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大気汚染とは、大気中に汚染物質と呼ばれる物質が存在することによる空気の汚染であり、これらの物質は人間や他の生物の健康に有害であったり、気候や物質に損害を与えたりする。[1]また、化学的、物理的、生物学的因子によって屋内または屋外の環境が汚染され、大気の自然の特徴が変化することもある。[1]大気汚染物質には、ガス（アンモニア、一酸化炭素、二酸化硫黄、亜酸化窒素、メタン、クロロフルオロカーボンなど）、粒子状物質（有機と無機の両方）、生物学的分子など、さまざまな種類がある。大気汚染は、人間に病気やアレルギーを引き起こし、死に至ることもある。また、動物や作物など他の生物に危害を与えたり、自然環境（気候変動、オゾン層の破壊、生息地の劣化など）や人工環境（酸性雨など）に損害を与えたりすることもある。[2]大気汚染は、人間の活動[3]と自然現象の両方によって引き起こされる可能性がある。 [4]
大気質は地球全体の気候や生態系と密接に関係しています。大気汚染の原因の多くは、化石燃料の燃焼など温室効果ガスの排出源でもあります。[1]
大気汚染は、呼吸器感染症、心臓病、慢性閉塞性肺疾患（COPD）、脳卒中、肺がんなど、多くの汚染関連疾患の重大な危険因子です。[5]大気汚染への曝露が、IQスコアの低下、認知障害、[6]うつ病などの精神疾患のリスク増加[7]、周産期の健康への悪影響[8]に関連している可能性があることを示す証拠が増えています。空気の質の悪さが人体に及ぼす健康影響は広範囲に及びますが、主に体の呼吸器系と心臓血管系に影響を及ぼします。[9] [10]大気汚染物質に対する個人の反応は、人が曝露する汚染物質の種類、[11] [12]曝露の程度、個人の健康状態と遺伝によって異なります。[13]
大気汚染は、疾病や早期死亡の最大の環境リスク要因であり[5] [14]、人間の健康全体では4番目に大きなリスク要因です。[15]大気汚染は、毎年世界中で約700万人の早期死亡を引き起こしており[5]、世界平均の平均寿命（LLE）は2.9年失われています[16]。また、少なくとも2015年以降、あらゆる形態の汚染による死亡者数に大きな変化はありません。[14] [17] [18]化石燃料の使用に起因する屋外の大気汚染だけでも、年間約361万人の死を引き起こしており[19]、人間の死亡の主な原因の1つとなっています。[5]人為起源のオゾンは、年間約47万人の早期死亡を引き起こし、微粒子（PM 2.5）汚染はさらに約210万人の早期死亡を引き起こしています。[20]大気汚染危機の範囲は広く、2018年にWHOは「10人中9人が高濃度の汚染物質を含む空気を吸っている」と推定しました。[21]健康への影響は広範囲に及ぶにもかかわらず、問題の対処方法は大部分が無計画であると考えられています[22] [21] [23]または無視されています。[14]
世界銀行は、大気汚染による福祉損失（早期死亡）と生産性損失（労働力の喪失）が世界経済に年間5兆ドルの損失をもたらしていると推定している。[24] [25] [26]大気汚染のコストは、一般的に現代の経済システムとほとんどの人間活動に対する外部費用であるが、監視、法律、規制を通じて回収されることもある。[27] [28]
大気汚染を削減するためのさまざまな技術と戦略が利用可能である。[29] UNEPによると、大多数の国には大気汚染に関する法律があるが、43パーセントの国では大気汚染の法的定義がなく、31パーセントでは屋外の大気質基準がなく、49パーセントでは定義を屋外の汚染のみに限定しており、国境外から発生する汚染に対処するための法律があるのはわずか31パーセントである。[ 30]国の大気質に関する法律は、1956年の英国の大気浄化法や1963年に導入された米国の大気浄化法など、多くの場合非常に効果的であった。 [31] [32]これらの取り組みのいくつかは、有害なオゾン層破壊化学物質の放出を削減したモントリオール議定書[33]や硫黄排出量を削減した1985年のヘルシンキ議定書[ 34]など、国際レベルで成功を収めている が、[35 ]気候変動に関する国際的行動[36] [37 ]
大気汚染の原因
大気汚染にはさまざまな発生源があります。大気汚染物質の中には（窒素酸化物など）主に人間の活動から発生するものもありますが[39] 、 （特にラドンガス）は主に自然発生源から発生するものもあります。[40]しかし、多くの大気汚染物質（ほこりや二酸化硫黄など）は自然発生源と人間発生源が混在しています。[41]
人為的（人間が作った）発生源
- 固定発生源には以下のものがあります:
- 化石燃料発電所とバイオマス発電所はどちらも煙突を持っています（例えば石炭産業の環境への影響を参照）[42]
- メタン漏れが発生している石油・ガス施設[43] [44] [45] [46]
- 木材、農作物の廃棄物、家畜の糞尿などの伝統的なバイオマスの燃焼。（発展途上国や貧困国では、[47]伝統的なバイオマス燃焼が大気汚染の主な発生源となっている。[48] [49]また、英国やニューサウスウェールズ州を含む多くの先進地域では粒子状汚染の主な発生源となっている。[50] [51]その汚染物質にはPAHが含まれる。[52]）
- 製造施設（工場）[53]
- 建設[56] [57]
- 改修[58]
- 廃棄物焼却（焼却炉、および不適切な廃棄物の野焼き、都市固形廃棄物の約4分の1を占める）[59] [60]
- 炉やその他の燃料燃焼暖房装置[61]
- 化石燃料発電所とバイオマス発電所はどちらも煙突を持っています（例えば石炭産業の環境への影響を参照）[42]
- 移動発生源には、自動車、列車（特にディーゼル機関車とDMU）、船舶、航空機[62]、ロケット、部品や破片の再突入などがある。[63]自動車による大気汚染の外部性は、排気ガスや自動車のタイヤ（マイクロプラスチックを含む[64] ）から大気中に放出される。道路を走る車両は、大気汚染のかなりの部分（典型的には、二酸化窒素排出量の約3分の1から半分）[65] [66] [67]を排出しており、気候変動の大きな要因となっている。[68] [69]
- 制御された焼却を用いた農業と森林管理戦略。アマゾンのような森林での焼畑のような慣行は、森林破壊に伴って大規模な大気汚染を引き起こします。[70]制御された焼却または計画的な焼却は、森林管理、農業、草原の修復、温室効果ガス削減に用いられる慣行です。 [71]火災は森林と草原の生態系の両方の自然な特徴であるため、 森林管理者は制御された火災をツールとして使用できます。[72] [73]制御された焼却は、いくつかの望ましい森林樹木の発芽を促し、森林の再生をもたらします。[74]
燃焼以外のプロセスからの発生源もあります。
- 塗料、ヘアスプレー、ニス、エアゾールスプレー、その他の溶剤からの煙。これらは相当な量になる可能性があり、これらの発生源からの排出量は、 2010年代のロサンゼルス盆地における揮発性有機化合物による汚染のほぼ半分を占めると推定されています。 [75]
- 廃棄物の埋立地への堆積はメタンを発生させ[76]、廃棄物の野焼きは有害物質を放出する[77] 。
- 核兵器、有毒ガス、細菌戦、ロケットなどは軍事資源の例です。[78]
- 農業からの排出物や肉類や家畜からの排出物は大気汚染に大きく寄与している[79] [80]
- 肥料を与えられた農地は窒素酸化物の主な発生源である可能性がある。[81]
天然資源
- 自然発生源からの塵埃。通常は、植生がほとんどまたは全くない広大な土地から発生します。
- 牛などの動物が食物を消化する際に排出されるメタン。
- ラドンガスは、地殻内の放射性崩壊によって発生します。ラドンは、ラジウムの崩壊によって生成される、無色、無臭、天然の放射性希ガスです。健康に有害であると考えられています。天然源からのラドンガスは、建物、特に地下室などの密閉された空間に蓄積することがあり、喫煙に次いで肺がんの 2 番目に多い原因です。
- 山火事による煙と一酸化炭素。山火事が活発な時期には、制御されていないバイオマス燃焼による煙が濃度で全大気汚染のほぼ75％を占める可能性があります。[83]
- 一部の地域では、植生は暖かい日に環境に重大な影響を与える量の揮発性有機化合物（VOC）を排出します。これらのVOCは、一次人為的汚染物質、具体的にはNOx、SO2 、および人為的有機炭素化合物と反応し、二次汚染物質の季節的なヘイズを生成します。[84] ブラックガム、ポプラ、オーク、ヤナギは、大量のVOCを生成する可能性のある植生の例です。これらの種からのVOC生成により、オゾンレベルは、影響の少ない樹種よりも最大8倍高くなります。[85]
- 火山活動により硫黄、塩素、灰の粒子が発生します。[86]
排出係数
大気汚染物質排出係数は、大気中に放出された汚染物質の量と、その汚染物質の放出に関連する活動を結び付けることを目的とした、報告された代表値である。[2] [87] [88] [89]これらの係数は、汚染物質の重量を、汚染物質を生成する活動の単位重量、体積、距離、または時間で割って表されるのが一般的である（例：燃焼した石炭1トンあたりに排出される粒子状物質のキログラム数）。これらの基準により、さまざまな汚染源からの排出量の推定が容易になる。ほとんどの場合、これらの要素は、許容できる品質のすべての入手可能なデータの単なる平均であり、長期平均の典型であると考えられている。
