A koronavírus okozta fertőzés terjedésének és következményeinek mérséklése céljából bevezetett intézkedések érzékelhető változásokat eredményeztek a közúti forgalomban is. Ez a különleges helyzet egyedülálló, és remek alkalmat teremtett légkörkémiai folyamatok vizsgálatára, illetve lehetővé tette, hogy közvetlenül meghatározzuk a gépjárműforgalom csillapításának lehetséges hatásait Budapest levegőminőségére.
A kültéri, szabad levegő minősége gyűjtőfogalom, hat légszennyező anyag koncentrációjának folyamatos mérésével (monitorozásával) határozzák meg világszerte. Ezek a nitrogén-monoxid (NO), a nitrogén-dioxid (NO2), a szén-monoxid (CO), a kén-dioxid (SO2), az ózon (O3) és az aeroszol (PM). Ez utóbbi összetevő a levegőben finoman eloszlatott szilárd és cseppfolyós részecskéket foglalja magába, melyek különböző kémiai anyagok keverékei.
Kémiai levegőszennyezők
A levegőszennyezők egészségi hatásait első közelítésben koncentrációjukkal fejezzük ki. Az aeroszol esetében ennek megadása kicsit bonyolultabb a keverék jellege miatt. Így itt a részecskék vagy az egyes összetevők tömegéről szakszerűbb beszélni. Hatásukat szükséges tovább finomítani a részecskék méretét, illetve kémiai összetételét tekintve. Célszerű megkülönböztetni a 10 mikrométernél (μm, 10–6 m) kisebb átmérőjű részecskéket (a PM10 méretfrakciót), valamint a 2,5 μm-nél kisebb részecskéket (a PM2,5 méretfrakciót). A szabályozási nyelvben az előbbit szálló pornak, míg utóbbit finom szálló pornak nevezik.
E kulcsfontosságú légszennyezők körét további mennyiségekkel bővíthetjük. Az aeroszol esetében ilyenek lehetnek a koromrészecskék (EC), a szerves vegyületekben lévő szén mennyisége (OC), vagy a részecskék darabszáma (N). A részecskék számát tekintve érdemes megkülönböztetni továbbá az ultrafinom (UF) részecskéket, amelyek átmérője <100 nanométer (nm, 10–9 m), mert ezeknek többlet egészségi kockázatuk lehet. A 100 és 1000 nm közötti nagyságú részecskék (ezek számkoncentrációja N100–1000) már hosszabb időt eltöltöttek a levegőben, ezért nagyobb térséget jellemeznek.
Légköri kísérlet
Vizsgálatainkat 2020. január 1. és július 31. közötti időszakra vonatkozóan végeztük, amely magába foglalja a járvány első hullámának fő intézkedéseit. Öt járványügyi szakaszt különböztettünk meg: 1) a vészhelyzet előtti szakaszt (január 1–március 11.); 2) a korlátozás előtti szakaszt (március 11–27.); 3) a korlátozási szakaszt (március 28–május 17.); 4) a korlátozás utáni szakaszt (május 18–június 17.); és végül: 5) a vészhelyzet utáni szakaszt (június 18–július 31.). A 2020. évben mért adatokat a 2017–2019. évek átlagának (referenciaév) azonos időszakához viszonyítottuk.
Az aeroszolok részecskeszám-koncentrációit és a meteorológiai változókat az ELTE Kémiai Intézet Budapest Aeroszol Kutató és Oktató Platform (BpART) Laboratóriumban mérjük több éve folyamatosan, kutatási célú műszerekkel. Ez a helyszín jól átkevert, átlagos belvárosi levegőkörnyezetet képvisel (1. ábra). A planetáris határréteg vastagságát (lásd később) a European Center of Medium Range Weather Forecasting (ECMWF) rendszerből reanalízissel számítottuk.
A kulcsfontosságú légszennyezők koncentrációit az Országos Légszennyezettségi Mérőhálózat (OLM) Széna téri mérőállomásának nyilvános adataiból vettük át, amelyeket rendszeresített műszerekkel mértek (1. ábra). Ez az állomás a négy, közlekedési típusú mérőállomás egyike a belvárosban, és a közepes szennyezettségű helyszínek közé tartozik. A koncentrációk térbeli eloszlását a városon belül modellezési módszerekkel külön vizsgáltuk.
Gépjárműforgalmi adatokat a Budapest Közút Zrt. bocsátott rendelkezésünkre a város négy helyszínéről, a Szabadság hídról, a Váci útról, a Széna térről és az Alkotás utcából (1. ábra). Az adatokat fixen telepített, indukciós hurokdetektorokkal mérték.
