DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32170-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491802
تاريخ النشر: 2026-01-05
المؤلف: Patrycja Bukowska
الموضوع الرئيسي: كيمياء الغلاف الجوي والهباء الجوي
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تدفقات الترسيب الجاف للعناصر النزرة في الغلاف الجوي في موقع حضري ساحلي في بولندا، مع التركيز على الفترة من أبريل 2019 إلى مايو 2020. تسلط الدراسة الضوء على التباين الكبير بين السنوات للملوثات في حوض بحر البلطيق، مع التركيز بشكل خاص على عناصر مثل الزرنيخ (As) والنيكل (Ni) والكروم (Cr) وغيرها. ومن الجدير بالذكر أن النيكل والزرنيخ شكلا أكثر من 30% من الترسيب في الشتاء، ويرجع ذلك أساسًا إلى المصادر الصناعية واحتراق الفحم. أظهرت التحليلات أن الكروم ساهم بين 19% و33% من إجمالي تدفق الترسيب، حيث بلغ ذروته في الربيع.
باستخدام تحليل المكونات الرئيسية (PCA) ونموذج HYSPLIT، حددت الدراسة أربعة مصادر حضرية رئيسية للعناصر النزرة: إعادة تعليق غبار الطرق والتربة (22%)، محطات الطاقة التي تعمل بالفحم (13%)، احتراق النفط عالي الحرارة في المصافي (11%)، وانبعاثات المرور (9%). تؤكد النتائج على الحاجة إلى تحسين البيانات حول الترسيب الجوي في المناطق الساحلية، وخاصة في بحر البلطيق، لفهم أفضل للتفاعلات بين جودة الهواء وصحة الإنسان وتأثيرات النظام البيئي. بشكل عام، توفر هذه الدراسة رؤى حاسمة حول مصادر وتغيرات ترسيب العناصر النزرة، والتي تعتبر ضرورية لإبلاغ النماذج والاستراتيجيات التي تهدف إلى التخفيف من تلوث الهواء وتأثيراته.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم جمع عينات PM10 اليومية من موقع حضري ساحلي في غدينيا، بولندا، من أبريل 2019 إلى مايو 2020، باستخدام نظام Comde Derenda منخفض الحجم المزود بمرشحات من ألياف الكوارتز. تم إجراء أخذ العينات على ارتفاع حوالي 20 مترًا على سطح مبنى مكون من أربعة طوابق، متأثرًا بمصادر بشرية متنوعة مثل حركة المرور والشحن والأنشطة الصناعية. تم جمع ما مجموعه 344 عينة PM10، مع تسخين المرشحات وتجهيزها قبل الوزن والتحليل الكيميائي اللاحق.
أشارت النتائج إلى أن تركيز كتلة PM10 خلال فترة أخذ العينات تراوح بين 3.4 إلى 65.5 ميكروغرام لكل متر مكعب، مع متوسط تركيز قدره 17.7 ± 10.5 ميكروغرام لكل متر مكعب. ومن الجدير بالذكر أن هذه القيم تجاوزت الإرشادات السنوية لمنظمة الصحة العالمية البالغة 15 ميكروغرام لكل متر مكعب، و1.46% من القياسات اليومية تجاوزت الحد القياسي لمدة 24 ساعة البالغ 45 ميكروغرام لكل متر مكعب. تبرز هذه البيانات المخاوف الكبيرة بشأن جودة الهواء في المنطقة، خاصة في سياق بداية جائحة COVID-19.
النتائج
في قسم النتائج، يقدم المؤلفون تدفقات الترسيب للعناصر النزرة (TEs) المحسوبة من الحملات التي أجريت في الربيع والشتاء من عام 2019، والموجزة في الجدول 1. يتم وضع هذه النتائج في سياق من خلال تحليل مقارن مع بيانات من مناطق عالمية أخرى، مما يبرز أنماط توزيع ترسيب العناصر النزرة في بولندا مقارنة بالمستويات العالمية. يؤكد هذا المقارنة على أهمية التباينات الإقليمية في ترسيب العناصر النزرة ويساهم في فهم أوسع للتأثيرات البيئية المرتبطة بالعناصر النزرة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على المخاطر الصحية الكبيرة المرتبطة بالأنواع المعدنية التي تظهر سمية خلوية وتراكم حيوي في البشر، مما يؤدي إلى أمراض وسرطانات متنوعة. تتناول الدراسة الفجوات في فهم انبعاثات الجسيمات (PM) من المصادر البشرية، وخاصة في بولندا الساحلية، من خلال التركيز على ترسيب العناصر النزرة في PM10. باستخدام مجموعة بيانات شاملة من 344 عينة مرشح تم جمعها عبر مواسم مختلفة، تهدف الدراسة إلى قياس وتوصيف تباين تدفقات ترسيب العناصر النزرة، وتحديد العوامل الجوية المؤثرة على هذه التباينات، وتحليل المساهمات من مصادر الانبعاثات المختلفة.
