Meteorology, atmospheric physics and dynamics (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Ortelius classification: Meteorology
Panel
Earth sciences 2
Department or equivalent
Institute of Chemistry (Eötvös Loránd University)
Participants
Salma, Imre
Starting date
2017-09-01
Closing date
2019-08-31
Funding (in million HUF)
10.146
FTE (full time equivalent)
1.60
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az ultrafinom (UF) aeroszol részecskéket azok környezeti és egészségügyi hatásaik miatt fokozott tudományos érdeklődés kíséri az elmúlt évtized óta. Az UF részecskék felhőkondenzációs magvakon (CCN) keresztül alakítják a Föld éghajlatát. A részecskék éghajlatra kifejtett hatásának bizonytalansága a legnagyobb a globális klímamodellek paraméterei között. Kis méretük (d<100 nm) miatt egészségügyi többletkockázatot jelentenek a hasonló kémiai összetételű, de nagyobb részecskékhez képest. Az UF részecskék belélegezve bejutnak a tüdő legmélyebb régióiba is, epitel sejteken áthatolva bejutnak a véráramba, módosíthatják a véralvadékonyságot. Transzlokációval feldúsulhatnak különböző szervekben (máj, központi idegrendszer), mert azok tisztulási mechanizmusa csekély. Emiatt az utóbbi időben növekvő igény alakult ki egészségügyi hatásuk alaposabb felderítése céljából. A részecskék tüdőbeli kiülepedését határozzuk meg numerikus tüdőmodell segítségével kísérletileg meghatározott részecskeszám-méreteloszlás alapján. A modellezés egyszerre nyújt információt az egészségügyi többletkockázatról és várható közegészségügyi hatásokról. Összefoglaló számításokat végzünk a légköri nukleáció sajátosságairól a közép-európai régióban hosszútávú mérések alapján nemzetközi együttműködésben. Meghatározzuk az újrészecske-képződés jelentőségét és hozzájárulását a teljes aeroszol populációhoz, illetve statisztikai analízist végzünk. A kutatómunka komplexitása lehetőséget ad BSc-, MSc- és PhD-hallgatók kutatómunkába történő bevonására.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. A kutatási projekt keretében a következő kulcskérdésekre keressük a választ:
1. Hogyan változik a légköri aeroszol részecskék növekedése a relatív páratartalom hatására a részecskék kémiai összetételének, illetve keveredési állapotának függvényében? Mekkora higroszkopicitási tényező jellemző városi környezetben? Milyen hatása van ennek a részecskék kiülepedésére a tüdő különböző relatív páratartalmú egységeiben? Milyen következményei vannak a városi lakosság hossszútávú kitettségének? Mi a modellezett kiülepedés gyógyszertechnológiai felhasználhatósága?
2. Hogyan alakul az újrészecske-képződés időzítése és gyakorisága Közép-Európa térségében, különös tekintettel városi környezetekre? Milyen arányban keletkeznek elsődleges és másodlagos részecskék? Mekkora a nukleációs erősségi tényező Budapest, Bécs, Prága belvárosában? Milyen a teljes és ultrafinom részecskék koncentrációjának napi és éves menete? Mekkora az új aeroszol részecskék keletkezési és növekedési sebessége?
3. A hosszútávú méreteloszlás- és koncentráció-mérések statisztikus kiértékelése. Mekkora a légköri nukleáció hozzájárulása és jelentősége a levegőminőséghez városi környezetben? Az 5 éves mérési sorozat milyen időtrendet mutat?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A városi ultrafinom aeroszol részecskék higroszkópos növekedéséről jelenleg kevés információval rendelkezünk nemzetközi szinten. Korábbi méréseink alapján összeállítható egy egységes kép a részecskék növekedésére, mind hossztávú részecskeszám-méreteloszlásokra vonatkozóan. Rendelkezésünkre áll olyan egyedi program, mellyel a részecskék teljes légzőszervi kiülepedését modellezzük az egyedülálló mérési adatok alapján a tüdő valós környezeti változói szerint. Ezzel elsőként mutatjuk ki a részecskék valós tüdőbeli kiülepedését, és ennek a várható közegészségügyi következményeit. Az eredmények gyógyszertechnológiai K+F+I érdeklődésre tarthatnak számot. A komplex, aeroszolkutatási céllal létrehozott mérési helyszínen mért hosszútávú részecskeszám-méreteloszlás összehasonlító értékelését valósítjuk meg a közép-európai régióbeli mérésekkel, mellyel elsők között járulunk hozzá nagyobb régió levegőkörnyezeti értékeléséhez nemzetközi együttműködésben rejlő szinergiák kihasználásával.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A klímaváltozás és környezetszennyezés kérdése az emberiség globális kihívásai között szerepel. Ezek vizsgálatában kitüntetett szerepet játszanak a kisméretű, ultrafinom aeroszol részecskék, melyeknek további fontos egészségügyi hatásaik is vannak. A kutatási projekt során a részecskék tüdőbeli kiülepedését modellezzük, tekintettel a részecskék viselkedésére eltérő páratartalmú közegekben. Az eredményekből megtudjuk az aeroszol részecskék páratartalomfüggő tüdőbeli kiülepedését, ami a részecskék egészségügyi többletkockázatáról nyújt információt. Egyúttal a kutatási eredmények gyógyszerfejlesztési technológiák fontos paraméterei is lehetnek.