Forgalom
A gépjárműforgalmi adatok mindegyik helyszínen nagyon hasonló időbeli viselkedést mutattak, ami azt jelzi, hogy arányosnak tekinthetők az általános belvárosi forgalommal (2. ábra). A mért adatokat ábrázoló görbéken két csúcs figyelhető meg munkanapokon, amelyek a kora reggeli és késő délutáni csúcsforgalommal kapcsolatosak. A simított görbék a munkanapok és ünnepnapok ciklusait is jól szemléltetik. Ezektől sokkal érdekesebb azonban, hogy a gépjárműforgalom intenzitása a vészhelyzet előtti (1) és utáni (5) szakaszban megegyezett a referenciaévben tapasztaltakkal. A kijárási tilalom bevezetése előtt körülbelül két héttel a forgalom már elkezdett csökkenni. A korlátozási (3) szakaszban a gépjárműforgalom igen jelentősen, a munkanapokon szokásos szint felére süllyedt 51 napon keresztül. Ez megfelel a korábbi évek hétvégi forgalmának. A korlátozás utáni (4) szakaszban a forgalom fokozatosan tért vissza a megszokott értékekre.
Koncentrációk
A közlekedés változásával együtt néhány légszennyező anyag koncentrációja is jelentősen módosult. A nitrogén-oxidok medián koncentrációja 45–65 százalékkal volt kevesebb a 2017–2019. évek azonos időszakához képest (3. ábra), míg a szén-monoxidnak, az összes aeroszol részecskék számának és az UF-részecskék számának a csökkenése körülbelül 25 százalékot ért el. A szálló por tömege nem mutatott szignifikáns eltérést a korábbi évektől. Az ózon koncentrációja viszont kisebb (10 százalékos) mértékben növekvő tendenciát jelzett. Érdemes megemlíteni, hogy a régióra jellemző, N100–1000-koncentráció nem csökkent jelentős mértékben.
A koncentrációváltozások minősítése előtt ajánlatos néhány, lényeges dologra külön is kitérni. Az ózon másodlagos légszennyező anyag, tehát a levegőben keletkezik elővegyületekből, fotokémiai reakciókban. A legfontosabb mechanizmus a troposzférában a telített szénhidrogének többlépéses oxidációja. Ebben a folyamatban az oxidálószer a hidroxilgyök (•OH), ami fotokémiai reakciókban ózonon keresztül keletkezik NO2-gázból. Az ózon képződésének kiteljesedését vagy az oxidálható anyag, vagy az oxidálószer korlátozza. Városokban jellemzően a szénhidrogének vezérelte mechanizmus valósul meg, tehát az NO2 nagy feleslegben jelenik meg. Ebben a kémiai rendszerben (például a gépjárműforgalom visszaesése miatt) a nitrogén-oxid csökkenő kibocsátása nem eredményez kisebb O3-termelést, sőt növelheti azt az összekapcsolódó körfolyamatok sajátosságai miatt. A nitrogén-oxidok és más légszennyezők viszont egyéb módokon is reagálnak a szénhidrogénekkel és az ózonnal is, így a forgalom csökkenése miatt kisebb koncentrációban lévő szennyezők a szénhidrogének és az ózon koncentrációját általánosságban kevésbé csökkentik. Mindez összességében magasabb O3-szintet eredményez. A folyamatot nemlineáris reakciókinetikai rendszer jellemzi.
A BpART Laboratórium korábbi kutatási eredményei alapján megállapítottuk, hogy a szálló por tömegének 40 százaléka a felszíni kőzet és a talaj aprózódásával kapcsolatos. Ennek markáns példája lehet a szélerózió, a mezőgazdasági munkálatok vagy az építkezések, amelyek száraz időben különösen jelentős emissziót képviselhetnek. Az aeroszol részecskék tartózkodási ideje a levegőben 5–7 nap, ami alatt könnyedén eljuthatnak a Kárpát-medence bármelyik részébe. Ami a finom méretű aeroszolt illeti, ennek fő összetevője Budapesten 40 százalékos arányban széntartalmú anyag, vagyis a szerves vegyületek és a korom. A téli, illetve a tavaszi időszakban ezek az anyagok leginkább a biomassza-égetéssel (mintegy 65 százalékos járulékkal), illetve a (szilárd) fosszilis üzemanyagok tüzelésével (50 százalékos arányban) kerülnek a levegőbe (4. ábra). Fő forrásuk a háztartási tüzelés és a lakóterek, munkahelyek fűtése. Mindezt a koncentrációk napi változásának mintázatai is megerősítik.
Kapcsolatrendszer
A csapadék, a szélsebesség, a határréteg vastagsága (a levegő „jól átkevert” része), a transzportfolyamatok, valamint a légkörkémiai reakciók rendszere, továbbá a szennyező anyagok egyéb forrásai és nyelői együttesen alakítják a koncentrációkat. A gépjárműforgalom hatásának minősítése céljából el kell tehát távolítani elsősorban a helyi meteorológiai viszonyok zavaró hatásait. Érdemes megemlíteni, hogy a 2020. év tavasza a harmadik legszárazabb ilyen évszak volt 1901 óta Magyarországon. A planetáris határréteg vastagsága – amely jelentősen befolyásolja az aktuális légköri koncentrációkat a keveredésre rendelkezésre álló térfogaton keresztül – a vészhelyzet előtti (1) szakaszban 32 százalékkal volt nagyobb a referenciaévhez képest, a korlátozási (3) szakaszban 18 százalékkal nőtt, míg a korlátozás utáni (4) szakaszban 21 százalékkal csökkent. Az aszályt június 8-tól gyakori és nagy kiterjedésű esőzések követték. Ezt az esős időszakot a közép-európai néphagyomány jól ismeri.