残留性有機汚染物質に関するストックホルム条約では、懸念される農薬やその他の残留性有機汚染物質が特定されています。これには、プラスチックの野焼きなど有機物の燃焼によって意図せず生成されるダイオキシンやフランなどがあり、内分泌かく乱物質や変異原性物質です。
米国環境保護庁は、幅広い産業源からの大気汚染物質排出係数の集計結果を公表している。[90]英国、オーストラリア、カナダ、その他多くの国、欧州環境庁も同様の集計結果を公表している。[91] [92] [93] [94]
汚染物質
大気汚染物質は、人間や生態系に多くの影響を及ぼす可能性のある空気中の物質です。[95]物質は固体粒子、液滴、またはガスであり、多くの場合、エアロゾル（ガスによって分散され運ばれる固体粒子または液滴）の形をとります。[96]汚染物質は、自然起源または人工のものがあります。汚染物質は一次汚染物質と二次汚染物質に分類されます。一次汚染物質は通常、火山噴火による灰などのプロセスによって生成されます。
その他の例としては、自動車の排気ガスから発生する一酸化炭素ガスや、工場から排出される二酸化硫黄などがあります。二次汚染物質は直接排出されるのではなく、一次汚染物質が反応または相互作用したときに空気中に生成されます。地上オゾンは二次汚染物質の代表的な例です。汚染物質の中には一次汚染物質と二次汚染物質の両方であるものもあります。つまり、直接排出されるとともに、他の一次汚染物質から生成される物質です。
主な汚染物質
人間の活動によって大気中に排出される汚染物質には以下のものがあります。
- アンモニア：主に農業廃棄物から排出されます。アンモニアは化学式NH 3の化合物です。通常は特徴的な刺激臭のあるガスとして存在します。アンモニアは食料や肥料の原料として、陸生生物の栄養ニーズに大きく貢献しています。また、直接的または間接的に、多くの医薬品の合成の構成要素でもあります。広く使用されていますが、アンモニアは腐食性があり危険です。[97]大気中では、アンモニアは窒素酸化物や硫黄酸化物と反応して二次粒子を形成します。[98]
- 二酸化炭素(CO 2 ): 二酸化炭素は大気の自然成分で、植物の生命に不可欠であり、人間の呼吸器系から放出される。[99]非常に高濃度になると（通常、大気中の「通常」濃度の 100 倍）、致死的となる可能性がある。[100] [101]世界保健機関はCO 2 を気候汚染物質として認識しているが、大気質ガイドラインにこのガスを含めておらず、推奨目標も設定していない。[102]温室効果ガスとしての役割のため、CO 2 は「最悪の気候汚染物質」と呼ばれている。[103]このような発言は、人間の健康、食用作物、建物などへの短期的な影響ではなく、長期的な大気への影響について言及している。この用語の問題は、たとえば、米国の大気浄化法（空気の質を改善するために制定された）が CO 2排出を規制するものとみなされるかどうかを決定する際に、実際的な影響をもたらす。[104]この問題は、米国では2022年インフレ削減法によって解決され、大気浄化法が具体的に改正され、「化石燃料の燃焼によって生成される二酸化炭素を「大気汚染物質」と定義」されました。[105]現在、地球の大気中のCO2濃度は約410 ppmで、産業革命以前の約280 ppmと比較して増加しています。[106]また、化石燃料の燃焼により、毎年数十億トンのCO2が排出されています。[107]地球の大気中のCO2の増加は加速しています。[108] CO2は窒息性ガスであり、一般的に有毒または有害とは分類されていません。[109]英国などの場所では、職場での暴露限度が存在します（長期暴露の場合は5,000 ppm、短期暴露の場合は15,000 ppm）。[101]ニオス湖の湖水噴火のような自然災害も、大量のCO2の突然の放出を引き起こす可能性があります。[110]
- 一酸化炭素（CO）：COは無色、無臭の有毒ガスです。[111]天然ガス、石炭、木材などの燃料の燃焼によって生成されます。大気中に放出される一酸化炭素の大部分は自動車の排気ガスによるものです。一酸化炭素は空気中にスモッグのような物質を形成し、多くの肺疾患や自然環境や動物への悪影響を引き起こしています。
- クロロフルオロカーボン（CFC）：現在使用が禁止されている製品から排出され、オゾン層に有害です。エアコン、冷凍庫、エアゾールスプレー、その他の類似の機器から排出されるガスです。CFCは大気中に放出された後、成層圏に到達します。[112]ここで他のガスと相互作用し、オゾン層に害を及ぼします。その結果、紫外線が地球の表面に到達します。これにより、皮膚がん、目の問題、さらには植物の損傷が発生する可能性があります。[113]
- 窒素酸化物(NO x ): 窒素酸化物、特に二酸化窒素は、高温燃焼から放出され、雷雨の際の放電によっても生成されます。都市の上空では茶色のもやドームとして、風下では煙として見ることができます。二酸化窒素は、化学式 NO 2の化合物です。数種類の窒素酸化物の 1 つです。最も顕著な大気汚染物質の 1 つであるこの赤褐色の有毒ガスは、特徴的な鋭く刺激的な臭いがあります。
- 悪臭: ゴミ、下水、工業プロセスなどから発生する悪臭。
- 粒子状物質/粒子（PM）は、微粒子、大気粒子状物質（APM）、または微粒子とも呼ばれ、ガス中に浮遊する微小な固体または液体の粒子です。[114]エアロゾルは粒子とガスの混合物です。火山、砂嵐、森林火災や草原火災、生きた植物、海水しぶきはすべて粒子の発生源です。エアロゾルは、自動車、発電所、および多くの産業プロセスにおける化石燃料の燃焼など、人間の活動によって生成されます。[115]世界平均では、人為的エアロゾル（人間の活動によって生成されるもの）は現在、大気の約10％を占めています。空気中の微粒子レベルの上昇は、心臓病、[116]肺機能の変化、肺がんなどの健康被害に関連しています。粒子は呼吸器感染症に関連しており、喘息などの症状を持つ人にとって特に有害です。[117]
- 残留性有機汚染物質は、粒子に付着する可能性があります。残留性有機汚染物質は、化学的、生物学的、または光分解的プロセスによる環境分解に耐性のある有機化合物です（POPs）。その結果、環境中で生存し、長距離伝達が可能で、人間や動物の組織に蓄積し、食物連鎖で生物濃縮し、人間の健康と生態系に大きな脅威を与えることが判明しています。[118]
- 空気中の微粒子に結合した持続性フリーラジカルは心肺疾患に関連している。 [119] [120]
- 多環芳香族炭化水素（PAH）：石炭、石油、タバコなどの有機化合物の不完全燃焼から生成される芳香族化合物のグループ。[121]
- 放射性汚染物質:核爆発、核事件、戦争時の爆発物、ラドンの放射性崩壊などの自然現象によって生成されます。
- 硫黄酸化物(SO x ): 特に二酸化硫黄は、化学式 SO 2の化合物です。SO 2 は火山やさまざまな工業プロセスで生成されます。石炭や石油には硫黄化合物が含まれることが多く、燃焼すると二酸化硫黄が発生します。SO 2がさらに酸化されると、通常は NO 2などの触媒の存在下でH 2 SO 4が形成され、酸性雨が発生します。これが、これらの燃料を動力源として使用することによる環境への影響を懸念する理由の 1 つです。
- 鉛や水銀などの有毒金属、特にそれらの化合物。
- 揮発性有機化合物（VOC）：VOCは屋内と屋外の両方の大気汚染物質です。[122]これらはメタン（ CH4 ）または非メタン（NMVOC）のいずれかに分類されます。メタンは、地球温暖化を促進する非常に効率的な温室効果ガスです。他の炭化水素VOCも、オゾンを生成し、大気中のメタンの寿命を延ばす役割を果たすため、重要な温室効果ガスです。この影響は、地域の空気の質によって異なります。芳香族NMVOCのベンゼン、トルエン、キシレンは発がん性の疑いがあり、長期間暴露すると白血病を引き起こす可能性があります。1,3-ブタジエンは、工業用途に関連することが多い別の危険な化合物です。
二次汚染物質
二次汚染物質には以下のものがあります。
- 地上オゾン（O 3）：オゾンはNOxとVOCが混ざることで生成されます。対流圏の重要な部分です。[123]また、成層圏のさまざまなセクションに存在するオゾン層の重要な部分でもあります。オゾンが関与する光化学反応と化学反応は、昼夜を問わず大気中で発生する多くの化学反応の原動力となっています。オゾンは汚染物質であり、人間の活動（主に化石燃料の燃焼）の結果として大量に生成されるスモッグの成分です。 [124] O 3は主に、太陽光の存在下でNO xガス（特に燃焼による窒素酸化物）と揮発性有機化合物が関与する化学反応によって生成されます。この反応は温度と日光の影響を受けるため、オゾン濃度が高くなるのは暑い夏の午後に最もよく見られます。[125]
- ペルオキシアセチル硝酸塩（C 2 H 3 NO 5 ）：同様にNO xとVOCから生成されます。
- 光化学スモッグ：粒子はガス状の一次汚染物質と化学物質から形成される。[126]スモッグは大気中に発生する汚染の一種である。スモッグは特定の地域で大量の石炭が燃やされ、煙と二酸化硫黄の混合物が生じることで発生する。[127]現代のスモッグは通常、自動車や産業からの排出物によって引き起こされ、大気中で太陽の紫外線の作用を受けて二次汚染物質が生成され、それが一次排出物と結合して光化学スモッグが発生する。
その他の汚染物質
有害大気汚染物質として分類される化学物質は他にも多数ある。これらの一部は米国では大気浄化法の下で、欧州では多数の指令（大気質の評価と管理に関する大気「枠組み」指令96/62/EC、職場での化学物質に関連するリスクに関する指令98/24/EC、大気中の重金属と多環芳香族炭化水素に関する指令2004/107/ECなど）の下で規制されている。[128] [129]
