj. 410 260 Bangladesh Dhaka 8.6 milj. 123 51 PM 10 : 30-227 (talvella korkeammat pitoisuudet - kuiva kausi) Pakistan Karachi 14 milj. 660 420 Talvi Islamabad 7.8 milj. 680 430 Talvi Intia Mumbai 10 milj. 127-197 Talvi Meksiko Ciudad de Mexico 20 milj. 80 40 Talvi Egypti Kairo 12 milj. 710 169 Botswana Serove 55000 29 15 Talvi Suomi Pääkaupunkiseutu 1 milj. 71 25 10 2002 vuosikeskiarvo Suurimmat vrk-arvot 320 144 52 helmi-maaliskuussa Suurimmat tuntiarvot 774 245 Pitoisuuksiin vaikuttavia tekijöit itä kehitysmaissa Voimakas vuodenaikaisvaihtelu (esim. kuivat kaudet sadekaudet) Merkittävä maaperäkomponentti - myös kaukokulkeumat (päällystämättömiä teitä, kuivat olot, aavikot) Myös liikenteen suorat päästöt merkittäviä 2-tahti moottorit; ei vastaavia päästövähennystekniikoita autoissa kuin länsimaissa esim. Kiinassa ajoneuvopäästöjen rajoitukset n. 10 vuotta jäljessä Autoistuminen ja kasvavat liikennemäärät Pienpoltto yleistä lämmityksessä ja ruoanlaitossa Teollisuustuotannon kasvu huimaa (päästövähennystekniikat?) 10

Hiukkasten kausivaihtelut Suomen kaupungeissa Lähde: Anttila & Salmi 2006, Boreal Env. Res. 11, 463-479 11

Raja-arvon arvon ylitykset ja arvioidut ylityssyyt vuodenajan suhteen Helsingissä (lähde: Jari Viinanen, Helsingin kaupunki) 12

Katupöly Muodostuminen, lähteet l ja pääp äästöt Katupölyn käsitteistk sitteistöä Ilmakehän hiukkaset Pöly (dust) Mekaanisesti muodostunut, pääosa massasta >1 µm hiukkasissa Katupöly (road dust) Osa tieliikenteen päästöjä Osa kaupunki-ilman muuta hiukkasmassaa Käsitteenä ottaa kantaa Muodostumiseen (vrt. koostumus) Kokoluokkaan 13

Katupölyp lypäästöt t korkeimmillaan keväisin Keskimääräiset päästötasot vaihtelivat eri kaupungeissa Reittien ominaispiirteet Erot talvikunnossapidon käytännöissä Muut päästölähteet (esim. rakennustyömaat) Päästöhuippu maaliskuun lopulla Korkeiden kevätp tpölypitoisuuksien syyt Päästöt korkealla tasolla Talven aikana muodostunut ja varastoitunut katupöly nousee ilmaan (resuspensio) Renkaiden nostamana Ajoneuvojen aiheuttamien ilmavirtausten nostamana Nastarenkaiden suorat päästöt? Sopivat meteorologiset olosuhteet Lumi ja jää sulaa, kuljettaa irtoainesta tielle Kuivat kadunpinnat Alhaiset tuulen nopeudet Maanpintainversio 14

Keväisten hiukkasten pääp äälähteenä katupöly Lähde: Hosiokangas et al. 1999, Atm.Env. 33, 3821-3829 Katupöly koostuu lähinnl hinnä kiviperäisest isestä materiaalista Oikeassa kuvassa piin (Si) esiintyminen vasemmalla olevissa hiukkasissa Si merkkiaine kiviperäiselle pölylle 15

PM10 katupölyn terveyshaittoja Toksisuus Tulehdusaktiivisuus hengityselimistössä Astman ja keuhkoahtauman paheneminen Allergiaoireet Ei selvää yhteyttä ennenaikaiseen kuolleisuuteen ja sydänsairauksiin Lähde: Salonen & Pennanen 2006 Suomessa käytettyjk ytettyjä katupölyn tutkimusmenetelmiä Ympyräkoerata Kenttätyöt Liikkuvat mittausjärjestelmät Ilmanlaadun monitorointiverkko 16

