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烟花对空气质量有害吗?

令人惊叹的烟花汇演如何影响您的空气质量?了解更多。

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烟花很漂亮,对吧?但你的肺不会同意。

让我们深入研究烟火背后的科学知识,并找出:

  • 烟花产生的空气污染物污染物是什么
  • 烟花表演如何影响空气质量和健康
  • 您可以采取哪些措施来保护自己免受烟花爆竹空气污染影响


 

得说,化学物质的列表并不好看。

每个烟花都依赖于一系列化学反应来达到一定的大小、颜色或响度。这些化学物质被装在一个称为礼花弹的管中,里面装有化学物质和炸药。

这是典型烟花的成分清单。

黑火药

有时被称为火药,黑火药帮助烟火飞向空中并爆炸。

黑火药是硫磺、木炭和硝酸钾(也称硝石)的混合物。它用于烟火制作过程中的两个重要部分:

  1. 火药在烟火下面爆炸并将其推向空中。
  2. 一种引信,其设计目的是延迟到烟火在空中再点燃火药,形成爆炸,产生烟火展示效果。

着色剂

这些化学物质可说明烟花燃放成多种颜色。烟花通过加热化合物来达到某些颜色和色调:

  • 红色:锶、锂
  • 橙色氯化钙
  • 黄色:钠、氯化钠(盐)
  • 绿色钡、氯
  • 蓝色铜、氯
  • 紫色:铜(蓝色)和锶(红色)的混合物

 “星星”

这些是烟花中的小浓度炸药,点燃后会爆炸并向多个方向飞去。

注意到烟花看起来像一堆又长又亮的火箭了吗?每一束光都是由烟花外壳中的一颗“星星”发出的。

星星也可以按照形状排列在礼花弹内,这样当它们爆炸的时候,它们看起来就像笑脸、心形或其他形状。

烟花会导致空气质量差吗?

记住,烟花基本上是固态化学物质的爆炸。这些颜色飞溅到天空中的过程里,数百万的燃烧颗粒和气体释放到空气中。许多烟火在大气中也被吹了好几英里。

烟花最显著的污染物是颗粒物(PM),包括三种不同类型的颗粒:

  • PM10:直径范围为2.5-10微米的粗颗粒,例如灰尘,霉菌和花粉
  • PM2.5:直径范围为0.3-2.5微米的细颗粒,例如由汽车发动机燃烧或工厂排放产生的颗粒
  • 超细颗粒物(UFP):直径小于0.3微米的微小颗粒物——超细颗粒物占所有空气颗粒物污染的90%以上,是目前已知危险的颗粒污染物
  • 挥发性有机化合物(VOCs):在燃烧、制造或工业过程中,由化学反应产生的带气味的蒸汽或气态化合物。

烟花燃放时会产生大量的污染物聚集,这些污染物来自着色剂和火药,还有构成烟花的金属和引线。

一项在纽约奥尔巴尼举行的庆祝活动后进行的研究发现,在焰火表演结束后的数小时内,PM污染物浓度比平日高出8倍,甚至比同一地区道路交通造成的污染还高出10倍1

研究还指出,风况会致使这些污染物在焰火表演后继续在空气中停留长达5小时——空气中高达77%的颗粒物污染几乎全部源自这些焰火

其他研究也显示了在焰火表演结束后,当地空气污染增加的相似结果,并具体说明了烟花爆炸后进入空气的究竟为何物:

  • 2007年,一项在中国北京元宵节期间针对燃放烟花的研究,分析了燃放烟花时发生的确切化学反应。研究人员发现,燃放烟花导致空气中的PM和危险化学污染物(如二氧化氮(NO2)和二氧化硫(SO2))的浓度升至正常值的5倍2
  • 2014年,在印度 “万灯节” 后进行的一项关于烟花污染的研究发现,烟花表演结束后长达5天的时间里,来自烟花的有毒空气污染物,如PM、SO2、NO2和臭氧(O3)的浓度飙升至293.5 μg/m3,比世界卫生组织建议的限值高出2800%以上(WHO)3
  • 2015年7月4日美国独立日庆祝活动结束后,一项针对315个地点的空气质量的研究发现,在焰火表演期间,PM2.5浓度从42%上升到370%,大程度的飙升发生在晚上9点到10点左右,高浓度污染状况有时会持续到7月5日中午4
  • 2019年荷兰新年焰火表演后的一项空气质量研究发现,在表演结束后的第一个小时,PM10平均浓度29 μg/m3飙升至277 μg/m3,增幅达855%,有些地方甚至高达598 μg/m3(增幅近2000%)5

7月4日美国5大城市烟花和空气质量

需要证据证明烟花爆竹会造成空气污染的剧增?距7月4日不远,这是世界上最常与大型烟火表演有关的节日之一。

美国五大城市在2016至2019年7月4日独立日假期前后的空气质量数据,支持了烟花空气污染研究的大部分说法。

以下是7月4日假期前后美国5个主要城市(芝加哥,拉斯维加斯,洛杉矶,纽约和华盛顿)的空气质量数据。

芝加哥

fireworks, 4th of July, July 4th, Independence Day, PM2.5

图1:伊利诺伊州芝加哥——2018年独立日假期(灰色)晚间时段,PM2.5水平飙升至529%,每年7月4日假期期间,PM2.5水平在四年内平均增长387%。

拉斯维加斯

fireworks, 4th of July, July 4th, Independence Day, PM2.5

图2:内华达州拉斯维加斯——在2016年(深橙色)独立日期间PM2.5的水平飙升了惊人的1522%——该市在四年中的每个7月4日假期平均PM2.5增长了915%。