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このビデオでは、地球の大気の質に対する人間の指紋に関する NASA の研究の概要を説明します。
暴露
大気汚染のリスクは、汚染物質の危険性とその汚染物質への曝露量によって決まります。大気汚染曝露は、個人、近隣地域や国の子供などのグループ、または全人口について測定できます。たとえば、さまざまな微小環境と年齢層を考慮して、ある地理的エリアの危険な大気汚染への曝露を決定したいとします。これは、吸入曝露として計算できます[130]。これにより、さまざまな設定、たとえばさまざまな屋内の微小環境と屋外の場所における毎日の曝露が考慮されます。曝露には、さまざまな年齢層やその他の人口統計グループ、特に乳児、子供、妊婦、その他の敏感なサブグループを含める必要があります。[130]
サブグループが特定の環境内にいて特定の活動に従事している特定の時間ごとに、大気汚染物質への曝露は、各環境で過ごした時間と、遊ぶ、料理をする、読書する、働く、交通渋滞に巻き込まれるなどの各サブグループの吸入速度に関する大気汚染物質の濃度を統合する必要があります。たとえば、小さな子供の吸入速度は大人よりも低くなります。激しい運動をしている若者は、座ったままの活動に従事している子供よりも呼吸速度が速くなります。したがって、毎日の曝露には、各ミクロ環境環境で過ごした時間と、そこで行われる活動の種類を含める必要があります。各ミクロ活動/ミクロ環境環境の大気汚染物質濃度を合計して、曝露を示します。[130]
ブラックカーボンなどの汚染物質の場合、高濃度が主要道路の近くや（自動車による）交通への参加と一致するため、曝露時間が短くても交通関連の曝露が総曝露量の大部分を占める可能性がある。[131] 1日の総曝露量の大部分は高濃度の短いピークとして発生するが、ピークの定義方法やその頻度、健康への影響の判定方法は不明である。[132]
2021年、WHOは化石燃料の燃焼から生じる微粒子の推奨ガイドラインの制限値を半分に引き下げました。二酸化窒素（NO2 ）の新しい制限値は75％低くなっています。[133]大気汚染は、たとえ非常に低レベルであっても、人体の健康に悪影響を及ぼすという証拠が増えていることから、WHOは粒子状汚染の安全な曝露レベルとみなすガイドラインを（10μg/m3から5μg /m3に）改訂し、世界のほとんど（世界人口の97.3％）を安全でない領域に導きました。[134]
室内空気質
屋内の換気不足は、人々がほとんどの時間を過ごす場所に大気汚染を集中させます。屋内の大気汚染は重大な健康リスクをもたらす可能性があります。EPAの報告によると、多くの大気汚染物質の濃度は、屋内の空気中では屋外の空気中よりも2～5倍高くなる可能性があります。屋内の大気汚染物質は、場合によっては屋内よりも最大100倍高くなることがあります。米国肺協会、米国消費者製品安全委員会（CPSC）2012、および米国環境保護庁2012aによると、人々は最大90％の時間を屋内で過ごす可能性があります。[135]
汚染を引き起こす可能性のある屋内汚染物質には、アスベスト、生物学的因子、建築材料、ラドン、タバコの煙、薪ストーブ、ガスレンジ、その他の暖房システムなどがあります。[135]
発がん性物質であるラドン（Rn）ガスは、特定の場所では地中から放出され、家屋内に閉じ込められます。カーペットや合板などの建築材料はホルムアルデヒド（H-CHO）ガスを放出します。塗料や溶剤は乾燥すると揮発性有機化合物（VOC）を放出します。鉛塗料は粉塵に変質し、吸入される可能性があります。[136] [137]
意図的な大気汚染は、芳香剤、お香、その他の香りのするアイテムの使用によってもたらされます。調理用ストーブや暖炉で制御された薪の火は、屋内外の空気中に有害な煙の粒子を大量に放出する可能性があります。 [136] [137]屋内汚染による死亡事故は、適切な換気を行わずに屋内で殺虫剤やその他の化学薬品のスプレーを使用することで発生する可能性があります。また、現代のキッチンは有害な粒子やガスを生成し、トースターなどの機器は最悪の発生源の1つです。[138]
一酸化炭素中毒や死亡事故は、欠陥のある換気口や煙突、または屋内やテントなどの密閉された空間での炭の燃焼によって引き起こされることが多い。[139]パイロットランプの調整不良によっても慢性的な一酸化炭素中毒が発生する可能性がある。下水ガスや硫化水素が屋内に入らないように、すべての家庭の配管にはトラップが組み込まれている。衣類はドライクリーニング後、数日間テトラクロロエチレンやその他のドライクリーニング液を 放出する。
現在では多くの国で使用が禁止されていますが、過去には産業環境や家庭環境でアスベストが広範に使用されていたため、多くの地域で潜在的に非常に危険な物質が残されています。石綿肺は、肺の組織に影響を及ぼす慢性の炎症性疾患です。構造物内のアスベスト含有材料から長期間、大量にアスベストに曝露した後に発症します。石綿肺の患者は重度の呼吸困難（息切れ）を呈し、数種類の肺がんのリスクが増大します。非技術的な文献では必ずしも明確な説明が強調されているわけではないため、関連する疾患のいくつかの種類を区別するよう注意する必要があります。世界保健機関によると、[140]これらは石綿肺、肺がん、および腹膜中皮腫（一般的には非常にまれながんの一種であるが、より広範囲に及ぶ場合はほぼ常にアスベストへの長期曝露に関連している）として定義されます。
大気汚染の生物学的発生源は、ガスや浮遊粒子として屋内にも存在します。ペットはフケを出し、人間は微細な皮膚片や分解された毛からほこりを出し、寝具、カーペット、家具に生息するダニは酵素とマイクロメートルサイズの糞便を出し、住人はメタンを排出し、壁にカビが発生してマイコトキシンと胞子を発生させ、エアコンシステムはレジオネラ症やカビを培養し、観葉植物、土壌、周囲の庭園は花粉、ほこり、カビを発生させます。屋内では空気の循環がないため、自然界で発生するよりも多くの空気汚染物質が蓄積します。
健康への影響
大気汚染は人間の健康に急性と慢性の両方の影響を及ぼし、さまざまなシステムや臓器に影響を与えますが、主に呼吸器系と心血管系に影響を与えます。その影響には、呼吸困難、喘鳴、咳、喘息[141]などの軽度から慢性の上気道刺激、心臓病、肺がん、脳卒中、小児の急性呼吸器感染症、成人の慢性気管支炎、既存の心臓病や肺病の悪化、または喘息発作などがあります。
短期および長期の暴露は早期死亡や平均寿命の短縮と関連付けられており[142]、薬物使用の増加、医師や救急外来への受診の増加、入院の増加、早期死亡につながる可能性があります。[130] [より良い情報源が必要]大気汚染への持続的な暴露によって発症する疾患は環境保健疾患であり、健康環境が維持されない場合に発症します。[143]
米国の規制当局が安全とみなすレベルよりも低いレベルであっても、大気汚染の3つの要素である微粒子物質、二酸化窒素、オゾンへの曝露は、心臓や呼吸器の病気と相関関係にある。[144]大気汚染物質に対する個人の反応は、人が曝露する汚染物質の種類、曝露の程度、個人の健康状態や遺伝によって異なる。[130]大気汚染の最も一般的な発生源は、微粒子物質とオゾン（多くの場合、化石燃料の燃焼による）、[145] 二酸化窒素、二酸化硫黄である。発展途上国に住む5歳未満の子供は、屋内外の大気汚染に起因する死亡に対して最も脆弱な集団である。[146]
米国環境保護庁は大気浄化法に基づき、米国内の大気中への許容量制限を含む特定の大気汚染物質の制限を設けている。[147]カーボンブラックとオゾンの両方に混合して曝露すると、健康への影響が著しく大きくなる可能性がある。[148]
死亡
大気汚染による死亡者数の推定値は様々である。[150] 2014年に世界保健機関は、大気汚染が毎年世界中で700万人の早死にを引き起こしていると推定した。[5]これは全世界での死亡者の8人に1人にあたる。 [151] 2019年に発表された研究によると、2015年にはその数は880万人近くに達する可能性があり、そのうち550万人が人為的な大気汚染による早死にだという。[152] [153] 2022年のレビューでは、2019年には大気汚染が約900万人の早死の原因であると結論付けられた。2015年以降、汚染に対する実質的な進歩はほとんど見られていないと結論付けられた。[14] [154]死因には、脳卒中、心臓病、COPD、肺がん、肺感染症などがある。[5]特に子供は危険にさらされている。[155]
2021年、WHOは、屋外の大気汚染により2019年に世界中で420万人が早期死亡すると推定されると報告した。[156]
2015年の大気汚染による世界平均の平均寿命損失（LLE、YPLLに類似）は2.9年で、例えばあらゆる形態の直接的な暴力による0.3年よりも大幅に長くなっています。[16] 85歳以上の人が住む地域では大気汚染が低く、大気汚染レベルと寿命の間に関連があることを示唆しています。[157]
主なメカニズム
WHOは、2016年に屋外の大気汚染に関連した早期死亡の約58％が虚血性心疾患と脳卒中によるものだと推定している。[156]大気汚染と心血管疾患による死亡率の上昇を結びつけるメカニズムは不明だが、肺炎と全身性炎症が関係している可能性が高い。[158]
地域別
