Речь совсем не про какое-то там «сохранение новогоднего настроения«, если кто-то вдруг так подумал, прочитав название. Никакого переносного смысла. Под катом — небольшое IMHO на околопраздничную тему, про НЕочевидную связь «живых» новогодних елок, приземного озона больших городов и канцерогенного формальдегида.
Достаточно давно (и безуспешно) призываю я своих читателей отказываться от новогодней традиции с установкой «живых» ёлок в городских квартирах. В дело шла и экология, и культурология, и история. Все нипочем.
Результаты опроса общественного мнения
В этом году я попоробовал агитировать к замене хвойных комбинацией падуба-остролиста и омелы, но потом смирился и решил аппелировать к токсикологии. Итак, встречайте. Основные действующие лица в этой истории — это приземный тропосферный озон, формальдегид и летучие органические соединения (терпены).
Озон
Можно условно считать, что пандемия коронавируса показала многим, что озон может быть разным. Как другом, так и врагом. И достаточно большая часть читателей начали различать озон стратосферный, главный защитник Земли от жесткого ультрафиолета Солнца и озон тропосферный (приземный), т.е. все что находится недалеко от поверхности — яд и загрязнитель воздуха.
Тропосферный озон as is оказывает влияние в основном на легкие при вдыхании, хотя при определенных условиях может оказывать и раздражающее действие на кожные покровы. Но, как будет описано далее, основная его опасность в продуктах озонолиза летучих органических соединений.
В городских условиях он чаще всего образуется в результате реакции между т.е. предшественниками (прекурсорами) приземного озона — летучими органическими соединениями и оксидами азота (NOx) в присутствии ультрафиолета солнечного света. Основными поставщиками прекурсоров являются выхлопные газы автомобилей, промышленные выбросы и химические растворители. Несмотря на то, что прекурсоры озона часто возникают в городских районах, ветер может переносить NOx на сотни километров.
Тропосферный озон начинается с того, что некая летучая органика окисляется с помощью гидроксильного радикала, возникают пероксидые соединения. Затем пероксидные радикалы начинают реагировать с оксидом азота NO c образование оксида азота NO2 и старого доброго гидроксильного радикала с которого все началось. Дальше уже получившийся NO2 под воздействием оставшегося после прохождения стратосферного озонового слоя ультрафиолета будет распадаться обратно на NO и атомарный кислород О. А атомарный кислород будет превращаться в озон. И так по кругу много много раз.
Возникновение тропосферного озона в виде картинки
Лимитирующим соединением в этих реакциях является NO2. Если вместо NO2 будет преобладать NO, то пероксорадикалы НО2* будут реагировать друг с другом и образовывать пероксиды, а не озон. Описанный механизм, фактически, является механизмом образования фотохимического смога. Эта напасть образуется в результате фотохимического окисления соединений, выбрасываемых с автомобильными выхлопами и выбросами промышленных предприятий. Поэтому самые высокие уровни загрязнения воздуха озоном отмечаются в солнечную погоду, в утренние часы.
Конечно, кроме «фотохимического» озона, в роли источников этого газа могут выступать искрящие контакты, щетки электродвигателей, т.е. все объекты в которых имеет место электрическая дуга или высокое напряжение. Именно благодаря высокому напряжению к «озоногенераторам» относятся ионные очистители воздуха, электростатические пылеуловители, лазерные принтеры, копировальные аппараты и МФУ. Хотя принято считать, что наибольший вклад все-таки привносит воздух извне, поступающий в комнату через окна/двери, вентиляцию и щели в стенах. Причем интересно, что жители домов без централизованных систем вентиляции подвергаются большему риску нахвататься озона, чем те, у кого такие вентиляции есть.
Формальдегид
Еще в 1984 году Всемирная организация здравоохранения официально ввела в обиход такое понятие, как «синдром больного здания» (далее СБЗ). Этот синдром выражается в том, что люди, которые находятся в определенном помещении (или даже части помещения) на протяжении некоторого времени, начинают испытывать проблемы со здоровьем или физический дискомфорт. Но при этом не диагностируется какое-то определенное заболевание (связанность симптомов без четкой этиологии). Важный индикатор СБЗ — пропадание симптомов и улучшение самочувствия при выходе из «больного» помещения. В последнее время этот термин приобрел еще большую актуальность, т.к. большинство взрослых людей проводят не менее 8 часов в день в помещениях, а в целом бОльшая часть в помещении проводит >90% времени бодрствования. Среди множества возможных причин, наиболее частой химической причиной СБЗ является формальдегид.
Формальдегид прекрасно растворим в воде, благодаря чем обеспечивается быстрое его поглощение в дыхательных путях и жкт. В организме он окисляется до формиата, а далее преобразуется в углекислый газ и выдыхается, или же встраивается в биологические комплексы. Биологический период полураспада для формальдегида очень короткий и составляет около 1 минуты. Также внутри организма формальдегид образуется при метаболизме метанола при участии алкогольдегидрагеназы и прочих ферментов (см. тред про отравления суррогатным алкоголем и прочими стеклоомывающими жидкостями).
