Joukkoliikenteen kuljettajien ja työntekijöiden pienhiukkasaltistuminen Loppuraportti Kaarle Hämeri, Projektin johtaja 1. Tutkimuksen tausta Pien- ja ultrapienhiukkasilla (halkaisija pienempi kuin 1 µm ja 0.1 µm vastaavasti) on sekä epidemiologisissa (esim. Schwartz et al.,1996; Pekkanen et al., 1997; Peters et al., 1997) että toksikologisissa (Donaldson et al., 1998; Oberdörster et al., 1995; Oberdörster, 2000) tutkimuksissa havaittu olevan terveysvaikutuksia. Nämä vaikutukset kohdistuvat keskeisesti hengityselimistöön sekä sydämeen ja verisuonistoon. On vielä epäselvää mitkä hiukkasten ominaisuudet ovat tärkeimpiä terveysvaikutusten kannalta. On esitetty, että merkittävät terveysvaikutukset liittyvät hiukkasten pinta-alaan, tai tarkemmin pintaaktiivisuuteen (Brown et al., 2001; Oberdörster et al., 1994). Toiset tutkimukset painottavat hiukkasten pientä halkaisijaa, joka mahdollistaa hiukkasten tunkeutumisen epiteelisoluihin ja verenkiertoon sekä aina aivoihin asti (Nemmar et al., 2002; Oberdörster et al., 2004). Ultrapienten (tai nanohiukkasten) molekyylien sijainti keskeisesti hiukkasten pintakerroksessa tukee hypoteeseja halkaisijan, pinta-alan ja pinta-aktiivisuuden merkityksistä. On epäselvää, löytyykö jokin turvallinen pitoisuusraja, jonka alapuolella olevista pitoisuuksista ei ole terveydellistä haittaa. Tähän astisissa tutkimuksissa ei ole kuitenkaan havaittu turvallista pitoisuusaluetta (esim. WHO, 2004). Pienhiukkaset ovat peräisin kaasu-hiukkasmuuntumasta. Muodostuneet hiukkaset ovat tyypillisesti kooltaan alle yhden mikrometrin ja näiden hiukkasfraktioiden luotettava havainnointi edellyttää hiukkasten lukumäärän mittaamiseen perustuvien laitteiden käyttämistä sekä tähän liittyen hiukkasten luotettavaa kokoluokittelua (Buzorius et al., 1999; Hämeri et al., 1995 ja 1996). Viimeaikaisen kehitystyön tuloksena mittalaitteilla pystytään luotettavasti määrittämään pien- ja ultrapienhiukkasten pitoisuudet nopealla aikavasteella (sekunti), jolloin ajallisesti nopeasti muuttuvien pitoisuuksien seuranta mahdollistuu. Uusimmat laitteet ovat kannettavia ja niillä voidaan määrittää pitoisuudet työntekijöiden välittömässä läheisyydessä silloinkin kun työ tapahtuu vaihtuvassa ympäristössä. Pienhiukkasten viipymäaika ilmassa on useita päiviä. Lisäksi ne kulkeutuvat tehokkaasti suodattimien läpi sekä syvälle keuhkoihin. Osa pienhiukkasten lähteistä on saatu vähenemään viime vuosikymmeninä (mm. energiantuotanto), mutta ongelma on edelleen merkittävä useiden päästölähteiden osalta (mm. liikenne, teollisuusprosessit). Pienhiukkasten torjuntakeinojen sekä pienhiukkasten altistumisen osalta lisätutkimukset ovat välttämättömiä.
