Badania przeprowadził Barcelona Institute for Global Health (Instituto de Salud Global de Barcelona, ISGlobal). Korzystając z technik uczenia maszynowego naukowcy ocenili stężenie w otaczającym powietrzu pyłów (PM 2,5, PM 10), dwutlenku azotu (NO2) oraz ozonu (O3) w wielu regionach Europy w latach 2003–2019.

Celem badania była ocena występowania dni, w których stężenie zanieczyszczeń przekraczało wytyczne Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) na rok 2021 dla jednej lub wielu substancji zanieczyszczających (dni z wysokim poziomem zanieczyszczenia powietrza, nazwanych "unclean air days"). Zespół badawczy przeanalizował poziom zanieczyszczeń w ponad 1400 regionach, w 35 krajach europejskich, zamieszkanych przez 543 miliony ludzi.
Opublikowane w "Nature Communications" (DOI: 10.1038/s41467-024-46103-3) wyniki pokazują, że ogólny poziom zawieszonych cząstek stałych (PM2,5 i PM10) oraz dwutlenku azotu (NO2) spadł w przypadku większości obszarów Europy.

W okresie objętym badaniem spadły zwłaszcza poziomy cząstek stałych PM10, a następnie NO2 i PM2,5, przy rocznych spadkach wynoszących odpowiednio o 2,72 proc., 2,45 proc. i 1,72 proc. Natomiast poziom O3 wzrastał rocznie o 0,58 proc. w Europie Południowej, co doprowadziło do prawie czterokrotnego wzrostu liczby dni z zanieczyszczonym powietrzem.
Sprawdzono także liczbę dni, w których jednocześnie przekroczono dopuszczalne wartości dwóch lub większej liczby substancji zanieczyszczających (compound unclean air day).
Jak podkreślają autorzy, jakość powietrza w Europie znacznie sie poprawiła, jeśli chodzi o PM10 i NO2, podczas gdy w wielu regionach poziomy PM2,5 i O3 w dalszym ciągu przekraczają wytyczne WHO, co skutkuje większą liczbą osób narażonych na wdychanie zanieczyszczonego powietrza.

"Konieczne są ukierunkowane wysiłki, aby rozwiązać problem poziomów PM2,5 i O3 oraz związanych z nimi dni z wysokim poziomem zanieczyszczenia powietrza, szczególnie w kontekście szybko rosnących zagrożeń wynikających ze zmiany klimatu w Europie" – powiedział Zhao-Yue Chen, badacz ISGlobal i główny autor badania.

"Nasze oszacowanie narażenia populacji na zanieczyszczenie powietrza stanowi solidną podstawę dla przyszłych badań i rozwoju polityki mającej na celu rozwiązanie problemów z zarządzaniem jakością powietrza i zdrowiem publicznym w całej Europie" – zauważył Carlos Pérez García-Pando, profesor ICREA i AXA w Instytucie BSC-CNS.

Zespół badawczy opracował modele uczenia maszynowego do oceny dziennego stężenia głównych substancji zanieczyszczających powietrze, takich jak PM2,5, PM10, NO2 i O3. Pozwoliło to uzyskać kompleksowy, codzienny obraz jakości powietrza na kontynencie europejskim, wykraczający poza możliwości nielicznych stacji monitorujących. Modele gromadzą dane z wielu źródeł, w tym uzyskane dzięki satelitom dane dotyczące aerozoli, istniejące dane atmosferyczne i klimatyczne oraz informacje o użytkowaniu gruntów.
Analizując dane dotyczące zanieczyszczenia powietrza, zespół obliczył średnią roczną liczbę dni, w których przekroczono dzienny limit WHO dla jednej lub większej liczby substancji szkodliwych substancji.

Pomimo poprawy jakości powietrza, 98,10 proc., 80,15 proc. i 86,34 proc. populacji Europy żyje na obszarach, na których przekraczane są zalecane przez WHO poziomy odpowiednio PM2,5, PM10 i NO2. Wyniki te są zgodne z szacunkami Europejskiej Agencji Środowiska (EEA) dla 27 krajów UE, wykorzystujących wyłącznie dane ze stacji miejskich. Ponadto żaden kraj nie spełnił rocznego standardu dotyczącego ozonu (O3) w szczycie sezonu od 2003 do 2019 r. Jeśli chodzi o narażenie krótkotrwałe, ponad 90,16 proc. i 82,55 proc. populacji europejskiej mieszkało na obszarach, gdzie co najmniej przez 4 dni w roku przekraczane były wytyczne WHO dla PM2,5 i O3 w 2019 r., natomiast dla NO2 i PM10 odsetek narażonej populacji wyniósł odpowiednio 55,05 proc. i 26,25 proc.