Katupöly lyä koskevia tutkimusprojekteja Suomessa 2000-luvulla KAPRO-projekti (2000-2004) katupölyn muodostuminen ja lähteet (renkaat, hiekoitus) VIPEN-projekti (2004-2005) liikkuvan katupölyn mittausjärjestelmän suunnittelu ja rakennus Stadian Nuuskija-autoon VIEME-projekti (2006-2007) pöly ja melu hiljaisilta päällysteiltä (talvirenkaat) KAPU-projekti katupölyn päästöt ja torjunta kaupunkialueilla (Hki ymk koordinaattori) I vaihe 2006-2007 II vaihe 2008- Liukkaudentorjunta katupölyn syntylähteen hteenä 17

KATUPÖLYN TORJUNTAKEINOJA - TALVIKUNNOSSAPITO Pölyä tulee ilmavirtausten mukana Pölyä poistuu ilmavirtausten mukana PÖLYN SYNTY Suora päästö PÖLY ILMASSA suspensio PÖLY VARASTO PÄÄLLYSTEESSÄ Hiekka ja maaperän pölyävä aines, joka kulkeutuu katuympäristöön Hulevedet KATUPÖLYN TORJUNTAKEINOJA Pölyä tulee ilmavirtausten mukana Pölyä poistuu ilmavirtausten mukana Hiekoitus Määrä materiaalit vaihtoehdot Rengasvalinnat PÖLYN SYNTY Hiekka ja maaperän pölyävä aines, joka kulkeutuu katuympäristöön Suora päästö Auraus ja lumenkaato PÖLY ILMASSA Pölyn sidonta suspensio PÖLY VARASTO PÄÄLLYSTEESSÄ Katujen puhdistus Mekaaninen harjaus Imulakaisu Painepesu Hulevedet Yhdistelmät 18

Nastoitetut talvirenkaat Kuva: Zubeck ym. 2005. Studded tires time to reconsider bans? 4th Asia Pacific Conference on Transportation and Environment, Xi'an, China, Nov 8-10, 2005 Kuva: Unhola, 2004.Nastarenkaiden kuluttavuus. Liikenne- ja viestintäministeriön julkaisuja 72/2004 19

Lähde: Unhola, 2004. Studded Tires Finnish Update, Proceedings of the Winter Cities 2004 Conference, Anchorage, Alaska, February, 18-22, 2004.. 20

Ajonopeuden ja nastan painon vaikutus pölyn muodostumiseen tieolosuhteissa C-luokan nastarenkaat 225/70/R15 (110 nastaa) Ilman nastoja, pakettiauton nastoilla (2,2 g), kevytnastoilla (1,1 g) Suora1 Kaarre1 Kaarre2 Suora2 21

Suspendoituva materiaali radan pinnalla Tien/kadun pinnalla on (aina) aikaisemmin muodostunutta pölyä Testiradalla erityisesti suora 1 ja kaarre 2 (tummat pallot) Huomioitava tulosten tulkinnassa Koeolosuhteissa, kun supendoituva aines poistettu, nastarenkaalla suurempi pölynmuodostus Mikä on suspendoituvan aineksen lähde kaupunkialueilla? Päätuloksia rengastesteistä Nastarengas lisäsi pölynmuodostusta verrattuna nastattomaan, vaikutus näkyy selvemmin, mitä vähemmän suspendoituvaa materiaalia on tien pinnalla Nastojen aiheuttama pölyn muodostuminen lisääntyi ajonopeuden funktiona Nastan painon lisäys kasvatti pölyn muodostumista Esim. henkilöauton kevytnasta (1,1 g) vs. pakettiauton nasta (2 g) Nastojen lukumäärää vähentämällä voitiin pölynmuodostumista vähentää Kun suspendoituvaa materiaalia on paljon, renkaiden erot pienenevät kitkarengas nostaa tehokkaammin suspendoituvaa pölyä ilmaan kuin nastaja kesärengas (huom! kevätpölykauden alkuviikot) Fraction 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 y = 0.0244x + 0.9675 R 2 = 0.7508 No studs 50% van studs 100% van studs 100% car studs Lin. (No studs) Lin. (50% van studs) Lin. (100% van studs) Lin. (100% car studs) 40 km/h 50 km/h 60 km/h y = 0.3271x + 0.569 R 2 = 0.9846 y = 0.2745x + 0.8624 R2 = 0.9996 y = 0.7139x + 0.4557 R 2 = 0.9853 22