インドと中国は大気汚染による死亡率が最も高い。[159] [160]世界保健機関によると、インドは喘息による死亡者数も他のどの国よりも多い。2019年、インドでは160万人が大気汚染により死亡した。[161] 2013年、中国では大気汚染により毎年50万人が死亡していると推定された。[162] 2012年、中国の大気汚染排出量全体の2.48%は米国の需要による輸出によるもので、30省でさらに27,963人が死亡した。[163]
大気汚染によるヨーロッパでの早期死亡者数は、年間43万人[164]から80万人と推定されている。[153]これらの死亡の重要な原因は、道路車両から排出される二酸化窒素やその他の窒素酸化物（NOx）である。[164]欧州連合全体で、大気汚染により平均寿命が約9か月短くなると推定されている。[165] 2015年の協議文書で、英国政府は、二酸化窒素が英国で年間23,500人の早期死亡の原因であると明らかにした。 [ 166]イングランドでは、肺炎関連の死亡と自動車排出ガスによる大気汚染の間には正の相関関係がある。[167]
米国でエネルギー関連の化石燃料排出をなくすことで、毎年46,900～59,400人の早期死亡を防ぎ、PM2.5関連の病気や死亡を回避して5370～6780億ドルの利益が得られる。 [ 168]
2023年にサイエンス誌 に発表された研究では、石炭火力発電所からの二酸化硫黄の排出（石炭PM 2.5 ）に焦点を当て、「石炭PM 2.5への曝露は、あらゆる発生源からのPM 2.5への曝露よりも2.1倍の死亡リスクと関連していた」と結論付けています。[169] 1999年から2020年まで、米国では合計46万人が石炭PM 2.5が原因で死亡しました。[169]
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主な原因
大気汚染の最大の原因は化石燃料の燃焼です[171]。主に自動車 の生産と使用、電力生産、暖房によるものです。[172]排出量の多い発電所や自動車の排気ガスから排出される汚染物質が原因で、世界中で年間450万人が早死にしていると推定されています。[173]
ディーゼル排気ガス（DE）は燃焼由来の粒子状物質による大気汚染の主な原因である。十分に検証された曝露チャンバー装置を使用したいくつかのヒト実験研究では、DEは急性血管機能障害および血栓形成の増加に関連していることが示された。[174] [175]
ある研究では、 G20諸国19カ国による現代の自由貿易と消費によって引き起こされるPM2.5大気汚染により、年間200万人が早死にしており、これらの国々の約28人の生涯平均消費により少なくとも1人の早死（平均年齢約67歳）が発生していると結論付けられている。一方、発展途上国は、外部からの支援や国際的に協調された取り組みなしに対策を実施することは「期待できない」、または実施できるとも言えない。[176] [170]
ガイドライン
米国環境保護庁は、地上オゾン濃度を65ppbに制限することで、2020年に75ppb基準に比べて全国で1,700～5,100人の早期死亡を回避できると推定している。同庁は、より保護的な基準により、喘息の悪化がさらに26,000件、仕事や学校の欠勤が100万件以上防げると予測している。[177] [178]この評価を受けて、EPAは地上オゾンの国家大気環境基準（NAAQS）を70ppbに引き下げることで公衆衛生を保護する措置を講じた。 [179]
2008年に行われた南カリフォルニアのロサンゼルス盆地とサンホアキン渓谷における大気汚染の健康への影響と関連コストに関する経済調査によると、大気汚染レベルが連邦基準に違反しているため、毎年3,800人以上が早死にしている（通常より約14年早い）。年間の早死の数は、同じ地域での自動車事故による死亡者数（平均で年間2,000人未満）よりもかなり多い。[180] [181] [182] 2021年の研究では、WHOがガイドラインを調整する直前の「現在の欧州および北米の基準やWHOガイドライン値を下回る低い汚染レベルであっても」屋外の大気汚染は死亡率の大幅な増加に関連していることが判明した。[183] [184]
心血管疾患
世界疾病負担研究によると、大気汚染は心血管疾患による死亡全体の19%の原因となっている。 [ 185] [186]大気汚染への短期および長期の曝露と心血管疾患による死亡率および罹患率、脳卒中、血圧、虚血性心疾患（IHD）との関連を示す強力な証拠がある。[186]
大気汚染は、特に汚染レベルが最も高い発展途上国では、脳卒中の主な危険因子である。[187] 188か国における17の異なる危険因子の体系的な分析により、大気汚染は世界中で脳卒中のほぼ3分の1（29%）と関連していることが判明した（発展途上国での脳卒中の33.7%に対し、先進国では10.2%）。[187] [188]女性の場合、大気汚染は出血性脳卒中ではなく虚血性脳卒中と関連している。[189]大気汚染は、冠動脈性脳卒中の発症率および死亡率の増加と関連していることが判明した。[190]関連は因果関係があると考えられており、影響は血管収縮、低レベルの炎症、および動脈硬化によって媒介される可能性がある。[191]自律神経系の不均衡などの他のメカニズムも示唆されている。[192] [193]
肺疾患
研究では、交通関連の大気汚染への曝露の増加により、喘息[194]や慢性閉塞性肺疾患（COPD）[195]を発症するリスクが増加することが実証されています。大気汚染は、喘息やCOPDによる入院や死亡率の増加と関連しています。[196] [197]
COPDは、肺気腫、気管支拡張症、慢性気管支炎など、さまざまな臨床疾患から構成されています。[198] COPDの危険因子は遺伝的要因と環境的要因の両方です。粒子状汚染の増加は、この疾患の悪化に寄与し、おそらくその発症にも寄与しています。[199]
大気汚染による肺疾患のリスクは、通常の呼吸が年長児や成人よりも速い乳児や幼児、高齢者、屋外で働く人や屋外で長時間過ごす人、心臓病や肺疾患の合併症を持つ人にとって最も高くなります。[200]
1952 年の大スモッグの後に 1960 年から 1961 年にかけて実施された調査では、ロンドン住民 293 人と、慢性気管支炎による死亡率が低かった 3 つの町、グロスター、ピーターバラ、ノリッジの住民 477 人を比較しました。被験者は全員、40 歳から 59 歳の男性郵便トラック運転手でした。郊外の町の被験者と比較すると、ロンドンの被験者はより重度の呼吸器症状 (咳、痰、呼吸困難など)、肺機能の低下 ( FEV1および最大流量)、痰の生成および膿の増加を示しました。この差は 50 歳から 59 歳の被験者でより顕著でした。この調査では年齢と喫煙習慣を考慮に入れたため、観察された差の原因として最も可能性が高いのは大気汚染であると結論付けられました。[201] 交通による大気汚染への曝露は子供の肺機能の発達を低下させることがより多くの研究で示されており[202]、低濃度の大気汚染でも肺機能が損なわれる可能性があります。[203]
嚢胞性線維症と同様に、深刻な健康被害は都市部に住むほど顕著になると考えられています。研究によると、都市部では粘液の過剰分泌、肺機能の低下、慢性気管支炎や肺気腫の自己診断が増えることが分かっています。[204]
癌
2019年に世界で約30万人の肺がんによる死亡は、空気中に浮遊する微小粒子状物質（PM2.5 ）への曝露に起因するとされています。 [205]自動車の排気ガスなどからのPM2.5への曝露は、肺細胞内の休眠中の突然変異を活性化し、それらをがん化させます。[ 206] [205] PM2.5大気汚染への無防備な曝露は、1日に複数本のタバコを吸うのと同等であり、[207] [リンク切れ ]主に環境要因によるがんのリスクを高める可能性があります。[208]
PM 2.5 （微粒子）への長期曝露は、10μg/m 3増加ごとに非事故死亡リスクを6％増加させます。また、PM 2.5への曝露は、肺がんによる死亡リスク（範囲：10μg/m 3増加ごとに15～21％）および心血管疾患による全死亡リスク（範囲：10μg/m 3増加ごとに12～14％）の増加と関連しています。[209]
さらに、このレビューでは、交通量の多い場所の近くに住むことは、肺がんによる死亡、心血管疾患による死亡、および全体的な非事故による死亡の増加という3つの結果のリスクの上昇と関連しているようだと指摘しています。レビュー担当者はまた、PM 2.5への曝露が冠状動脈性心疾患による死亡率と正の関連があり、SO 2への曝露が肺がんによる死亡率を高めるという示唆的な証拠も発見しましたが、確固とした結論を出すにはデータが不十分でした。[209]別の調査では、活動レベルが高いほど、人間の肺におけるエアロゾル粒子の沈着率が増加することが示され、汚染された地域の屋外でのランニングなどの激しい活動を避けることが推奨されました。[210]
2011年にデンマークで行われた大規模な疫学調査で、窒素酸化物の濃度が高い地域に住む人々の肺がんリスクが上昇していることが判明しました。[211]デンマークの別の調査でも同様に、大気汚染と子宮頸がんや脳腫瘍などの他の種類のがんとの関連性を示す証拠が指摘されました。[212]
腎臓病
2001年から2016年にかけて台湾の住民163,197人を対象に行われた研究では、 PM 2.5の大気濃度が（およそピーク時の30μg/m 3から） 5μg /m 3減少するごとに、慢性腎臓病の発症リスクが25%減少すると推定されました。[213] 10,997人のアテローム性動脈硬化症患者を対象としたコホート研究によると、PM 2.5への曝露量が多いほど、アルブミン尿が増加することがわかりました。[214]
生殖能力
二酸化窒素（NO2）