洛杉矶

fireworks, 4th of July, July 4th, Independence Day, PM2.5

图3:加利福尼亚州洛杉矶——在一个以全年烟雾著称的城市,2017年PM2.5水平飙升至878%(深橙色),7月4日假期期间,PM2.5四年平均增长451%。

纽约市

fireworks, 4th of July, July 4th, Independence Day, PM2.5

图4:纽约州纽约市——2017年(深橙色),PM2.5水平上升618%,7月4日假期期间平均上升约394%。在2018年(灰色),PM2.5水平在7月4日之前已经连续几天升高,总的来说增加了313%。

华盛顿特区

fireworks, 4th of July, July 4th, Independence Day, PM2.5

图5:华盛顿特区——在7月4日的假期旺季中,过去四年PM2.5的平均增长率为316%。

燃放烟花的污染会导致健康问题吗?

如果你患有哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)或化学敏感症等呼吸系统疾病,你可能已经了解了烟花表演中的化学物质能引起的症状——呼吸短促、咳嗽和胸痛6

但是,即使你没有呼吸道问题,烟花也可能对你造成伤害。由于燃放烟花导致空气质量恶劣,可能会引发以下症状7,8

  • 头痛
  • 神经系统影响引起的焦虑
  • 喉咙疼痛、肿胀
  • 呼吸道炎症
  • 喉炎
  • 呼吸困难
  • 高血压
  • 心跳不规律
  • 肺功能衰减
  • 肺炎
  • 心脏病发作

尽管烟花只会造成当地空气污染的暂时性增加,但烟花空气污染可能会传播数英里,并在全球范围内造成不良的空气质量,使空气污染的影响更加严重,即使是在从未看过烟花表演的地区。

如何保护自己免受烟花爆竹的空气污染?

烟花的好处是,它们通常是临时的,很容易避免。以下是一些防止烟火引起空气污染的小秘方:

  • 使用传统烟花的安全替代品。世界上巨大的烟花爆竹买家,比如迪斯尼公司,在阿纳海姆、奥兰多和香港的主题公园里,收到了数千起关于他们臭名昭著的夜间演出的空气污染投诉。作为响应,该公司引入了使用压缩空气而不是火药的烟花9。 一些城市,如阿斯彭、科罗拉多和上海,中国也在寻求使用装有彩色灯光的无人机来创造视觉上类似于烟花的编队,以大大减少节日庆祝活动期间的空气污染10,11
  • 向相关负责人表达你的担忧。住在烟花的主要来源附近?一些政府向定期举办焰火表演的企业做出让步,因为它们是地方收入的一大来源。与负责人分享烟花对健康的影响。让其他可能遇到同样问题的人参与进来。这有助于改变政策,限制烟花表演或干脆放弃烟花表演。
  • 关闭门窗。如果您在家中并居住在经常进行烟火表演的区域附近,请在烟火开始之前关闭窗户,门和家中的其他任何出入口。演出结束后几个小时内,都请勿再将其打开,因为烟花的污染可能会持续存在,并在演出结束后数小时内传播数英里。
  • 净化室内空气。烟火表演产生的空气污染物仍然会渗入到你的家中,即使一切门窗都被关闭了。过滤空气以捕捉任何进入你家的颗粒物和气体污染物,向你的室内环境输送新鲜空气,并确保室内空气质量安全。这个帮我选可以帮你找到适合你需要的空气净化器。

归纳总结

我们许多人都享受着精彩的烟火表演,如果没了它,甚至会不记那场得庆祝节日或主题公园之旅。

但事实是,焰火会给当地大气增加大量的空气污染。这些污染物可以持续数小时或数天,使你和你的邻居暴露在可能的长期健康影响下。

你可以搬走,采取预防措施保护自己,或者做点什么。烟花表演可能永远不会消失,但你可以做很多事情来帮助自己和其他人面对与烟花有关的独特空气质量问题。

文章资源

[1] Zhang J, et al. (2019). Detailed measurements of submicron particles from an Independence Day fireworks event in Albany, New York using HR-ToF-AMS. DOI: 10.1021/acsearthspacechem.9b00046
[2] Wang Y, et al. (2007). The air pollution caused by the burning of fireworks during the lantern festival in Beijing. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.07.043
[3] Masih A, et al. (2014). Study of noise and atmospheric pollution during the festival of lights (Deepawali) in the north central part of India – a case study. DOI: 10.1166/asl.2014.5509
[4] Seidel DJ, et al. (2015). Effects of Independence Day fireworks on atmospheric concentrations of fine particulate matter in the United States. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.05.065
[5] Greven FE, et al. (2019). Air pollution during New Year’s fireworks and daily mortality in the Netherlands. DOI: 10.1038/s41598-019-42080-6
[6] Gouder C, et al. (2014). Potential impact of fireworks on respiratory health. DOI: 10.4103/0970-2113.142124
[7] Bach W, et al. (1975). Fireworks pollution and health. DOI: 10.1080/00207237508709692
[8] Hoyos CD, et al. (2020). Effects of fireworks on particulate matter concentration in a narrow valley: The case of the Medellín metropolitan area. DOI: 10.1007/s10661-019-7838-9
[9] Lin S. (2004, July 12). Disney’s smoke-free launches.
[10] Walters J. (2018, July 4). Fourth of July: Drones to replace firework displays due to wildfire risk. 
[11] Shanghai New Year drone display was pre-recorded. (2020, January 3).

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