Фейерверки давно стали неотъемлемой частью национальных и культурных праздников по всему миру. Они создают праздничную атмосферу, наполняют небо яркими красками и восхищают зрителей. Однако за красотой и весельем скрывается серьёзная экологическая и санитарная проблема, связанная с выбросами в атмосферу частиц взвешенных металлов и других вредных веществ. Особенно заметно это проявляется в США в период празднования Дня независимости 4 июля, когда массовое использование фейерверков приводит к экстремальному ухудшению качества воздуха в местах массового скопления людей. Результаты исследований, проведённых в городе Фуллертон, расположенном в агломерации Лос-Анджелеса, подтверждают значительное повышение концентраций тяжёлых металлов в воздухе в этот период, что вызывает беспокойство по поводу потенциальных угроз для здоровья населения и состояния окружающей среды.
Атмосферное загрязнение взвешенными частицами, в том числе содержащими металлы, является одной из главных проблем экологической медицины. Частицы с аэродинамическим диаметром менее 10 микрометров (PM10) способны проникать в верхние дыхательные пути, а более мелкие – PM2.5 – проникают глубоко в лёгкие и могут попадать в кровоток, оказывая токсическое воздействие на организм. Длительное и кратковременное воздействие таких частиц связано с повышенной смертностью, заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем, нарушениями репродуктивной функции и даже канцерогенными эффектами. В подобных условиях воздействие частиц с высоким содержанием токсичных металлов, таких как свинец и хром, создаёт дополнительные риски.
Фейерверки содержат разнообразные металлические соли, которые используются в качестве окислителей, горючих компонентов и для создания ярких цветов. Барий обычно используется для зелёных оттенков, медь – для синих, а стронций – для красных оттенков. Вместе с тем, в продукции для пиротехники могут присутствовать и такие вредные компоненты, как свинец и хром, попадающие в атмосферу в форме аэрозолей. Исследование в Фуллертоне выявило резкий рост концентраций именно этих металлов во время и после празднования Дня независимости, что свидетельствует об их пиротехническом происхождении и возможном наличии загрязнения от фоновых источников, таких как автомобильные выбросы и железнодорожное движение. Особое внимание привлекают данные 2020 года, когда в разгар пандемии COVID-19 и связанных с ней ограничительных мер наблюдалась максимальная активность частных фейерверков.
Это существенно повысило концентрации атмосферных частиц, превышая в десятки раз допустимые нормы по PM2.5 и PM10. В этот период барий достиг примерно 4900 нанограмм на кубический метр, медь – 3860 нг/м³, стронций – 1810 нг/м³, свинец – 710 нг/м³, а хром – 510 нг/м³. Эти показатели относятся к одним из самых высоких зарегистрированных подобных значений в мире, что подчеркивает уникальность и остроту проблемы. На следующий год, 2021-й, при снятых ограничениях и более сбалансированном поведении населения концентрации металлов были ниже, однако по-прежнему значительно превышали фоновый уровень.
Интересно, что пиковые значения бария, меди и стронция приходились на вечер 4-5 июля, совпадая с основным «салютным» периодом, тогда как концентрации свинца и хрома достигали максимума несколько позже – в дневное время 5 июля. Выявленные расхождения могут отражать как отличия источников загрязнения, так и особенности атмосферных условий и транспорта аэрозолей. Общественное здоровье сталкивается с прямыми и косвенными рисками из-за такого загрязнения. Эти металлы, особенно свинец и хром, известны своей токсичностью и способностью вызывать нейро-, кардио- и канцерогенные эффекты. Особенно уязвимы к их воздействию дети и пожилые люди.
Длительное накопление этих металлов в организме грозит серьезными хроническими заболеваниями. Помимо непосредственного пагубного влияния на здоровье, металлы из частиц могут оседать на почве и проникать в грунтовые воды, создавая дополнительные экологические угрозы и воздействуя на флору и фауну региона. Регион Лос-Анджелеса, в который входит Фуллертон, – один из самых густонаселённых и индустриально развитых районов США с обширной транспортной инфраструктурой, включающей крупные автомобильные магистрали и железнодорожные пути. Уже в обычные дни здесь наблюдаются высокие уровни загрязнений, а праздничные периоды с интенсивным использованием пиротехники ухудшают ситуацию многократно. Исследования выявили, что районы с высокой долей населения латиноамериканского происхождения страдают сильнее, что вызывает проблемы экологической справедливости и требует особого внимания со стороны государственных органов.
Аналитическая методика, применённая для исследования, включала сбор общей взвешенной пыли на полиэтилентефторидные фильтры, её кислотное извлечение и химический анализ с помощью атомно-абсорбционной спектроскопии с графитовой печью. Эта методика позволила получить высокочувствительные и селективные измерения концентраций выбранных металлов. Однако анализ ограничивался только пятью металлами из-за технических возможностей, и в дальнейшем полезно будет расширить спектр контролируемых элементов для более полной оценки воздействия пиротехнических выбросов. Результаты подобных исследований имеют важное значение для разработки экологической политики и мер по защите здоровья населения. Необходим мониторинг и регулирование массового использования пиротехники, особенно в условиях плотной городской застройки и при весомом вкладении в общую загрязнённость атмосферы.
Также требуются программы информирования населения о возможных рисках и поощрение громад альтернативных, менее вредных для экологии и здоровья форм празднования. Пандемия COVID-19 показала, что ограничительные меры влияют не только на здоровье, но и на поведение граждан в плане выбора форм подготовительных мероприятий, включая использование фейерверков. Когда людям ограничили перемещения и предложили оставаться дома, активность частных праздничных салютов возросла, что привело к аномальному росту загрязнения в жилых районах. Этот опыт должен стать уроком для городских и региональных властей в управлении экологическими рисками при планировании массовых мероприятий в будущем. Будущие исследования должны сосредоточиться на повышении временного разрешения измерений, чтобы фиксировать динамику выбросов в режиме реального времени, а также на изучении воздействия мелкочастиц пиротехнических металлов на конкретные демографические группы.
Более глубокий анализ взаимодействия различных источников загрязнения поможет понять взаимовлияния и разработать комплексные меры по улучшению качества воздуха. Таким образом, фейерверки, являющиеся символом радости и праздника, одновременно представляют собой значительный источник экстремального кратковременного загрязнения воздуха тяжелыми металлами. Их влияние на экологию и здоровье требует внимательного контроля, научного анализа и грамотного управления для минимизации рисков и обеспечения безопасности как окружающей среды, так и человека.