NO2の増加は、体外受精治療を受けている女性の出生率の低下と有意に関連しています。[215]一般人口では、 NO2に曝露した女性は曝露していない女性と比較して流産率が有意に増加しています。[215]
一酸化炭素（CO）
COへの曝露は第2および第3妊娠期の死産と有意に関連している。 [215]
多環芳香族炭化水素
多環芳香族炭化水素（PAH）は生殖能力の低下と関連している。ベンゾ（a）ピレン（BaP）はよく知られたPAHであり発がん性物質で、排気ガスやタバコの煙によく含まれる。[216] PAHは活性酸素種（ROS）の生成を増加させることで酸化ストレスを介して毒性作用を及ぼし、炎症や細胞死を引き起こすことが報告されている。PAHへの長期曝露はDNA損傷や修復の低下につながる可能性がある。[217]
BaPへの曝露は精子の運動性を低下させることが報告されており、曝露量を増やすとこの影響は悪化する。研究では、不妊症の報告がある男性では、そうでない男性と比較して、より多くのBaPが検出されたことが実証されている。[218]
研究によると、BaPは細胞死経路を誘発して卵巣生殖細胞の数を減らし、炎症を誘発して卵巣の損傷を引き起こすことで、卵胞形成と卵巣の発達に影響を与える可能性があることが示されています。[219]
粒子状物質
粒子状物質 (PM) とは、空気中に浮遊する固体と液体の集合体を指します。これらは人体に有害であり、多くの研究により、これらの影響は当初考えられていたよりも広範囲に及ぶ可能性があることが示されており、特に男性の生殖能力に影響します。PM にはさまざまなサイズがあり、たとえばPM 2.5は幅 2.5 ミクロン以下の小さな粒子で、PM 10は直径 10 ミクロン以下に分類されます。
カリフォルニアで行われた研究では、PM2.5への曝露の増加により精子の運動性が低下し、異常な形態が増加することが判明した。同様に、ポーランドではPM2.5とPM10への曝露により未熟なクロマチン（完全に発達していない、または異常に発達したDNA）を持つ細胞の割合が増加した。[220]
トルコでは、料金徴収員として働き、毎日高レベルの交通汚染物質にさらされている男性の生殖能力を調べた研究がありました。交通汚染では、一酸化炭素や窒素酸化物とともに、PM10のレベルも高くなることがよくあります。 [220]この研究グループでは、大気汚染への曝露が限られている対照群と比較して、精子の数と運動性に有意な差がありました。
女性の場合、生殖能力への全体的な影響は大きくないようです。しかし、PM10への曝露の増加と早期流産には関連があります。より小さな粒子状物質であるPM2.5への曝露は、体外受精を受ける女性の受胎率に影響を与えるようですが、生児出産率には影響しません。[215]
地上オゾン汚染
地上オゾン（O 3）は、高濃度になると大気汚染物質とみなされ、工業地域のスモッグによく見られます。
オゾン汚染が生殖能力に与える影響に関する研究は限られている。[215]現在、オゾンへの曝露が女性または男性の自然妊娠に悪影響を及ぼすことを示唆する証拠はない。しかし、夏季に問題となることが多い高レベルのオゾン汚染が体外受精（IVF）の結果に影響を及ぼすことを示唆する研究がある。体外受精人口では、NO xとオゾン汚染物質が出生率の低下と関連していた。[215]
このテーマに関する研究のほとんどは、大気汚染への人間の直接的な曝露に焦点を当てていますが、他の研究では、体外受精研究室内での配偶子と胚に対する大気汚染の影響を分析しています。複数の研究で、体外受精研究室が大気汚染レベルを下げるための協調的な取り組みの一環として空気フィルターを導入した後、胚の質、着床率、妊娠率が著しく改善したと報告されています。[221]そのため、オゾン汚染は高レベルで発生すると、生殖補助医療（ART）の成功に悪影響を及ぼすと考えられています。
オゾンは二相性的に作用すると考えられており、体外受精の胚移植前にオゾン曝露を限定すると、生児出生にプラスの効果が観察される。逆に、胚移植後にオゾンに曝露するとマイナスの効果が実証されている。しかし、NO2を調整した後、O3と体外受精の生児出生率の関連性は有意ではなくなった。[222] [223]
男性の生殖能力に関しては、オゾンは曝露後に精液中の精子の濃度と数に著しい減少を引き起こすことが報告されている。[224]同様に、精子の活力、すなわちサンプル中の生きた精子の割合は、大気汚染への曝露の結果として減少することが実証されている。 [223]しかし、オゾン曝露が男性の生殖能力に与える影響に関する知見は多少矛盾しており、さらなる研究の必要性が浮き彫りになっている。 [ 223 ]
子供たち
子供と乳児は大気汚染に最も脆弱である。汚染された空気は15歳未満の何百万人もの子供たちの中毒を引き起こし、その結果、毎年約60万人の子供たち（5歳未満543,000人、5〜15歳52,000人）が死亡している。[225 ]低所得国または中所得国の子供たちは、高所得国の子供たちよりも高いレベルの微粒子物質にさらされている。[225]
大気汚染による子供の健康への影響としては、喘息、肺炎、下気道感染症、低出生体重などがあります。[226]ヨーロッパで行われた研究では、超微粒子への曝露により子供の血圧が上昇する可能性があることがわかりました。[227]
出生前曝露
汚染された空気への胎児期の曝露は、子供のさまざまな神経発達障害に関連している。例えば、多環芳香族炭化水素（PAH）への曝露は、IQスコアの低下や不安やうつ病の症状と関連していた。[228]また、発展途上国では致命的な周産期の健康障害を引き起こす可能性もある。 [8] 2014年の研究では、PAHが小児期の注意欠陥多動性障害（ADHD）の発症に関与している可能性があることが判明した。 [229]
研究者らは、大気汚染と自閉症スペクトラム障害（ASD）診断のリスクとの間に相関関係があることを発見したが、明確な因果関係はまだ確立されていない。ロサンゼルスでは、交通関連の大気汚染レベルが高い地域に住む子どもは、3～5歳の間に自閉症と診断される可能性が高かった。[230]南カリフォルニアのコホート研究では、胎児期の道路近くの大気汚染への曝露とASD診断のリスク増加との関連が示され[231]、スウェーデンの研究では、妊娠中のPM2.5への曝露がASDと関連していると結論付けられた。 [ 232]デンマークの研究では、乳児期の大気汚染への曝露とASD診断のリスク増加との関連が示されたが、妊娠中の曝露は関連がなかった。[233]
大気汚染と子供の神経発達障害との関連は、重要な時期における原始生殖細胞、胚、胎児のエピジェネティックな調節異常と関係していると考えられています。PAH の中には内分泌かく乱物質とみなされるものもあり、脂溶性です。脂肪組織に蓄積すると胎盤を介して移行し、遺伝毒性効果を発揮し、DNA 損傷や突然変異を引き起こす可能性があります。[234]大気汚染は早産の蔓延と関連しています。[235]
乳児
大気汚染レベルは早産や低出生体重と関連している。2014年にWHOが実施した母体および周産期の健康に関する世界規模の調査では、低出生体重（LBW）とPM2.5への曝露レベルの増加との間に統計的に有意な関連があることが判明した。平均よりもPM2.5レベルが高い地域の女性は、国に関連した変数を調整した後でも、妊娠による低出生体重児の確率が統計的に有意に高かった。[236]この影響は炎症を刺激し、酸化ストレスを増加させることによるものと考えられている。
ある研究によると、2010年にPM2.5への曝露は世界全体の早産の18％、つまり約270万件の早産と強く関連していることが判明しました。大気汚染に関連する早産が最も多かった国は、南アジア、東アジア、中東、北アフリカ、サハラ以南の西アフリカでした。[237] 2019年、アフリカの大気粒子状物質汚染により、少なくとも383,000人の早期死亡が発生しました。これは、大陸の大気汚染コストに関する新しい推定値によると、1990年の3.6％から、この地域の早産全体の約7.4％に増加しました。[238] [239] [240]
PM 2.5の発生源は地域によって大きく異なります。南アジアと東アジアでは、調理に木材やその他のバイオマス燃料が使用されるため、妊婦は屋内空気汚染に頻繁にさらされており、これが地域の汚染の80％以上を占めています。中東、北アフリカ、サハラ以南アフリカ西部では、微細なPMは砂嵐などの自然発生源から発生します。[237]米国では、 2010年にPM 2.5への曝露に関連する早産が5万件と推定されています。[237]
1988年から1991年にかけて行われた調査で、北京における二酸化硫黄（SO2 ）および総浮遊粒子状物質（TSP）と早産および低出生体重との間に相関関係があることが判明した。北京の4つの異なる地域に住む74,671人の妊婦のグループが、妊娠初期から出産まで、 SO2およびTSP（およびその他の粒子状物質）の毎日の大気汚染レベルとともに監視された。出生体重の推定減少量は、SO2が100 μg/ m3増加するごとに7.3 g 、TSPが100 μg/m3増加するごとに6.9 gであった。これらの関連性は夏と冬の両方で統計的に有意であったが、夏の方が多かった。大気汚染に起因する低出生体重の割合は13％であった。これは、低出生体重の既知のリスク要因について報告された最大の寄与リスクである。[241]住宅の97％にある石炭ストーブは、この地域の大気汚染の主な発生源である。
Brauerらは、バンクーバーの妊婦コホートで、住所から妊娠中の曝露量を推定し、大気汚染と高速道路への近さと妊娠結果の関係を研究した。NO、NO2、CO、PM10、PM2.5への曝露は、在胎週数に対して小さい乳児（SGA）と関連していた。高速道路や幹線道路から50メートル以内に住む女性は、SGA乳児を出産する可能性が26％高かった。[242]