تكشف النتائج أن تدفقات الترسيب الجاف السنوية للعناصر النزرة في غدينيا، بولندا، أقل بكثير من تلك المبلغ عنها في المناطق الحضرية والصناعية في الصين وتركيا واليابان، مما يشير إلى ميزانية جوية عالمية متغيرة تتأثر بالمصادر الانبعاث المحلية والظروف الجوية. لوحظت تباينات موسمية في تدفقات الترسيب، حيث أظهرت عناصر معينة أنماطًا مميزة؛ على سبيل المثال، أظهر الحديد (Fe) أعلى ترسيب في الربيع، بينما بلغ الزرنيخ (As) ذروته في الشتاء، على الأرجح بسبب احتراق الفحم للتدفئة. استخدمت الدراسة أيضًا تحليلات إحصائية، بما في ذلك تحليل المكونات الرئيسية والانحدار الخطي المتعدد، لتوضيح العلاقات بين العوامل الجوية وترسيب العناصر النزرة، مما يشير إلى أن سرعة الرياح ودرجة الحرارة تؤثر بشكل كبير على عمليات الترسيب. بشكل عام، تسهم هذه الدراسة في تقديم رؤى قيمة حول الترسيب الجوي للعناصر النزرة في المناطق الساحلية وتأثيراتها الصحية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-32170-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41491802
Publication Date: 2026-01-05
Author(s): Patrycja Bukowska
Primary Topic: Atmospheric chemistry and aerosols
Overview
This research investigates the atmospheric dry deposition fluxes of trace elements at a coastal urban site in Poland, focusing on the period from April 2019 to May 2020. The study highlights the significant inter-annual variability of pollutants in the Baltic Sea basin, with particular emphasis on elements such as arsenic (As), nickel (Ni), chromium (Cr), and others. Notably, Ni and As accounted for over 30% of the deposition in winter, primarily due to industrial and coal combustion sources. The analysis revealed that Cr contributed between 19% and 33% of the total deposition flux, peaking in spring.
Using principal component analysis (PCA) and the HYSPLIT model, the study identified four primary urban sources of trace elements: road and soil dust resuspension (22%), coal-fired power plants (13%), high-temperature oil combustion in refineries (11%), and traffic emissions (9%). The findings underscore the need for enhanced data on atmospheric deposition in coastal regions, particularly in the Baltic Sea, to better understand the interactions between air quality, human health, and ecosystem impacts. Overall, this study provides crucial insights into the sources and variations of trace element deposition, which are essential for informing models and strategies aimed at mitigating air pollution and its effects.
Methods
In this study, daily PM10 samples were collected from a coastal urban site in Gdynia, Poland, from April 2019 to May 2020, utilizing a low-volume Comde Derenda system equipped with quartz fiber filters. The sampling was conducted at a height of approximately 20 meters on the rooftop of a four-story building, influenced by various anthropogenic sources such as traffic, shipping, and industrial activities. A total of 344 PM10 samples were collected, with filters pre-heated and conditioned prior to weighing and subsequent chemical analysis.
The results indicated that the PM10 mass concentration during the sampling period ranged from 3.4 to 65.5 µg m⁻³, with a mean concentration of 17.7 ± 10.5 µg m⁻³. Notably, these values exceeded the World Health Organization’s annual mean guideline of 15 µg m⁻³, and 1.46% of the daily measurements surpassed the 24-hour PM10 standard limit of 45 µg m⁻³. This data highlights significant air quality concerns in the region, particularly in the context of the COVID-19 pandemic onset.
Results
In the Results section, the authors present the depositional fluxes of trace elements (TEs) calculated from campaigns conducted in the spring-winter of 2019, summarized in Table 1. These findings are contextualized through a comparative analysis with data from other global regions, highlighting the distribution patterns of trace element deposition in Poland relative to worldwide levels. This comparison underscores the significance of regional variations in TE deposition and contributes to a broader understanding of environmental impacts associated with trace elements.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant health risks associated with metallic species that exhibit cellular toxicity and bioaccumulation in humans, leading to various diseases and cancers. The study addresses gaps in the understanding of particulate matter (PM) emissions from anthropogenic sources, particularly in coastal Poland, by focusing on the deposition of trace elements in PM10. Utilizing a comprehensive dataset of 344 filter samples collected across different seasons, the research aims to quantify and characterize the variability of trace element deposition fluxes, identify meteorological drivers influencing these variations, and analyze the contributions from various emission sources.
The findings reveal that the annual dry deposition fluxes of trace elements in Gdynia, Poland, are significantly lower than those reported in urban and industrial regions of China, Turkey, and Japan, suggesting a variable global atmospheric budget influenced by local emission sources and meteorological conditions. Seasonal variations in deposition fluxes were observed, with specific elements showing distinct patterns; for instance, iron (Fe) exhibited the highest deposition in spring, while arsenic (As) peaked in winter, likely due to coal combustion for heating. The study also employed statistical analyses, including principal component analysis and multiple linear regression, to elucidate the relationships between meteorological factors and trace element deposition, indicating that wind speed and temperature significantly affect deposition processes. Overall, this research contributes valuable insights into the atmospheric deposition of trace elements in coastal regions and their potential health implications.