Rengastyyppien pölypp lypäästöjen suhteelliset erot katuolosuhteissa (yhden valmistajan renkaat) Kuvassa renkaiden suhteelliset pölypäästöt erilaisilla tien pinnan pölymäärillä Tien pinnalle aikaisemmin muodostuneen pölyn määrä kasvaa x-akselilla oikealle mentäessä (järjestysasteikko) Alhaisilla tienpinnan pölymäärillä nastarenkaan tietä kuluttava vaikutus (suora pölynmuodostus) korostuu Keväinen tilanne 23

Pölyn muodostumien talvihiekoituksesta Tutkimuksia koeradalla Testit ja näytteenkern ytteenkeräysys Hiukkasten keräys Impaktorit VI (PM2.5, PM2.5-10) 12 kaskadi-impaktori Suurtehokeräimet TSP PM10 Hiekoitussepelit Pesuseulotut 1/6mm 2/6mm Määrät (noin) 300 g m -2 1000 g m -2 2000 g m -2 Testinopeudet 15-30 km h -1 AB11 päällyste 24

Hiekoitusmateriaalit testeissä Lujuusominaisuudet (Los Angeles test values = LA, Studded tire test values = STT) Ämmässuon graniitti (2001-2002), Granite 1 LA 42 (10-14 mm), 43 (4-5.6 mm) STT: 20.7 Malmgårdin graniitti (päällyste 2003), Granite 2 LA: 15 (10-14 mm), 24 (4-5.6 mm) STT: 5.2 Eurajoen diabaasi, Diabase LA 16 (10-14 mm), 23 (4-5.6 mm) Räisänen et al., 2003 STT 11.6 Patavuoren vulkaniitti mafic volcanic rock (päällyste 1, 2001-2002) LA: 11 (10-14 mm) STT: 6.2 Sandhöjen and Hiiskula glaciofluvial aggregates (2003) Hiekoitusmateriaalit testeissä Lujuusominaisuuksia selittää, esim. mineraalien raekoko, mikrofragmentoituminen Mineraalien raekoko tutkituissa kivissä 0.1 to 10 mm PM10 hiukkaset muodostuvat yksittäisistä mineraaleista Mineraalit tunnistettavissa PM10 koko luokassa, esim. SEM/EDX Räisänen et al., 2003 25

Päätuloksia koeradan töistt istä Hiekoitus lisäsi PM10-pölyn muodostumista ja vaikutus kasvoi levitysmäärän funktiona Avainasemassa hiekoituksen pölyvaikutuksen torjunnassa on määrien vähentäminen ja optimointi Myös pienhiukkasia (PM2.5) havaittiin päästöissä (n.10% massasta) Pölyn muodostumista lisäsivät hiekoitusmateriaalin hienoainespitoisuus sekä heikko iskunkestävyys Pesuseulonnalla voidaan vähentää pölynmuodostusta 0/6mm 1/6mm n. 20% (Mustonen & Valtonen 2000) 1/6mm 2/6mm n. 20-25% (KAPRO-tutkimus) Hyvien lujuusominaisuuksien (esim. LA-luku) kiviaineksella pystyttiin vähentämään pölyn muodostumista n. 30% (Mustonen&Valtonen 2000, KAPRO-tutkimus) Nastoitetuilla talvirenkailla muodostui enemmän pölyä kuin nastoittamattomilla, mutta hiekoitetulla pinnalla rengastyypeillä (nasta vs. nastaton) ei suurta eroa Päätuloksia koeradan töistt istä Muodostunut pöly oli peräisin hiekoitusmateriaalin ja päällysteen kiviaineksista Hiekoitetuissakin testeissä merkittävä osa pölystä oli peräisin päällysteestä Hiekoitusmurske jauhautui pienempiin osiin, mutta hioi myös päällysteen pintaa (hiekkapaperi-efekti) Kaupunkiolosuhteissa talvihiekoitus on tärkeä katupölylähde (lähdeosuus 10-50% PM10- mineraalipölyssä, lähdeosuus vaihtelee riippuen katuympäristöstä) 26