W okresie objętym badaniem poziomy PM2,5 i PM10 były najwyższe w północnych Włoszech i Europie Wschodniej, natomiast najwyższe poziomy PM10 odnotowano w Europie Południowej. Wysokie poziomy NO2 zaobserwowano głównie w północnych Włoszech i na niektórych obszarach Europy Zachodniej, np. na południu Wielkiej Brytanii, Belgii i Holandii. Podobnie O3 wzrósł o 0,58 proc. w Europie Południowej, podczas gdy w pozostałej części kontynentu spadł lub wykazywał nieistotną tendencję.

Najbardziej znaczące redukcje PM2,5 i PM10 zaobserwowano w Europie Środkowej, podczas gdy w przypadku NO2 stwierdzano je głównie na obszarach miejskich Europy Zachodniej.
W przypadku PM2,5 i O3 średni czas narażenia na wysokie stężenia tych zanieczyszczeń jest znacznie dłuższy niż w przypadku pozostałych dwóch substancji zanieczyszczających. Tym pilniejsza jest potrzeba kontrolowania poziomu tych substancji oraz zwrócenia uwagi na tendencję wzrostową 03 i jej skutki.

Ozon przyziemny lub troposferyczny powstaje w dolnej warstwie atmosfery, przy powierzchni ziemi. Jest zanieczyszczeniem wtórnym: powstaje w wyniku reakcji fotochemicznych tlenków azotu (NOx), tlenku węgla (CO) i lotnych związków organicznych w atmosferze (LZO). Związki te powstają w procesach spalania, głownie związanych z transportem i przemysłem. Powstawanie ozonu przyziemnego przyspiesza wysoka temperatura powietrza. Gaz ten ma szkodliwy wpływ na ludzkie zdrowie, roślinność oraz ekosystemy.

"Zarządzanie ozonem stanowi wyzwanie ze względu na jego wtórny sposób powstawania. Konwencjonalne strategie kontroli zanieczyszczenia powietrza, które koncentrują się na zmniejszaniu pierwotnych emisji mogą nie wystarczyć, aby zapobiec przekroczeniu zalecanego poziomu O3 i przeciwdziałać dniom z przekroczeniem normy" – powiedział Joan Ballester Claramunt z ISGlobal, starszy autor badań. "Zajęcie się zmianami klimatu, które wpływają na powstawanie ozonu poprzez większe nasłonecznienie i wzrost temperatur, ma kluczowe znaczenie dla długoterminowego zarządzania ozonem i ochrony zdrowia publicznego" – dodał.

Pomimo obniżenia poziomu zanieczyszczenia powietrza w latach 2012–2019 ponad 86 proc. Europejczyków co najmniej przez jeden dzień doświadczyło zdarzeń związanych ze złożonym zanieczyszczeniem powietrza, podczas których wiele substancji zanieczyszczających jednocześnie przekraczało limity WHO. Udział dni z przekroczeniem poziomów PM2,5-O3 wzrósł z 4,43 proc. w 2004 r. do 35,23 proc, w 2019 r., co wskazuje na niepokojącą tendencję. Takie dni zdarzają się głównie na niższych szerokościach geograficznych w ciepłych porach roku i prawdopodobnie są powiązane ze zmianami klimatycznymi i złożoną współzależnością pomiędzy PM2,5 i O3.

Wyższe temperatury i silniejsze światło słoneczne latem zwiększają powstawanie O3 w wyniku reakcji chemicznych. W konsekwencji wyższe poziomy O3 przyspieszą utlenianie związków organicznych w powietrzu. Ten proces utleniania prowadzi do kondensacji niektórych utlenionych związków, tworząc nowe cząstki PM2,5. Ponadto zmiany klimatyczne zwiększają prawdopodobieństwo pożarów, które dodatkowo podnoszą poziom zarówno O3, jak i PM2,5. "Ta złożona zależność tworzy szkodliwą pętlę, podkreślając pilną potrzebę jednoczesnego zajęcia się zmianami klimatycznymi i zanieczyszczeniem powietrza" – podkreślił Ballester Claramunt.