Самый частый симптом поражения при вдыхании формальдегида – это раздражение слизистых верхних дыхательных путей и глаз. Но при этом, с 2004 года формальдегид классифицирован Международным агентством исследований рака (IARC) как канцероген 1 (высшего) класса. Эта оценка основана на информации, касающейся взаимосвязи между раком носоглотки и лейкемией, связанной с воздействием формальдегида. Откуда же в основном поступает в воздух квартиры/офиса/школьного класса тот формальдегид?
Основной источник формальдегида это различные строительные материалы, в мире пост-СССР — это ДСП/МДФ плиты и изделия из них. И в ближайшее время навряд ли наметится изменение ситуации. Производства древесно-стружечных и OSB-плит наоборот наращивает обороты. Ситуация здесь примерно напоминает таковую для ситуации с асбестом:
… Любые запреты на ДСП/МДФ из стружки и формальдегидных смол могут нанести большой ущерб развивающимся странам, где опилко-стружко-смоляные изделия — кухни, шкафы-купе, кровати и прочая мебель — оказались неоценимым подспорьем для беднейших слоев населения. Без опилко-стружко-смолы не удастся наладить жизнь и комфортный быт у многих семей…
Если с мебелью все примерно ясно (см. тред про борьбу с бытовым формальдегидом от мебели), то вот вторым после эмиссии из строительных материалов источником формальдегида в домах и квартирах можно считать окисление летучих органических соединений тропосферным озоном.
При чем здесь ёлки?
Подходим к самому главному моменту. Летучие органические соединения (ЛОС или англ. VOC) — это любые органические вещества, которые кипят при низкой температуре и соответственно легко испаряются из жидкой или твердой формы и поступают в окружающую среду. Сюда можно отнести бутан, бензол, метиленхлорид, стирол и т.д. и т.п. Тысячи их и это тема отдельного обсуждения. Нас же здесь интересуют те соединения, которые формируют «аромат Нового года» — в основном это различные монотерпены. В случае живых хвойных растений — это чаще всего α- и β-пинены, мирцен, терпинен, лимонен. Отличительная черта этих соединений в том, что озонолиз терпенов чаще всего дает в итоге именно формальдегид.
Химия хвойного аромата
Стоит отметить, что в научной периодике практически отсутствует информация о том, как изменяется эмиссия терпенов из срубленного дерева и все расчеты ведутся исходя из того, что дерево выделяет в своих естественных условиях. Хотя на самом деле, срубленная елка «испытывает» стрессовое состояние и отвечает на это изменением состава выделяемых терпенов (оно более унифицированный, с преобладанием пиненов) и их концентраций (они увеличиваются).
Не стоит забывать о том, что значимым источником прекурсором формальдегида летучих терпенов выступают также и различные потребительские товары с «хвойными» ароматизаторами. Хвойный ароматизатор — один из самых распространенных видов ароматизаторов. Он используется в освежителях воздуха (настенных и аэрозольных), ароматических свечах/маслах, средствах личной гигиены и моющих средствах бытовой химии. Отличие от растительных ароматизаторов в том, что основная доля летучей органики приходится на лимонен и линалоол.
Вся эта смесь искусственных/натуральных терпенов встречается с озоном из уличного воздуха и озоном от лазерного принтера/двигателя стиральной машины и успешно окисляется до формальдегида.
Конечно в зависимости от условий окисления в воздух попадает не только формальдегид, ему могут сопутствовать и уксусный альдегид, и различные пероксидные соединения и органические кислоты. Но в большинстве случаев формальдегид все же преобладает.
Вместо выводов
Очевидно, что современные города тяжело сравнивать по качественному составу воздуха с какими-нибудь горными заповедниками. Но с другой стороны, «береженого и бог бережет«. Использование различных ароматизированных средств бытовой химии, особенно в случае проживания в городах с высоким уровнем приземного озона, вносит свою лепту в загрязнение квартиры формальдегидом. И здесь же каждый Новый год, устанавливая «живую» ель, мы своими же руками медленно, но верно этим процессам помогаем. Да, по мере засыхания дерева уровень выделения терпенов снижается, и через 3-5-7 дней становится сравнимым с выделением терпенов от освежителей воздуха или ароматических свечей. Но в отличие от освежителей или свечей, которые работают испульснно, ель эмитировала свои прекурсоры формальдегида ежесекундно (почти как мебель из МДФ). Особенно актуально сказанное для жителей крупных городов, где всегда наблюдается высокий уровень тропосферного озона, если вы проживаете в таком регионе, то про хвойные терпеновые ароматизаторы в доме вам нужно забывать. Как искусственные, так и натуральные.
А если все же хочется Рождественские праздники отмечать с чем-то вечнозеленым, то лучше это делать с омелой и остролистом, друиды все-таки что-то знали 🙂 Всех с Наступающим!
С хабрауважением, коллоидный химик и public safety evangelist Сергей Бесараб (Siarhei Besarab)