Talvihiekoituksen pölynmuodostus tieolosuhteissa 500 g m -2, 1/6mm Tienpinta heti hiekoituksen jälkeen (vasen kuva) ja neljä tuntia hiekoituksen jälkeen (oikea kuva). Hiekoituksen pölynmuodostus p katu- ja tieolosuhteissa Hiekoitus lisäsi pölynmuodostusta myös tieolosuhteissa Voi sisältää pölyävää materiaalia (pesuseulonta) Hajoaa renkaiden alla viime kädessä hienoksi pölyksi Kuluttaa myös päällystettä (hiekkapaperi-efekti) Suora pölynmuodostus rajoittui tunteihin Pöly kuitenkin jää katuympäristöön ja jos ei poistu/poisteta voi suspendoitua myöhemmin Fraction 40 kph - non-studded 40 kph - studded 16 50 kph - non-studded 50 kph - studded 70 kph - non-studded 70 kph - studded 12 8 4 0 Before 10000 5000 0 After Before After Before After Before After Before After Before µg m -3 Before sanding 20000 After sanding 15000 After 14:11 14:55 15:28 16:57 18:10 18:40 Start time (15:28 and 18:40 tests with studded tires) 27

Yhteenveto - katupöly Kevätpölyn päälähteinä Suomessa ovat hiekoitussepeli ja päällysteen kiviaines Pölyn muodostumisessa sekä rengasvalinnoilla, että hiekoitusmateriaaleilla on merkitystä Oikeilla materiaalivalinnoilla voidaan vähentää pölyn muodostumista Keväisin katujen pölyisyydessä merkittävä tekijä on aikaisemmin muodostunut pöly joka nousee ilmaan (suspendoituu) renkaiden ja ajoneuvon ilmavirtojen vaikutuksesta (myös tuulet) Päälähteiden osuudet vaihtelevat riippuen esim. hiekoituksen käyttömääristä ja materiaalivalinnoista, katuympäristön ominaisuuksista sekä talvikunnossapidon ja kevätpuhdistuksen menetelmistä KATUPÖLYN TORJUNTAKEINOJA Pölyä tulee ilmavirtausten mukana Pölyä poistuu ilmavirtausten mukana Hiekoitus Määrä materiaalit vaihtoehdot Rengasvalinnat PÖLYN SYNTY Hiekka ja maaperän pölyävä aines, joka kulkeutuu katuympäristöön Suora päästö Auraus ja lumenkaato PÖLY ILMASSA Pölyn sidonta suspensio PÖLY VARASTO PÄÄLLYSTEESSÄ Katujen puhdistus Mekaaninen harjaus Imulakaisu Painepesu Hulevedet Yhdistelmät 28

Pölynsidonta Katupölyn torjunta Puhdistuslaitteistot 4000 0 Pölyn sidonta (CaCl2) ) Helsingissä 2006 Nuuskija-pitoisuudet µg m -3 12000 21.3.2006 22.3.2006 8000 Kansakoulunkatu Simonkatu Kaivokatu Kaisaniemenkatu Käsittelemättömät kadut: Unioninkatu Ei systemaattista vähenemää päästötasossa Mannerheimintie(Kiasma - Helsinginkatu) Runeberginkatu µg m -3 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Aleksanterinkatu Average Siltasaarenkatu Hämeentie Käsitellyt kadut: CaCl2-liuos levitettiin aamulla, Nuuskija mittaus tehtiin puolilta päivin Keskimääräinen päästövähenemä 69% (osin kosteuden vaikutuksesta) Pääskylänkatu Sörnäisten rantatie Hakaniemenkatu Mannerheimintie pohjoinen Tukholmankatu Haartmaninkatu 21.3.2006 22.3.2006 Topeliuksenkatu Average 29