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Ultrafine aerosol particles (UF) are in the focus of scientific interest due to their environmental and health effects since the last decade. The UF particles affect the climate of the Earth acting as cloud condensation nuclei (CCN). The climatic effect of the particles has the highest single uncertainty among the climate forcing factors. The UF particles represent excess health risk compared to the fine or coarse particles with similar chemical composition due to their very small size (d<100 nm) and hence higher biological activity. The insoluble nanoparticles can even penetrate through the epithelial cells, get into the blood-stream and modify the coagulation of blood. They can be eventually translocated to other organs (liver, central nervous system) which have low rate of clearance. Health related and toxicological studies have been proposed for the better understanding of the effects of UF particles. The goal of the proposal is to model the particle deposition in the human respiratory system based on measured particle number size distributions. The results help us to better understand the excess health risk and effect of the long-term exposure of the UF particles. Complex, comprehensive calculations will be performed on new particle formation events in the Central European region based on long-term measurements in an international co-operation. Statistical evaluation of particle number size distribution and concentration measurements will contribute to the current knowledge of the new particle formation phenomena. Bachelor, master, and PhD-student will be involved in the research project due to the complex feature of the proposal.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The objectives of the research proposal are the following:
1. How does the growth of atmospheric aerosol particles vary in function of chemical composition and mixing state? What is the relevant hygrospocic growth factor for urban environment? What are the effects of growth rate on the lung deposition? What are the consequences of deposition on the long-term exposure of population? What is the possible drug delivery application of the particle deposition?
2. How do the timing and frequencies of new particle formation vary in the capital cities of the Central European region? How much contribution do the primary and secondary aerosol particles have? Is the nucleation strength factor different in the city centre of Budapest, Vienna, Prague? How does the diurnal and annual pattern of ultrafine and total particle number concentration look like? What are the values of the formation and the growth rate of freshly nucleated particles?
3. Statistical evaluation of long-term particle number size distribution and concentration measurements. What is the contribution and significance of new particle formation to the urban atmospheric environment? How does the tendency of measured values look like in the 5-year long measurement series?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. There is limited scientific evidence on the hygroscopic growth of urban ultrafine aerosol particles. Growth rate and long-term particle number size distribution is obtained from our previous research. A unique program is available to model the particle deposition in the human respiratory system based on stand-alone hygroscopic measurement datasets. The modelling and discussion of realistic lung deposition and consequences of long-term exposure will be performed first time. The results of the research could be important input parameters for R&D&I drug delivery applications. Comprehensive evaluation of particle number size distributions measured at a complex aerosol research platform and in the Centrel European capital cities will be performed. The synergy of the international cooperation among research groups contribute to the current knowledge on regional atmospheric environment.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Climate change and environmental pollution are global challenges for the mankind. Ultrafine aerosol particles play key role in these issues, and they also have significant health effects. In the research project, we investigate the lung deposition of aerosol particles according to their growth at different relative humidity values. The results show that how the particles act and deposite in the human respiratory system resulting excess health risk of aerosol particles. The results of the research could be important input parameters for R&D drug delivery technologies.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási projektben a légköri aeroszol részecskék keletkezésének dinamikája volt a középpontban. Mérési kampány keretében a részecskék higroszkopicitási és volatilitási tulajdonságait vizsgáltuk, mely elsők között szolgáltatott információkat városi környezetről. Az ultrafinom részecskék koncentrációjának, keletkezési gyakoriságának és menetének összehasonlító vizsgálatát valósítottam meg három közép-európai fővárosban. A városi újrészecske-képződés keletkezési és növekedési sebességének, illetve időparamétereinek részletes elemzése is megvalósult, mely egy nemzetközi, összehasonlító, komplex kutatásban is bemutatásra került.
Results in English
The research project was dedicated to the dynamic properties of atmospheric new particle formation. Hygroscopicity and volatility campaign measurement was one of the first that was carried out in urban environment. Comparative analysis of concentration, nucleation frequency and seasonal variation of ultrafine particles was realized in three Central European capital cities. Formation and growth rates of urban new particle formation with time parameters were analyzed in details that were published in the framework of an international, comparative, complex research study.
