Tahmasisalduse mõõtmine õhus

Kui suurem osa õhtus leiduvatest ainetest on gaasilisel kujul, siis osa leidub imepisikeste osakestena ehk aerosoolidena. Enamik satub sinna looduslike protsesside tagajärjel. Taimede elutegevuse ja kõdunemise läbi jõuab õhku palju CO2, vulkaanili­sest tegevusest eraldub suurtes kogustes SO2, metsatulekahjudest CO, mulla bakterite toimel NO ja NO2. Mulla lähedal leidub ka palju tolmu, mille koostis oleneb vastava maakoha aluspinnast. Selliselt on aastatuhandete jooksul atmosfääris välja kujunenud teatud tasakaalustatud reaktsioonid ning protsessid. Aasta- aastal on õhku lisandunud üha rohkem inimeste tekitatud aineid. Hoolimata sellest, et need on samad, mis looduslikes protsessides (SO2 ja CO2), võib nende üleküllus rikkuda tasakaalu atmosfääris ja mõjutada kliimat.

Tahm aga on üks neid õhku saastavaid komponente, mis tekib inimtegevuse tagajärjel. Tahma eraldub mittetäieliku põlemise protsessis nii küttekolletes kui ka mootorites. Mida halvemini on põlemisprotsess reguleeritud, seda roh­kem satub õhku tahma. Tahm koosneb 99% ulatuses grafiitsest süsinikust ja see iseenesest ohtlik ei ole. Tervistkahjus­tava toimega on tahmas leiduvad or­gaanilised põlemisjäägid, eriti polütsüklilised aromaatsed süsivesinikud (ingliskeeles PAH - polycyclic aromatic hydrocarbons). Mõõtmised näitavad, et nende süsivesinike sisaldus õhus on väga tugevasti (80 - 90% tasemel) kor­relatsioonis tahmasisalduvusega. Nen­dest mitmed - bensopüreen, bensoant-ratseen, bensofluoranteen - on tunnis­tatud kantserogeenseteks.

Grafiitne süsinik neelab rohkem valgust kui kõik teised ained ja seetõttu kahjustab tahm atmosfääri kiirgusreøiimi, õhu läbipaistvust ning nähtavust.

1994. aastal teostasid tahmamõõtmisi Eestis kooliõpilased. Korra nädalas pandi tööle väikesed pumbad, et tõmmata filtrile õhku oma kooli või kodu akna tagant ning mõõdeti tahmasisaldus õhus. Alljärgnev joonis annab ülevaate projekti tulemustest.

Ootuspäraselt oli tahma kõige vähem maakohtades ning rohkem linnades. Tahma poolest kõige mustemad ei olnud aga mitte Tallinn või Kohtla- Järve, vaid Viljandi, Rakvere ja Võru. Aasta keskmine tahmakontsentratsioon oli Palamusel, Pärnumaal Viiral ja Sämis Rakvere lähedal 0,5 μg/m3, Viljandis ja Rakveres aga üle kolme korra kõrgem- 1,6 μg/m3.

Vaadeldes tahmasisalduse aastast käiku, näeme selgelt vähenemise tendentsi suvekuudel. Selline käik viitab selgelt, et tahma peamiseks allikaks on kütmine. Autoliiklus üldiselt on kogu aasta lõikes samasugune, kui mitte intensiivsem suvel.

Joonis näitab ühtlasi ka temperatuuri efekti. Sellel on tahmasisalduse antud külmal ja soojal perioodil, mille piiriks on valitud +5°C. Külma ilma efekt on selgelt olemas kõikjal peale Kohtla-Järve. Eriti suur on tulemuste põhjal kütmisperioodi mõju Viljandis ja Võrus.

Ainult tahma mõõtmiste põhjal ei tohi loomulikult väita, et õhk Tallinnas või Kohtla- Järvel on suhteliselt puhas- sealses õhus võib leiduda näiteks rohkem fenoole või SO2 kui väikelinnades.

Võimalikke uurimisküsimusi:

  • Kas talvel on õhk tahmasem kui suvel;
  • Kas linnas või tööstuspiirkonnas on õhk tahmasem kui maal?
  • Kas maanteel sõitvad autod mõjutavad Sinu kodukandi õhu kvaliteeti?
Joonis 1. Keskmine tahma kontsentratsioon Eesti ?hus k?lmal ja soojal perioodil aastal 1994

Õhu tahmasisalduse määramine filtrimeetodil algab sellest, et uuritavat õhku imetakse läbi mingist võimalikult valgest materjalist filtri. Filter peab olema piisavalt tihe, et kinni püüda kõik õhus olevad tahmaosakesed ja samal ajal piisavalt poorne, et õhku siiski läbi lasta.´

Tavaliselt kasutatakse laborites selleks otstarbeks spetsiaalseid teflon-, kvarts- või klaaskiududest kokkupressitud lehti. Sellised filtrid on keemiliselt neutraalsed ja võimaldavad neile kogunenud ainet hiljem keemiliselt analüüsida. Tahmaosakeste kinnipüüdmiseks saab edukalt kasutada aga ka paberfiltreid (keemiaklassist tuttavat filterpaberit või isegi pabersalvrätte).
Filtrist läbiimetud õhu hulk tuleb võimalikult täpselt mõõta (kuupmeetrites või liitrites). Ainult siis saab välja arvutada tahma hulga ühes ruumalaühikus õhus, st tahma kontsentratsiooni.
Läbiimetud õhus leiduv tahm sadestub ühtlaselt filtrisse ja põhjustab selle tumenemise. On selge, et mida rohkem tahma, seda tumedam saab filter. Selle kohta öeldakse, et õhus leiduva tahma kontsentratsioon on üksüheses seoses filtri tumedusega.

Tahma kontsentratsiooni teadasaamiseks tuleb lihtsalt filtri tumedus ära mõõta. Seda võib teha mitut moodi. Filtrit võib võrrelda erinevate heledustega halltoonide skaalaga või siis mõõta fotoraku abil, kui palju valgust pääseb läbi tahmase filtri vähem võrreldes puhta filtriga.

Esmalt tuleb aga kindlaks teha, kui suur tahmakogus põhjustab filtri teatud tumeduse. Tuleb läbi viia nn meetodi kalibratsioon. Kalibratsiooni käigus sadestatakse paljudele filtritele erinevad tahmakogused, mille massid on teada (näiteks täppiskaalumise põhjal). Seejärel mõõdetakse filtrite tumedused. Tulemuseks on kalibratsioonitabelid või kalibratsioonigraafik, mis näitab ära, milline tahmakogus filtril (tavaliselt mikrogrammides ruutsentimeetri kohta) vastab erinevatele filtri tumedustele. Kalibratsioonigraafiku poolt kirjeldavat sõltuvust saab matemaatiliselt väljendada nn empiirilise valemi abil. Kalibratsiooni tulemusena võib valmistada ka halltoonide skaala, kuhu vastavad tahmakogused on juurde  märgitud.

Kui uuritava õhu tahm on filtrile kogutud, viimase tumedus mõõdetud ja kalibratsioonigraafik või valem olemas, saabki õhu saastatuse astme kindlaks määrata.