Pölyn sidonta (CaCl2) ) Helsingissä 2006 Ilmanlaatuasemien mittaukset CaCl2 Lumisade Päivät ilman käsittelyä (20.3, 21.3.): Mannerheimintie päästötaso 35-50% alhaisempi kuin Töölöntullissa Mannerheimintie käsiteltiin 22.3. : päästötaso 81% alhaisempi kuin Töölöntullissa Huom! Pakkaskeli CaCl2 pölynsidontaa voi tehdä, kun kevätpuhdistus ei vielä mahdollista (yöpakkaset) Pölyn sidonta (CaCl2) ) Espoossa 2007 vertailu raja-arvotason arvotason ylityksiin 1.1.-30.3.2007 ennen tutkimusajankohtaa Tutkimuskohteessa Espoonkeskus 13 PM10 raja-arvotason ylitystä (50 µg/m 3 ) Vertailuasemilla Leppävaara 11 ylitystä Mannerheimintie (Helsinki) 17 ylitystä 31.3.-30.4.2007 tutkimusajankohta Toistuvat CaCl2-käsittelyt usealla kadulla Espoon keskuksessa Ei raja-arvotason ylityksiä Vertailuasemilla: Leppävaara 4 ylitystä Mannerheimintie 6 ylitystä Erityishuomio kiinnitettiin liuoksen levitykseen Kohdistettu levitys kadun reunaan; Kohdistaa pölynsidonnan alueelle, joka ongelmallisin; Mahdollistaa väkevämmän suolaliuoksen käytön pölyn sidontaan, kuin ajoradalla Yllä: Espoon kaupungin täsmälevitin Yllä: Helsingin kaupungin täsmälevitin 30

Kevätpuhdistuksen toteutus Helsingissä Kuva: Mikko Uro Vaihe 1: Katu kostutetaan Vaihe 2: Karkea hiekka kerätään harjaamalla Vaihe 3: Hienoaines kerätään imulakaisulla Vaihe 3: Kadun pinta pestään painepesulla Työtä hidastavat Yöpakkaset Siirrettävät autot Kevätpuhdistus onko keväisill isillä toimenpiteillä vaikutusta PM10 katupölyyn? Puhdistuksella (Yhdistelmä: harjaus, imulakaisu, painepesu) alennetaan PM10 katupölypäästöjä Laitteistoilla on eroja Kertapuhdistuksella ei saada kesäpuhdasta nykylaitteistoilla (toistot!) Pölynsidonnalla voidaan helpottaa tilannetta ennen kuin puhdistus on mahdollista Jälkilikaantuminen = alkukeväästä katujen pölypitoisuudet saattavat palata nopeastikin puhdistusta edeltävälle tasolle ja sen ylikin (nastarenkaat, puhdistamattomat katuosuudet, pölyn vapautuminen lumesta ja jäästä) Itsepuhdistus = kevätpuhdistuksen jälkeen kadut saattavat puhdistua myös ilman toimenpiteitä (liikenteen ilmavirrat nostavat pölyn ilmaan ja se kulkeutuu pois katuympäristöstä) 31