Medárd-napi esőzések
A kiterjedt csapadékos időjárás a negyedik, korlátozás utáni szakaszban jelentkezett. A NO2, a SO2, a szálló és finom por, valamint a részecskeszám összes mérettartományának koncentrációját szignifikánsan 25–35 százalékkal csökkentette. A változás mértéke hasonló volt a korlátozási szakaszban megfigyelt legnagyobb értékekhez. A gépjárműforgalom ebben az időszakban viszont tipikusan csak 10 százalékkal volt kisebb a szokásosnál. Érdekes megjegyezni, hogy a kevésbé vízoldható CO-, NO- és O3-gázok koncentrációja nem változott szignifikáns módon.
A javulás üteme
Az említett, zavaró hatásoktól megtisztított adatsorok kiértékelése azt mutatta, hogy 10 százalékos forgalomcsökkenés mintegy 6 százalék körüli visszaesést eredményezett a nitrogén-oxidok koncentrációjában, 4, illetve 2 százalékot az aeroszol részecskeszámok (N és UF), illetve a CO esetében. Mindez azt sejteti, hogy a gépjárműforgalom csillapításának komoly jelentősége lehet a budapesti levegőminőség javításában az említett kémiai anyagok tekintetében. A szálló por koncentrációjára a forgalomnak általánosságban nincs markáns hatása. (Kémiai összetétele ezzel együtt azért változhat, ami más szempontból fontos lehet.) Érdemes tudatosítani, hogy az eddigi, összes szmogriadók riasztási fokozatát a szálló por miatt rendelte el a főpolgármester Budapesten.
Lehetőségek
Mit tehetünk a tisztább levegőkörnyezet kialakításáért, esetleg fenntartásáért? Budapest levegőminőségének központi szereplőjét, a szálló vagy a finom szálló port csak korlátozott mértékben lehet a gépjárműforgalom csillapításával visszaszorítani. E szennyezőanyagok tömegének legnagyobb része – különösen a szennyezettebb, téli időszakban – ugyanis más forrásokból származik. Komoly lehetőség a háztartási fűtési és tüzelési rendszerek műszaki színvonalának javítása, és kiváltképpen a felhasználók képzése, felvilágosítása, illetve környezettudatos szemléletének erősítése. A biomassza, ezen belül a tűzifa vagy a mezőgazdasági hulladék égetése a téli időszakban különösen nagy kockázatot jelent. A nem legális égetésekről most inkább nem is írunk.
Az átfogó javulás eléréséhez nem elegendő szabályozni az emissziót. Komplex intézkedési terveket kell kidolgozni a tudományos eredmények figyelembevételével. Ehhez elengedhetetlen a magas színvonalú levegőkörnyezeti kutatások folytatása és megfelelő támogatása, illetve a döntéshozók és kutatók közötti eszmecsere is.
Érdemes külön megemlíteni a várostervezést, amely Budapest előnyös adottságainak megtartásával és további kihasználásával fontos szerepet játszhat a levegőminőség alakításában, valamint a tágas, zöld területek jelentőségét. A gépjárműforgalom csökkentése jótékony hatással lehet a város zsúfoltságára, a zajszennyezésre és más környezeti károkra, beleértve a kulturális örökség védelmét is.
Budapest a világ legszebb városai közé tartozik földrajzi fekvése és hangulata miatt. Azt szeretnénk, ha lakóiban, látogatóiban és a tágabb térségében élőkben jobban tudatosodna a környezeti értékek megbecsülése, továbbá az, hogy mindannyian személyesen is hozzájárulhatunk közvetlen környezetünk gondozásával ahhoz, hogy jobbá és kedvezőbbé váljon a város (és a Kárpát-medence) atmoszférája.
A vizsgálatok kutatási szempontból rávilágítottak arra is, hogy az elővegyületeket és a légkörkémiai reakciók termékeit meglepően érzékeny, nemlineáris kémiai mechanizmus kapcsolja össze. Az összefüggéseket szükséges részletesebben tanulmányozni a jövőben annak érdekében, hogy jobban megértsük a levegőben lejátszódó kémiai folyamatokat, illetve azok egészségügyi, éghajlati és környezeti hatásait egyaránt.
THÉN WANDA – VÖRÖSMARTY MÁTÉ – GYÖNGYÖSI ANDRÁS ZÉNÓ –
WEIDINGER TAMÁS – SALMA IMRE
További információ található a Salma I. és mkts.: What can we learn about urban air quality with regard to the first outbreak of the COVID-19 pandemic? A case study from Central Europe, Atmos. Chem. Phys. Discuss., https://doi.org/10.5194/acp-2020-997, 2020 cikkben vagy a www.salma.elte.hu címen. Köszönetünket fejezzük ki a Budapest Közút Zrt. vezetésének és munkatársának, Huszár Dezsőnek a forgalmi adatokért.
A cikk a Természet Világa 2020. novemberi számában (151. évf. 11. sz.) jelent meg.