中枢神経系
大気汚染への曝露が中枢神経系にも影響を及ぼすというデータが蓄積されつつある。[243]
大気汚染は50歳以上の人の認知症リスクを高める。[244]幼少期の屋内大気汚染への曝露は認知機能や神経発達に悪影響を及ぼす可能性がある。[245] [246]出生前の曝露も神経発達に影響を及ぼす可能性がある。[247] [248]研究によると、大気汚染はさまざまな発達障害、酸化ストレス、神経炎症と関連しており、アルツハイマー病やパーキンソン病の一因となる可能性があることがわかっている。[246]
研究者らは、早期に大気汚染にさらされると、マウスの 脳に自閉症や統合失調症と同じ変化が起こることを発見した。また、大気汚染は短期記憶、学習能力、衝動性にも影響を与えることが示された。この研究では、大気汚染はメスのマウスよりもオスのマウスに大きな悪影響を及ぼした。[249] [250]この研究の主任研究者であるデボラ・コリースレヒタ氏は次のように述べている。[251]
脳室をよく観察すると、通常は脳室を囲んでいる白質が完全に発達していないことがわかった。炎症によって脳細胞が損傷し、脳のその部分の発達が妨げられ、脳室が単に空間を埋めるために拡大したようだ。私たちの研究結果は、大気汚染が自閉症やその他の神経発達障害に何らかの影響を与えている可能性があるという証拠が増え続ける中で、その証拠に加わるものである。
微粒子物質への曝露は、感染や炎症に反応して生成される神経伝達物質であるサイトカインのレベルを上昇させる可能性があり、うつ病や自殺にも関連している。汚染は脳の炎症と関連しており、気分の調節を乱す可能性がある。PM2.5レベルの上昇は、うつ病の症状の自己申告の増加や、毎日の自殺率の増加と関連している。[252] [253]
2015年の実験的研究では、空気質の変化について知らされていない被験者が呼吸した室内空気中の不純物によって、重大なエピソード的（状況的）認知障害が検出されたことが報告された。揮発性有機化合物（VOC）または二酸化炭素の濃度が上昇し、他の要因が一定に保たれた場合、達成されたパフォーマンススコアに重大な欠陥が観察された。最高レベルの不純物に達することは、一部の教室やオフィス環境では珍しくない。[254] [255] PM 2.5とCO 2の濃度が高いと、応答時間が遅くなり、テストの精度が低下することが示された。[256]
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「クリーン」なエリア
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大気汚染のレベルが比較的低い地域でも、大勢の人がそのような汚染物質を吸い込むため、公衆衛生への影響は大きく、費用もかかる可能性がある。ある研究によると、オゾンとPM2.5が連邦基準を満たしている米国の地域でも、より多くの大気汚染にさらされているメディケア受給者の死亡率は高いことがわかった。[257]
インドの農村部の人々も、都市部の人々と同様に、高レベルの大気汚染にさらされています。[258] 2020年に、科学者たちは南極周辺の南極海の境界層の空気は人間によって「汚染されていない」ことを発見しました。 [259]
農業への影響
さまざまな研究で、大気汚染、特にオゾンが農業に与える影響が推定されている。2020年の研究では、カリフォルニア州のオゾン汚染により、テーブルブドウなどの特定の多年生作物の収穫量が年間最大22％減少し、年間10億ドル以上の経済的損害につながる可能性があることが示された。[260]大気汚染物質が農業環境に入ると、農業の生産と品質に直接影響を与えるだけでなく、農業用水と土壌にも入り込む。[261] COVID-19によるロックダウンは、大気質と地表の緑化との密接な関係を明らかにする自然実験となった。インドでは、ロックダウンにより大気質の改善、地表の緑化と光合成活動の強化が促進され、農地では植生が大気汚染を減らすための積極的な反応が優勢であった。[262]一方、伝統的な形態の農業は、大気中のアンモニアなどの微量ガスの排出の主な原因の1つである。[263]
経済効果
大気汚染は生産性の損失と生活の質の低下により、世界経済に年間5兆ドルの損失をもたらしています。 [24] [25] [26]これらの生産性の損失は、大気汚染によって引き起こされる病気による死亡によって引き起こされます。2013年の死亡者の10人に1人は大気汚染に関連する病気が原因であり、問題は悪化しています。
大気質のわずかな改善（大気中のPM2.5とオゾン濃度の1％削減）により、 2010年にフレーザーバレー南部地域で年間2,900万ドルの節約が実現する。[264]この結果は、致死的（死亡）および亜致死的（病気）影響の健康評価に基づいています。
この問題は発展途上国ではさらに深刻である。「低所得国の5歳未満の子どもが大気汚染にさらされて死亡する可能性は、高所得国の子どもの60倍以上である。」[ 24] [25]報告書では、大気汚染によって引き起こされる健康コスト[265]や農業やその他の生産性への悪影響などの追加的な経済損失は計算されておらず、したがって世界経済への実際のコストは5兆ドルをはるかに上回ると述べている。
2022年に発表された研究では、「大気汚染と建設現場での事故の間には強い関連性がある」こと、また「 NO2レベルが10ppb上昇すると事故の可能性が最大25%増加する」ことが判明した。[266]
その他の効果
人工的な大気汚染は、大気圏探査（ NO2汚染レベル を含む）や今日の望遠鏡技術などにより、他の惑星系などの遠方から地球上で検出できる可能性がある。この方法で地球外文明を発見することもできるかもしれない。[267] [268] [269]
歴史上の災害
世界で最悪の短期民間汚染危機は、1984年にインドで発生したボパール災害である。[270]米国のユニオン・カーバイド社（後にダウ・ケミカル社に買収）のユニオン・カーバイド工場から漏れた工業用蒸気により、少なくとも3,787人が死亡し、15万人から60万人が負傷した。1952年12月4日にロンドン上空で発生した大スモッグでは、英国が最悪の大気汚染に見舞われた。6日間で4,000人以上が死亡し、最近の推計ではその数は12,000人近くに上るとされている。[271]
1979年、旧ソ連のエカテリンブルク（旧スベルドロフスク）近郊の生物兵器研究所から炭疽菌胞子が事故で漏れ、少なくとも64人が死亡したと考えられている。 [272]米国で発生した最悪の大気汚染事故は、1948年10月下旬にペンシルベニア州ドノラで発生し、20人が死亡、7,000人以上が負傷した。[273]
削減と規制
大気汚染を地球規模で撲滅するには、勇敢なリーダーシップ、国際社会からの資源の余剰、そして大規模な社会的変化が必要となる。[274]公害防止は、大気汚染などの公害を防止することを目指しており、持続可能な製造プロセス（および製品の設計）の設計[275]や関連する法的規制、再生可能エネルギーへの移行に向けた取り組みなど、産業活動や事業活動の調整が含まれる可能性がある。[276] [277]
大気中の粒子状物質を減らす努力は健康状態の改善につながるかもしれない。[278]
ドイツの9ユーロチケット制度では、9ユーロ（€）で1か月間無制限にすべての地方交通機関（電車、路面電車、バス）を利用できる月間パスを購入でき、2022年6月から8月までの3か月間の実施期間中に180万トンのCO2排出量が削減されました。 [279]
汚染制御
大気汚染を減らすために、様々な汚染制御技術や戦略が利用可能である。[280] [281]最も基本的なレベルでは、土地利用計画にはゾーニングと交通インフラの計画が含まれる可能性が高い。ほとんどの先進国では、土地利用計画は社会政策の重要な部分であり、土地が効率的に使用され、経済と人口全体の利益になるとともに環境が保護されることを保証する。[282]厳格な環境規制、効果的な制御技術、再生可能エネルギー源への移行も、中国やインドなどの国々が二酸化硫黄汚染を減らすのに役立っている。[283]
二酸化チタンは大気汚染を減らす能力があるとして研究されてきた。紫外線は物質から自由電子を放出し、それによってフリーラジカルを生成し、それがVOCやNOxガスを分解する。その一つの形態は超親水性である。[284]
交通量の多い道路の近くに置かれた汚染物質を食べるナノ粒子は、毎日約20台の車から排出される有毒物質を吸収することが示されました。[285]
エネルギー転換
大気汚染の大部分は石炭や石油などの化石燃料の燃焼によって引き起こされるため、これらの燃料を削減することで大気汚染を大幅に削減できます。最も効果的なのは、大気汚染を引き起こさない風力、太陽光発電、水力発電などのクリーンな電源への切り替えです。 [286]移動源からの汚染を削減する取り組みには、新しい発生源（クルーズ船や輸送船、農機具、ストリングトリマー、チェーンソー、スノーモービルなどの小型ガス駆動機器など）への規制の拡大、燃費の向上（ハイブリッド車の使用など）、よりクリーンな燃料への転換、電気自動車への転換などがあります。たとえば、インドのニューデリーでは、2000年以来、バスは圧縮天然ガスで走行しており、市内の「ピースープ」スモッグの除去に役立っています。[226] [287]