Katupölyn torjuntakeinojen tehokkuuksia PM 10 vuorokausipitoisuuden alenema Painepesu 10% (6%) Norman&Johansson 2006 Yhdistelmät Painepesu+imulakaisu imulakaisu+pölynsidonta Pölynsidonta MgCl2 CMA CaCl2 6 % 2-3 ug/m 3 20-30% 14-17% 45 % 30 % 30-50% During ym 2004(ei tilast merkittävä) Duisburg (John ym 2007), vastaa 50 ug/m3 tasolla 4-6% vähenemää TSP (Chang ym 2005) Trondheim Aldrin 2006, Norja tunneli Klagenfurt (Öttl&Hafner, 2005) Pääkaupunkiseutu (KAPU) Vuosina 2006 ja 2007 6% vähenemällä olisi Helsingin Mannerheimintiellä vältetty 3-4 raja-arvon ylityspäivää, 45% vähenemällä yli 20. Pölynsidonta on vain väliaikainen ratkaisu, koska se ei poista pölyä katuympäristöstä. Oikein käytettynä sillä voidaan helpottaa tilannetta pahoina pölypäivinä KAUKOKULKEUMAEPISODIT Eli miten alueellinen ilmansaasteiden leviäminen voi vaikuttaa kaupunkien ilmanlaatuun 32

ILMANLAADUN EPISODIT Ilmanlaadun episodi: tilanne, jossa ilman saastepitoisuudet ovat poikkeuksellisen korkeita. Suomessa merkittävimmät episodeja aiheuttavat yhdisteet ovat typen oksidit ja hiukkaset. Episodit liittyvät usein katuliikenteeseen. Joskus myös kaukokulkeumilla on episodivaikutus (erityisesti hiukkaset). Taustalla meteorologiset tekijät ja päästötekijät. Huomattavien episoditilanteiden esiintymistiheytenä on Suomessa n. 2-5 vuotta ja niiden kesto n. 2-5 päivää. Episoditilanteen muodostuminen Huomattavat päästöt Säätilanne estää ilmansaasteiden laimenemisen ja/tai tuo saasteita kauempaa Suomessa tyypillisesti talvikaudella korkeapaineen vallitessa Yleisin tilanne: voimakas maanpintainversio, stabiili ilmakehä ja heikko tuuli estävät ilman sekoittumisen Myös Itä-Euroopan kulotukset ja Venäjän metsäpalojen aiheuttamat päästöt ovat kulkeutuneet voimakkaina Suomeen keväisin ja kesäisin 33

Episodityypit Yleisimpänä: voimakas maanpintainversio, stabiili ilmakehä ja heikko tuuli estävät ilman sekoittumisen esim. tyypilliset katupölyepisodit keväisin Ilmavirtausten mukana tuleva kaukokulkeuma (pienhiukkasten kaukokulkeuma: kun pienhiukkasten vuorokausipitoisuus on yli 25 µg/m 3 ja pitoisuus nousee samanaikaisesti myös tausta-asemalla) Suomessa havaittuja pienhiukkasten kaukokulkeumaepisodeja Hiukkasepisodit Helmikuu 1998 meriaerosolit Atlantilta Syyskuu 2001 Narvan päästöt Maaliskuu 2002 Itä-Euroopan kulotus Syyskuu 2002 Venäjän metsäpalot Vuosittain Suomen alueella kulkeutuu n. 34

21.-22.2.1998 22.2.1998 episodi - PM10- (75 µg/m3) ja PM2.5-pitoisuudet (54 µg/m3) kohosivat kaikilla YTV:n asemilla. - NOx:t pysyivät alhaisina. µ g/m 3 80 70 60 N O2 PM10 PM2.5 50 40 30 20 10 0 19/2-00 21/2-12 Trajektorit pääp ääkaupunkiseudulle Trajektorilaskelmat (IL) osoittivat, että ilmamassat kulkeutuivat Pohjois-Atlantilta, Ranskan, Saksan ja Etelä-Skandinavian yli 35

Episodin hiukkasmassaa Hiukkasten koostumus Eivät olleet kiinteitä Korkea hiili karboksyylihappoja, rasvahappoja Mukana Na, Mg, Ca, Cl, S, MSA Johtopäätökset: hiukkaset meriaerosolia, joilla orgaaninen kalvo pinnalla (meren pinnan rasvahappo) kulkeutuneet myös saastuneiden alueiden yli 36