Hiukkasten terveysvaikutusten tutkiminen ihmisten toimintaympäristöissä on useasta syystä hyvin hankalaa. Pitoisuuksien ja muiden hiukkasten ominaisuuksien mittaaminen tapahtuu yleensä yhdessä paikassa, kun taas ihmiset viettävät aikaansa useissa ympäristöissä. On lisäksi vaikea erottaa hyvin pieniä vaikutuksia sekä eliminoida muiden häiritsevien tekijöiden osuutta (mm. epäpuhtauskaasut, säätila, tms.). Hiukkasten aiheuttama terveysriski on lisäksi yksilökohtainen, herkemmillä ihmisillä on suurempi mahdollisuus saada terveystai ärsytyshaittaa pienissäkin pitoisuuksissa (Oberdörster, 2001). Ihmiset viettävät huomattavan osan ajastaan sisätiloissa ja niinpä kotien ja työpaikkojen sisäilmalla on suuri vaikutus henkilökohtaiseen altistumiseen. Muita altistumisen kannalta tärkeitä ympäristöjä ovat mm. liikenneympäristöt. Vaikka liikenteessä vietetty aika on suhteellisen lyhyt, liikennevälineissä ja liikenneväylien välittömässä läheisyydessä liikenteestä peräisin olevien epäpuhtauksien pitoisuudet ovat korkeimmillaan. Liikennevälineissä työskentelevät henkilöt altistuvat liikenneympäristön pitoisuuksille huomattavasti muuta väestöä enemmän ja heidän osalta liikennevälineissä esiintyvät korkeat pitoisuudet ovat merkittävä terveyshaitta. Epäpuhtauksien pitoisuuksista eri liikennevälineissä on kuitenkin toistaiseksi melko vähän mittaustuloksia. Liikennevälineissä esiintyvät pitoisuudet ovat peräisin sekä ulkolähteistä että mahdollisista sisälähteistä. Ulkolähteiden määrittämisen osalta merkittävän hankaluuden aiheuttaa liikennevälineiden jatkuva liike ajallisesti ja paikallisesti erilaisissa pitoisuusympäristöissä. Viime vuosina mm. Lontoon, Tukholman ja New Yorkin metroissa tehdyissä mittauksissa on todettu korkeita hiukkaspitoisuuksia (Adams ym. 2001, Hurley ym. 2003, Johansson ym. 2003, Chillrud, ym. 2004). Näille pitoisuuksille altistuvat erityisesti metrotunneleissa ja metrojunissa työskentelevät henkilöt. Kuljettajien ohjaamossa pitoisuustasoista ei ole kuitenkaan raportoitu mittaustuloksia. Alustavat mittaukset Helsingin metrossa viittaavat hyvin vaihteleviin pitoisuuksiin metron sijainnin mukaan. Pitoisuudet ovat enimmillään kymmeniä tuhansia hiukkasia kuutiosenttimetrissä eli kaupunkikeskustan luokkaa, kun taas ajoittain pitoisuudet laskevat selvästi tämän alle. Muiden liikennevälineiden osalta mittaustulokset ovat hyvin puutteelliset. Kaupunkiympäristöissä on kuitenkin tehty runsaasti mittauksia, jotka osoittavat ultrapienten hiukkasten suuria lukumääräpitoisuuksia liikenneväylien läheisyydessä (Hämeri et al., 2004, Pirjola et al., 2004). On oletettavaa, että näillä alueilla liikkuvien liikennevälineiden sisäpitoisuudet ovat merkittävä terveysriski. Viimeaikainen aerosolilaitteiden kehitys on mahdollistanut ultrapienten hiukkasten reaaliaikaisen havainnoinnin kannettavilla laitteilla. Tämä mahdollistaa tutkimustiedon saamisen aiemmin tavoittamattomista kohteista. 2. Tavoite
Tässä tutkimuksessa keskityttiin kaupunkialueilla toimivien joukkoliikenteen ammattikuljettajien pienhiukkasaltistuksen reaaliaikaiseen määrittämiseen eri liikennevälineissä ja eri vuodenaikoina. Tavoitteena oli määrittää pien- ja ultrapienhiukkasten pitoisuuksia liikennevälineiden sisätiloissa, joissa kuljettajat ja muut työntekijät työskentelevät. 3. Tehtävät ja menetelmät Mitatut suureet olivat pienhiukkasten lukumääräpitoisuus, joka indikoi ultrapieniä hiukkasia sekä PM2.5 massapitoisuus, joka indikoi pienhiukkasia. Pienhiukkasten lisäksi mitattiin samanaikaista mustan hiilen pitoisuutta. Musta hiili on tyypillisesti hyvä indikaattori liikenteen pienhiukkaspäästöille, erityisesti diesel-moottoreille. Mittaukset suoritettiin samanaikaisesti kuljettajan ilmasta, matkustamon ilmasta sekä kulkuvälineen vierestä ulkoilmasta. Saatuja tuloksia verrattiin kaupunki-ilman yleiseen pitoisuustasoon. Tulokset antoivat uutta tietoa liikenteessä toimivien työntekijöiden altistumistasoista. Tulokset osoittivat teknisten toimenpiteiden vaikutukset sisäilman pitoisuuksiin ja niiden perusteella voidaan suunnitella altistumisen vähentämistoimenpiteitä. Mittaukset onnistuivat odotuksia vastaavasti ja tulokset on käsitelty. Ensimmäinen tieteelliset käsikirjoitus on lähetetty kansainväliseen tieteelliseen lehteen. Hankkeessa on toteutettiin kenttämittaukset kolmessa vaiheessa kesällä 2005, talvella 2005-2006 ja kevätpölyaikaan 2006. Mittauksia tehtiin kahdessa linjaautossa sekä kahdessa raitiovaunussa, jotka liikennöivät Helsingin keskustaalueella. Mittaukset kohdistuivat sekä uuteen että vanhaan teknologiaan. Kolmella mittausjaksolla pyrittiin selvittämään Suomen ilmasto-olosuhteiden merkitystä (lämmin kesä ja kylmä talvi) sekä kevätpölykauden erityispiirteitä. Kenttämittauksia edelsivät laitteiden asennus- ja suunnittelutyöt, joissa laitteiden näytteenotto, virransaanti tms. piti sovittaa mittauskohteeseen sopivaksi. Hankkeessa toteutettiin uudentyyppinen mobiilimittauslaitteisto. Kenttämittausten jälkeen tulokset analysoitiin ja koottiin datapankkiin. 4. Tulokset Tulokset osoittivat, että erot olivat suuret eri kulkuvälineissä ja eri päivinä sekä vuodenaikoina. Keskimääräiset hiukkaspitoisuudet olivat välillä 6930-27 550 hiukkasta/cm 3. Keskimääräinen PM2.5 pitoisuus vaihteli 9.1-18.7 µg/m 3. Mustahiilipitoisuus vaihteli laajasti 0.75-7.54 µg/m 3. Tuloksista nähtiin selvät erot uuden ja vanhan teknologian välillä, siten että uudet liikennevälineet tuottavat kuljettajien tiloihin puhtaampaa ilmaa. Lisäksi saatiin tietoa kuljettajien ja matkustajien altistumistasoista, joita verrattiin samanaikaisiin kaupunkiympäristön yleisiin taustapitoisuuksiin. Liikennevälineissä sisäpitoisuudet olivat selvästi korkeampia kuin samanaikaiset kaupunkitaustapitoisuudet. 5. Tiedotus Tutkimushanketta ja tuloksia on esitelty kansainvälisissä konferensseissa sekä useissa kansallisissa tutkijoille ja yleisölle suunnatuissa seminaareissa.