大気汚染を減らすのに非常に効果的な手段は、再生可能エネルギーへの移行です。 2015年にEnergy and Environmental Scienceで発表された研究によると、米国で100％再生可能エネルギーに切り替えると、バイオマスが使用されない場合、年間約62,000人の早期死亡がなくなり、2050年には約42,000人が死亡することになります。これにより、2050年には大気汚染が減少するため、年間約6,000億ドルの医療費が節約され、これは2014年の米国の国内総生産の約3.6％に相当します。[286]大気質の改善は、気候変動の緩和による多くの社会的利益の中でも短期的な利益です。
汚染の代替
現在、大気汚染の主な原因に対する実用的な代替手段があります。
- 輸送における大気汚染源を、排出量の少ない、またはライフサイクルを通じて排出のない公共交通機関に戦略的に置き換えること[288] [289]および自転車の利用とインフラ（リモートワーク、作業の削減、移転、ローカリゼーションなど）
- 化石燃料自動車の段階的廃止は、持続可能な輸送手段への移行の重要な要素である。しかし、電気自動車のような同様のインフラや設計上の決定は、生産時の同様の汚染、大量の必要なバッテリーの採掘や資源の搾取、そしてそれらの充電のためのエネルギーと関連している可能性がある[290] [291]
- 主要空港の風下（20マイル以上）の地域では、ロサンゼルスのように船舶の寄港頻度が高く、高速道路や都市部の交通量が多い地域を考慮しても、大気中の粒子状物質の総排出量は他の地域の2倍以上です。 [292] NASAが主導した2017年の研究によると、航空バイオ燃料をジェット燃料と50/50の比率で混合すると、ジェット機由来の巡航高度の粒子状物質排出量を50～70％削減できます（ただし、これは都市部の大気汚染に対する地上レベルのメリットも意味するはずです）。[293]
- 船舶の推進力とアイドリングは、天然ガスなどのよりクリーンな燃料に切り替えることができます。（理想的には再生可能な資源ですが、まだ現実的ではありません）
- 暖房用の化石燃料の燃焼は、地中熱ヒートポンプや季節熱エネルギー貯蔵の使用によって置き換えることができる。[294]
- 化石燃料の燃焼によって発電される電力は、原子力や再生可能エネルギーに置き換えることができる。地域の大気汚染に大きく寄与している暖房や家庭用ストーブは、天然ガスなどのはるかにクリーンな化石燃料、あるいは貧困国では再生可能エネルギーに置き換えることができる。[295] [296]
- 都市部の大気汚染の主要因である化石燃料で動く自動車は、電気自動車に置き換えることができます。リチウムの供給とコストは制限されますが、代替手段はあります。より多くの人々を電気鉄道などのクリーンな公共交通機関に誘導することも役立ちます。しかし、排出ガスのない電気自動車であっても、ゴムタイヤ自体がかなりの量の大気汚染物質を排出し、ロサンゼルスでは13番目に悪い汚染物質となっています。[297]
- 車での移動を減らすことで汚染を抑えることができます。ストックホルムでは渋滞税を導入して市内中心部の車両交通量を減らした結果、二酸化窒素とPM10の汚染が減少し、小児の急性喘息発作も減少しました。[298]
- バイオ消化装置は、焼畑農業が普及している貧しい国々で利用することができ、役に立たない商品を収入源に変えることができます。植物を集めて中央当局に販売し、中央当局はそれを大型の近代的なバイオ消化装置で分解して、必要なエネルギーを生成します。[299]
- 誘導湿度と換気はどちらも密閉空間内の空気汚染を大幅に抑えることができます。密閉空間内の空気汚染は、ブレーキと摩擦により地下鉄内では比較的高く、皮肉なことに座席の低い乗用車や地下鉄よりも公共交通機関のバス内では比較的低いことがわかりました。[300]
制御装置
以下の製品は、産業や輸送において、汚染防止装置として一般的に使用されています。これらの製品は、汚染物質を破壊したり、大気中に放出される前に排気流から除去したりすることができます。
- 粒子制御
- 機械式集塵機（ダストサイクロン、マルチサイクロン）
- 電気集塵装置: 電気集塵装置 (ESP) または静電空気清浄機は、誘導された静電荷の力を利用して、流れるガス (空気など) から粒子を除去する粒子収集装置です。電気集塵装置は、装置を通過するガスの流れを最小限に妨げる非常に効率的な濾過装置であり、空気流からほこりや煙などの微粒子を簡単に除去できます。
- バグハウス: 大量の粉塵を処理するように設計された集塵機は、送風機、ダスト フィルター、フィルター洗浄システム、およびダスト レセプタクルまたはダスト除去システム (使い捨てフィルターを使用して粉塵を除去する空気清浄機とは異なります) で構成されています。
- 微粒子スクラバー: 湿式スクラバーは、汚染制御技術の一種です。この用語は、炉の排気ガスやその他のガス流からの汚染物質を使用するさまざまな装置を表します。湿式スクラバーでは、汚染されたガス流をスクラビング液と接触させ、液体を噴霧したり、液体プールに押し込んだり、その他の接触方法によって、汚染物質を除去します。
- スクラバー
- NOx制御
- VOCの削減
- 酸性ガス/ SO2制御
- 水銀規制
- 吸着剤注入技術
- 電気触媒酸化（ECO）
- K燃料
- ダイオキシンとフランの規制
- その他関連機器
- ソースキャプチャシステム
- 連続排出監視システム（CEMS）
監視
大気質の時空間モニタリングは、大気質の改善、ひいては公衆の健康と安全の改善、および介入の影響の評価に必要となる場合がある。[301]このようなモニタリングは、モバイルIoTセンサー、[ 302] [303]衛星、[304] [305] [306]モニタリングステーションなどのデータの使用とセンシングのためのさまざまな技術を使用するなど、さまざまな組織やガバナンスエンティティによって、さまざまな規制要件と地域範囲でさまざまな程度に行われている。[307] [308]一部のWebサイトでは、利用可能なデータを使用して大気汚染レベルをマッピングしようとしています。[309] [ 310 ] [311]
空気質モデリング
GCM (汚染モジュールと組み合わせた一般循環モデル) や CTM (化学輸送モデル)などのツールを使用した地球規模の数値モデルは、大気中のさまざまな汚染物質のレベルをシミュレートするために使用できます。これらのツールには、いくつかのタイプ (大気モデル) とさまざまな用途があります。これらのモデルは予測モードで使用することができ、大気汚染エピソードが検出されたときに政策立案者が適切な措置を決定するのに役立ちます。また、将来の空気質の進化を含む気候モデリングにも使用できます。たとえば、IPCC (気候変動に関する政府間パネル) は、レポート (最新のレポートはサイトからアクセス可能) で空気質評価を含む気候シミュレーションを提供しています。
規則
一般的に、大気質基準には2つの種類があります。第1のクラスの基準（米国国家大気環境基準やEU大気質指令[312]など）は、特定の汚染物質の最大大気濃度を設定します。環境当局は、これらの目標レベルの達成につながるように規制を制定します。第2のクラス（北米大気質指数など）は、さまざまな閾値を持つスケールの形をとり、屋外活動の相対的なリスクを一般市民に伝えるために使用されます。スケールは、異なる汚染物質を区別する場合と区別しない場合があります。
カナダ
カナダでは、大気汚染とそれに伴う健康リスクは、大気質健康指数（AQHI）で測定されています。[313]これは、大気汚染レベルが上昇しているときに活動レベルを調整することで、大気汚染への短期的な曝露を減らすための決定を下すために使用される健康保護ツールです。
AQHI は、カナダ保健省とカナダ環境省が共同で調整する連邦プログラムです。ただし、AQHI プログラムは、州、自治体、 NGOの関与とサポートがなければ実現できません。大気質の監視から健康リスクの伝達、地域社会の関与まで、AQHI の実施に関連する作業の大部分は、地域のパートナーが担当しています。AQHI は、地域の大気質に関連する健康リスクのレベルを示す 1 から 10+ までの数値を提供します。大気汚染の量が異常に多い場合、数値が 10 を超えることがあります。AQHI は、地域の大気質の現在の値と、今日、今夜、明日の地域の大気質の最大値の予報を提供し、関連する健康アドバイスを提供します。
低レベルの大気汚染でも敏感な人々に不快感を引き起こす可能性があることが現在では知られているため、指数は連続体として開発されました。数値が高いほど健康リスクが高く、予防策を講じる必要があります。指数は、この数値に関連する健康リスクのレベルを「低い」、「中程度」、「高い」、「非常に高い」と説明し、曝露を減らすために取ることができる措置を提案します。[314]
この測定は、カナダのいくつかの都市の分析から得られた、二酸化窒素（NO 2）、地上オゾン（O 3）、粒子状物質（PM 2.5）と死亡率の関係の観察に基づいています。重要なのは、これら3つの汚染物質はすべて、特に既存の健康問題を抱えている人々にとっては、低レベルの曝露であっても健康リスクを引き起こす可能性があるということです。
AQHI を開発する際、カナダ保健省による健康影響の当初の分析には、粒子状物質、オゾン、二酸化窒素(NO 2 )、および二酸化硫黄(SO 2 ) と一酸化炭素(CO) の 5 つの主要な大気汚染物質が含まれていました。最後の 2 つの汚染物質は、健康影響の予測にほとんど情報を提供しなかったため、AQHI の策定から除外されました。
AQHI は、臭気、花粉、ほこり、熱、湿度の影響を測定するものではありません。
ドイツ