Syyskuun hiukkasepisodi v. 2001 Kaikilla YTV:n mittausasemilla (7kpl) samanaikainen PM 10 nousu ja lasku Alkoi 18.9. n. klo 14, päättyi 19.9. n. klo 5 Huippu klo 19, Vallilassa PM 10 : 150 µg/m 3, PM 2.5 havaittiin 40 µg/m 3. Havaittiin koko etelärannikolla (Kotka, Turku) Lisäksi Tallinnassa ja Tukholmassa Kotka, Helsinki, Turku ug/m3 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 PM10 18.-19.9.2001 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 klo Vallila 10 Turku 10 Kotka 10 37

Tukholma (vas( vas) ) ja Tallinna (oik( oik) Meteorologinen tilanne Siperian yllä korkeapaineen alue, vahvistui länsiosiltaan sen etelänpuoleinen virtaus kuljetti lämmintä ilmaa Suomeen Keski-Aasiasta, Koillis-Viron ylitse Suomenlahden ylle syntyi yläinversio, jossa sekoituskorkeus oli paikoin n. 100 metriä. Tuulen nopeus n. 10 m/s Hiukkasten päälähteenä todennäköisesti Narvan voimalaitokset (piipunkorkeudet 150, 180 ja 250 m) 38

Narvan päästöjen leviäminen Episodin hiukkasmassaa 39

Hiukkasten lähteetl Päälähde: Narvan voimalaitokset leviämismallin tulokset kemiallinen vastaavuus, hiukkaskoko Myös muut lähteet vaikuttaneet paikalliset lähteet: esim. liikenne Kundan sementtitehdas Kaukokulkeuma Pohdintaa: vakava laskeuma mahdollinen Sosnovyi Borin ydinvoimalassa tapahtuvan onnettomuuden jälkeen. Maaliskuu 2002 (17.-23.3.2002) Korkeat pitoisuudet usealla paikkakunnalla Havaittiin myös ulkomailla PM 10 ja PM 2.5 samanaikaisesti! Huomattavasti pienempiä kokoluokkia! (akkumulaatiomoo di) µg m -3 µg m -3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 (J.Niemi) Pääkaupunkiseutu 0 16.3. 17.3. 18.3. 19.3. 20.3. 21.3. 22.3. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 PM10 Kallio PM2,5 Kallio PM10 Luukki Kuopio 0 16.3. 17.3. 18.3. 19.3. 20.3. 21.3. 22.3. PM10 Keskusta PM10 Itkonniemi µg m -3 µg m -3 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Kotka 0 16.3. 17.3. 18.3. 19.3. 20.3. 21.3. 22.3. 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 PM10 Kotkansaari Oulu PM10 Rauhala 0 16.3. 17.3. 18.3. 19.3. 20.3. 21.3. 22.3. PM10 Keskusta PM2,5 Keskusta 40

Mistä ilmamassat? Lähdealueilla havaintoja voimakkaasta peltojen kulotuksesta 41

Hiukkasten kemia paljasti lähteenl Lähes kaikki hiukkaset sisälsivät S, C, O sekä Na, Si, K(!) Kaliumia huomattavan paljon episodin aikana Biomassan poltto: Hiiltä (OC/EC) esim. PAH Kalium myös muut havaitut aineet Osa hiukkasten rikistä suoraan biomassan poltosta, osa ilmakehästä (ilmamassat ylittivät alueita, joilla merkittäviä päästölähteitä) Jotakuinkin vastaava episodi havaittiin myös elokuussa 2002, lähteinä metsäpalot (pienempi K-määrä) Itä-Euroopan metsäpalojen vaikutus Kumpulassa 2006 Kaukokulkeutuneiden pienhiukkasia Kumpulassa (lähde: www.ilmanlaatu.fi) Vasemmalla näkymä Helsingin Kumpulanmäeltä lounaaseen 9.8.2006 kello 13, pienhiukkasten tuntipitoisuudet 70-80 µg/m3 Oikealla 29.9.2006 klo 12 pienhiukkasten pitoisuus on noin 1-2 µg/m3 42

Kaukokulkeumaa Amerikassa Lähde: Kaufman ym. 2002 Nature 419 43