6. Hankkeen toteuttamiseen osallistuvat henkilöt ja heidän toteutuneet työpanoksensa Professori Kaarle Hämeri: projektin johtaja, yhteensä 8 htkk Professori Raimo Niemelä: Projektihallinto, yhteensä 0.5 htkk Tutkija Tero Lähde: Kenttämittaukset ja tulosten tulkinta, yhteensä 6 htkk Tutkija Eija Vartiainen: Kenttämittaukset ja tulosten tulkinta, yhteensä 10 htkk Tutkija Joonas Koivisto: Tulosten käsittely ja kalibraatiot, yhteensä 4 htkk Projektisihteeri Aija-Riitta Elo: projektihallinto, yhteensä 1 htkk Tutkimusavustaja Matti Antola: Kenttämittaukset, yhteensä 3 kk 7. Pohdinta ja johtopäätökset Tulokset osoittavat, että kuljettajien pienhiukkasaltistumiseen voidaan vaikuttaa tehokkaasti olemassa olevalla tekniikalla, erityisesti hyvän ilmanvaihdon ja suodatuksen keinoin. Kuljettajan tilan eristämisen havaittiin olevan keskeistä altistumisen alentamiseksi. Mittauksia suoritettiin vain muutama päivä kussakin kulkuneuvossa ja siten tulosten yleistettävyys on rajallista. Tulevaisuudessa mittauksia tulee laajentaa pidempiaikaiseksi seurannaksi ja useampia kohteita tulee valita tilastollisen merkittävyyden kasvattamiseksi. Tähän astiset tulokset vastaavat hyvin hypoteeseja ja tutkimus tuotti hyviä tuloksia. Tietoa hyödynnetään yhteistyössä liikennöitsijöiden kanssa kuljettajien altistamisen hallitsemiseksi.
Projektin johtoryhmä: Projektin johtoryhmään kuuluivat: Kaarle Hämeri, Professori ja hankkeen vastuullinen johtaja Matti Jantunen, Professori, KTL Tarja Yli-Tuomi, Tutkija, KTL Risto Hillamo, Tutkija, Ilmatieteen laitos Päivi Aarnio, YTV Helge Merivirta, HKL Seppo Jussila, HKL Erkki Mutka, HKL Juha Nykänen, Helsingin bussiliikenne Johtoryhmä kokoontui hankkeen aikana yhteensä 5 kertaa.
Liitteet Käsikirjoitus Atmospheric Environmentiin lähetetystä julkaisusta Esitelmä YTV:n tutkimusseminaarissa 1.11.2006
Abstract in English We studied commuter and driver exposure to aerosol particles in buses and trams in Helsinki, Finland, during summer 2005. Measured quantities included fine particle number and PM2.5 concentrations in the cabin and the driver s compartment, as well the concentration of <2.5 µm black carbon in the driver s compartment. We studied in two generations of buses and trams doing two days of measurements in each vehicle type. The average particle number concentrations for the driver of the old tram, new tram, old bus and new bus were 11 400, 10 900, 26 300 and 18 200 cm 3, respectively. Corresponding average PM2.5 concentrations were 10.7, 9.9, 17.9 and 10.0 µg m 3 and black carbon mass concentrations 1.5, 2.2, 6.9 and 3.1 µg m 3. These concentrations, especially the concentration of black carbon, were generally higher inside the vehicles compared to the simultaneously measured concentrations in Helsinki background air measurement stations. The average particle number and mass concentrations were, however, lower in the driver s than in the cabin compartment. Newer technology, i.e. newer model of the tram and bus, further seemed to decrease drivers exposure to particle number and mass concentrations.