Ett nytt sätt att se hur föroreningar rider genom atmosfären har fyrdubblat uppskattningen av global lungcancerrisk från en förorening orsakad av förbränning, till en nivå som nu är dubbelt den tillåtna gränsen som rekommenderas av Världshälsoorganisationen.

Resultaten, publicerad denna vecka i Förfaranden från National Academy of Sciences Tidig utgåva online, visade att små flytande partiklar kan växa halvfasta runt föroreningar, tillåta dem att hålla längre och resa mycket längre än vad tidigare globala klimatmodeller förutspådde.

Forskare sa att de nya uppskattningarna närmare matchar faktiska mätningar av föroreningarna från mer än 300 stads- och landsbygdsmiljöer.

Studien gjordes av forskare vid Oregon State University, Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory, eller PNNL, och Peking University. Forskningen stöddes främst av PNNL.

"Vi utvecklade och implementerade nya modelleringsmetoder baserade på laboratoriemätningar för att inkludera avskärmning av toxiska ämnen med organiska aerosoler, i en global klimatmodell som resulterade i stora förbättringar av modellprognoser, "sade PNNL -klimatforskaren och huvudförfattaren Manish Shrivastava.

"Detta arbete sammanför teori, laboratorieexperiment och fältobservationer för att visa hur viskösa organiska aerosoler till stor del kan höja den globala mänskliga exponeringen för giftiga partiklar, genom att skydda dem från kemisk nedbrytning i atmosfären. "

Föroreningar från förbränning av fossila bränslen, skogsbränder och biobränsleförbrukning inkluderar luftförorenande kemikalier som kallas polycykliska aromatiska kolväten, eller PAH. I USA, Environmental Protection Agency har identifierat flera PAH som cancerframkallande medel.

Men PAH har varit svåra att representera i tidigare klimatmodeller. Simuleringar av deras nedbrytningsprocess matchar inte mängden PAH som faktiskt mäts i miljön.

För att titta närmare på hur långt PAH kan resa under ridning avskärmad på en viskös aerosol, forskarna jämförde den nya modellens nummer med PAH -koncentrationer som faktiskt mättes av forskare vid Oregon State University på toppen av Mount Bachelor i centrala Oregon Cascade Range.

"Vårt team fann att förutsägelserna med de nya skärmade modellerna av PAH kom in i koncentrationer som liknade det vi mätte på berget, "sade Staci Simonich, en toxikolog och kemist vid College of Agricultural Sciences och College of Science vid OSU, och internationell expert på transport av PAH.

"Nivån på PAH som vi mätte på Mount Bachelor var fyra gånger högre än tidigare modeller hade förutsett, och det finns bevis för att aerosolerna kom hela vägen från andra sidan Stilla havet. "

Dessa små luftburna partiklar bildar moln, orsaka nederbörd och minska luftkvaliteten, ändå är de den mest dåligt förstådda aspekten av klimatsystemet.

En gnutta sot i deras kärna, aerosoler är små gasbollar, föroreningar, och andra molekyler som sammanfaller runt kärnan. Många av molekylerna som täcker kärnan är det som kallas "organiska". De härrör från levande materia som vegetation - blad och grenar, till exempel, eller till och med molekylen som är ansvarig för talllukten som svävar från skogar.

Andra molekyler, såsom förorenande PAH, fastnar också vid aerosolen. Forskare trodde länge att PAH kunde röra sig fritt inom den organiska beläggningen av en aerosol. Denna enkla rörelse tillät PAH att resa till ytan där ozon - en vanlig kemikalie i atmosfären - kan bryta ner den.

Men forskarnas förståelse av aerosoler har förändrats under de senaste fem åren eller så.

De senaste experimenten som leds av PNNL -medförfattaren Alla Zelenyuk visar att, beroende på förutsättningarna, aerosolbeläggningarna kan faktiskt vara ganska viskösa. Om atmosfären är sval och torr, beläggningen kan bli lika viskös som tjära, fånga PAH och andra kemikalier. Genom att förhindra deras rörelse, den viskösa beläggningen skyddar PAH från nedbrytning.

Forskare utvecklade ett nytt sätt att representera PAH i en global klimatmodell, och körde den för att simulera PAH -koncentrationer från 2008 till 2010. De undersökte särskilt en av de mest cancerframkallande PAH:erna, kallas BaP. Simuleringar jämfördes med data från 69 landsbygdsplatser och 294 urbana platser världen över, och visade att förutsägelser från avskärmade PAH var mycket mer exakta än tidigare, oskärmade.

Forskare analyserade också hur långt de skyddade PAH:n kunde resa, använder både gamla och nya modeller. I samtliga fall, de skyddade PAH:erna reste över hav och kontinenter, medan de i den tidigare versionen knappt flyttade från sitt ursprungsland.

För att titta på vilken inverkan globalt travande PAH kan ha på människors hälsa, Shrivastava kombinerade en global klimatmodell, kör antingen det skärmade PAH -scenariot eller det tidigare oskärmade, med en livscancerbedömningsmodell för cancer som utvecklats av medförfattarna Huizhong Shen och Shu Tao, båda då vid Peking University.

Globalt sett den tidigare modellen förutspådde en halv cancerdöd av varje 100, 000 personer, vilket är hälften av gränsen som Världshälsoorganisationen (WHO) anger för PAH -exponering. Men med den nya modellen, som visade att skärmade PAH faktiskt reser stora avstånd, den globala risken var fyra gånger så stor, eller två cancerdödsfall per 100, 000 personer, som överskrider WHO:s standarder.

WHO:s normer överskreds inte överallt. Det var högre i Kina och Indien och lägre i USA och Västeuropa. Skärmningsgraden var också mycket lägre över tropikerna jämfört med mitt- och högbreddgraderna. När aerosolerna passerade de varma och fuktiga tropikerna, ozon kan få tillgång till PAH och oxidera dem.

"Vi vet inte vilka konsekvenser fler PAH -oxidationsprodukter över tropikerna har för framtida bedömningar av hälsorisken för människor eller miljö, "sa Shrivastava." Vi måste bättre förstå hur avskärmningen av PAH varierar med komplexiteten i aerosolsammansättningen, atmosfärisk kemisk åldrande av aerosoler, temperatur och relativ luftfuktighet. Jag blev först överraskad över att se så mycket oxidation över tropikerna. "