TA Luftはドイツの大気質規制である。[316]
都市の大気汚染の規制
欧州では、大気環境の評価と管理に関する理事会指令96/62/ECが共通の戦略を規定しており、加盟国は「人間の健康や環境への有害な影響を回避、防止、または軽減するために大気環境の質に関する目標を設定し、不十分な場合は大気の質を改善することができる」[317] 。
2008年7月、ディーター・ヤネチェク対バイエルン自由都市事件において、欧州司法裁判所は、この指令[317]に基づき、国民は国家当局に対し、大気質基準値の遵守を維持または達成することを目的とした短期行動計画を実施するよう要求する権利を有するとの判決を下した。[318] [319]
この重要な判例は、大気汚染制御に関して、欧州連合がヨーロッパ諸国の中央規制機関としての役割を担っていることを裏付けているように思われる。この判例は、英国に対し、国民を危険なレベルの大気汚染から守るという超国家的な法的義務を課し、さらに国民の利益を国家の利益よりも優先させるものである。
2010年、欧州委員会（EC）は、 PM10の制限値の相次ぐ違反に対して英国に法的措置を取ると警告した。 [320]英国政府は、罰金が科せられた場合、国に年間3億ポンド以上の損害を与える可能性があると指摘している。[321]
2011年3月、グレーター・ロンドン市街地は依然としてECの制限値に違反している唯一の英国地域であり、EU大気質指令を満たすことを目的とした緊急行動計画を実施するため3か月の猶予が与えられた。[322]シティ・オブ・ロンドンはPM10の濃度が危険なレベルにあり、市内で年間3000人の死者を出していると推定されている。[323] EUからの罰金の脅威に加え、2010年には大気汚染レベルの上昇につながったとされる西側混雑料金ゾーンの廃止に対する法的措置の脅威も受けた。[324]
これらの非難に対して、ロンドン市長のボリス・ジョンソンは、ヨーロッパの都市が自国の中央政府を通じてヨーロッパとコミュニケーションをとる必要がある現状を批判し、将来的には「ロンドンのような大都市」は政府を迂回し、大気質対策計画に関して欧州委員会と直接交渉することを認められるべきだと主張した。[322]
これは、都市が伝統的な国家政府の組織階層を超越し、例えば国際関係を通じて地球規模のガバナンスネットワークを利用して大気汚染の解決策を開発できるという認識と解釈できる。国際関係には国家政府と政府間組織が含まれるが、それらに限定されない。[325]都市や地域を含む準国家主体が独立した主体として大気汚染制御に参加することを可能にしている。
世界的な都市パートナーシップは、ネットワークに組み込むことができる。例えば、ロンドンがメンバーとなっているC40都市気候リーダーシップグループなどである。C40は、世界の主要都市の温室効果ガス排出削減を目指す公的「非国家」ネットワークである。 [326] C40は「中間からの統治」として認識されており、政府間政策の代替手段である。[327]参加都市が「情報を交換し、ベストプラクティスから学び、その結果、国の政府の決定とは無関係に二酸化炭素排出量を緩和する」ため、都市の空気の質を改善する可能性がある。[326] C40ネットワークに対する批判は、その排他性により参加都市への影響力が制限され、力の弱い都市や地域の主体から資源が奪われるリスクがあるというものである。
先住民
先住民族[328]は、環境悪化や気候変動の影響を不釣り合いなほど頻繁に経験しているが、これらの変化を引き起こすプロセスにはほとんど貢献していないため、環境正義は彼らにとって特に重要である。先住民族は、歴史的かつ継続的な植民地化、制度的不正、不平等の結果として疎外され、その土地と資源は搾取されてきた。
先住民族は、自分たちの土地や生活手段に影響を及ぼす政策決定に影響を与えたり、気候変動の影響を軽減したりする政治的、財政的影響力を欠いていることが多い。このため、これらのコミュニティの社会的、経済的、健康状態における既存の不平等がさらに悪化する。さらに、伝統的な生態学的知識と先住民族の知識体系は、持続可能な資源管理と気候変動適応技術に関する洞察に満ちた情報を提供する。持続性と環境正義を促進するには、先住民族の視点を認識し、気候変動の影響を緩和し、それに適応する取り組みに組み込む必要がある。
気候変動と闘うには、社会、経済、環境の要素の相互依存性を認識する包括的な戦略が必要です。これには、条約上の権利の擁護、先住民の主権と自決権の推進、持続可能な開発と環境保護のための先住民主導のプロジェクトへの支援が含まれます。
ホットスポット
大気汚染ホットスポットとは、大気汚染物質の排出により個人が健康への悪影響にさらされる地域である。[329]これらは特に人口密度の高い都市部でよく見られ、固定発生源（工業施設など）と移動発生源（自動車やトラックなど）の汚染が混在している可能性がある。これらの発生源からの排出物は、呼吸器疾患、小児喘息、[141] がん、その他の健康問題を引き起こす可能性がある。ディーゼル煤などの微粒子物質は、毎年世界中で320万人以上の早期死亡の原因となっており、重大な問題となっている。これは非常に小さく、肺に留まり血流に入る可能性がある。ディーゼル煤は人口密集地域に集中しており、米国では6人に1人がディーゼル汚染ホットスポットの近くに住んでいます。[330]
| 外部ビデオ | |
|---|---|
 AirVisual Earth – 世界の風と大気汚染のリアルタイムマップ[331] |
大気汚染のホットスポットはさまざまな人々に影響を与えているが、ホットスポットに居住する可能性が高いグループもある。これまでの研究では、人種や所得によって汚染への曝露に差があることが示されている。危険な土地利用（有毒物質の貯蔵・廃棄施設、製造施設、主要道路）は、不動産価値や所得水準が低い場所に立地する傾向がある。社会経済的地位の低さは、人種、規制に影響を与える能力の欠如、環境汚染の少ない地域に移住する能力の欠如など、他の種類の社会的脆弱性の代理指標となり得る。これらのコミュニティは、環境汚染の不均衡な負担を負っており、がんや喘息などの健康リスクに直面する可能性がより高い。[332]
研究によると、人種と所得の格差のパターンは、汚染への曝露が高いだけでなく、健康への悪影響のリスクも高いことを示している。[333]社会経済的地位が低く、人種的マイノリティを特徴とするコミュニティは、より恵まれたコミュニティよりも、汚染物質への曝露の増加に起因する累積的な健康への悪影響に対して脆弱である可能性がある。 [333]黒人とラテン系は、一般的に白人やアジア人よりも多くの汚染に直面しており、低所得のコミュニティは裕福なコミュニティよりも高いリスクを負っている。[332]人種間の不一致は、米国南部の郊外地域と米国中西部および西部の大都市圏で特に顕著である。[334]公営住宅の居住者は、一般的に低所得でより健康的な地域に引っ越すことができないため、近くの製油所や化学工場の影響を強く受けている。[335]
都市
大気汚染は通常、人口密度の高い大都市圏に集中しており、特に都市が急速に成長し、環境規制が比較的緩い、あるいは全く存在しない発展途上国ではその傾向が顕著である。都市化は、急速に成長する熱帯都市における人為的な大気汚染による早期死亡率の急上昇につながる。 [336]しかし、先進国でも人口密集地域は不健康なレベルの汚染に達しており、ロサンゼルスとローマがその例である。[337] 2002年から2011年の間に、北京での肺がんの発生率はほぼ2倍になった。中国では喫煙が依然として肺がんの主な原因であるが、喫煙者数は減少している一方で、肺がんの発生率は上昇している。[338]
テヘランは2022年5月24日に世界で最も汚染された都市であると宣言された。[340]
予測
2019年の予測では、2030年までに世界の汚染排出量の半分がアフリカで発生する可能性がある。[341]このような結果を引き起こす可能性のある要因としては、燃焼活動（野外廃棄物の焼却など）、交通、農業食品および化学産業、サハラ砂漠からの砂塵、および全体的な人口増加の増加などが挙げられます。
2012年の研究では、2050年までに屋外の大気汚染（粒子状物質と地上オゾン）が世界中で環境関連死の最大の原因になると予測されています。[342]
参照
ソース
- 蜂の巣バーナー
- ボトムアッシュ
- コンクリート#コンクリート – 健康と安全
- ディワリ関連の大気汚染
- 化石燃料の燃焼による排気ガス排出
- おがくずの健康への影響
- ジョス紙
- 金属加工
- 鉱業
- 非排気ガス排出
- 電動工具
- ゴム汚染
- スラグ
- 製錬
- タイヤ火災
- 溶接
- 木灰
測定
その他
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、大気汚染に関連するメディアがあります。
Wikivoyageには、大気汚染に関する旅行情報があります。
- 屋外大気汚染に関するWHOファクトシート
- 大気汚染：天然資源保護協議会（NRDC）による知っておくべきことすべてガイド
- 世界のリアルタイム大気質指数マップ
- 空気質指数（AQI）の基礎
- AQI 計算機 5 つの汚染物質の AQI から濃度、濃度から AQI への変換
- UNEP 都市環境計画
- 欧州委員会 > 環境 > 大気 > 大気質
- データベース: 世界保健機関による都市の屋外大気汚染
- 英国における粒子状大気汚染への長期曝露による死亡率への影響、英国大気汚染の医学的影響に関する委員会、2010 年。
- 有害大気汚染物質 | EPA.gov における有害汚染物質とは