Alla vet att bilar bidrar till luftföroreningar. Och när de flesta tänker på källan, avgaser är oftast vad man tänker på.

Dock, ny forskning ledd av University of Pennsylvanias Reto Gieré, arbeta med medarbetare över hela världen, hjälper till att belysa en annan betydande bov när det gäller trafikrelaterade luftföroreningar:små bitar av däck, bromspedaler, och vägmaterial som blir svävande i luften när fordon passerar.

"Mer och mer har jag märkt att vi inte vet tillräckligt om vad som finns på våra vägar, säger Gieré, professor och ordförande för Penns institution för geo- och miljövetenskap vid School of Arts and Sciences. "Om du har mycket trafik, bilar, och lastbilar som kör förbi, de återsuspenderar dammet på vägarna i atmosfären, och då blir det andningsbart. För att förstå de potentiella hälsoeffekterna av dessa dammpartiklar, det är verkligen viktigt att förstå vad som är på vägen."

Även om regulatoriska ansträngningar har hjälpt till att göra bilar renare och effektivare, dessa begränsningar gäller inte föroreningarna som uppstår till följd av slitage på däck och bromsar. Den ökande trängseln i städerna kommer att förvärra dessa som källor till föroreningar och möjligen negativa hälsoeffekter.

"Omkring 4 miljoner människor dör i förtid av luftföroreningar varje år, " säger Gieré. "Från osäkert vatten är antalet 2 miljoner. Ändå har vi ett FN-mål för hållbar utveckling om vattenföroreningar men inte ett om luften."

För att belysa innehållet av trafikrelaterat damm och de förhållanden som gör det mer sannolikt att det samlas, Gieré har samarbetat med tyska kollegor från Federal Highway Research Institute, tyska meteorologiska tjänsten, och universitetet i Freiburg för att prova och analysera luften längs vägkanterna. Under 2017, de publicerade resultaten av en årslång provtagning längs två mycket välbesökta motorvägar i Tyskland, en utsatt för mer stopp-och-kör-trafik och en annan i ett mer lantligt område som kantas av jordbruksmarker.

För att passivt samla dammet längs vägkanterna, de använde skräddarsydda cylindriska provtagare med en genomskinlig klibbig folie i botten för att fånga partiklar som tar sig in. Forskarna kontrollerade insamlingspunkterna och bytte ut den klibbiga "fällan" varje vecka.

Använda optisk mikroskopi för att analysera de insamlade luftburna partiklarna, teamet fann att webbplatsen med livligare trafikmönster hade totalt 30 procent fler partiklar, med en större andel härrörande från däckslitage. Vädret ingick väsentligt i mönstren de observerade; torra och varma förhållanden var förknippade med en större uppbyggnad av partiklar.

"Vid högre temperaturer såg vi mer däcknötning, mer föroreningar än vid mellantemperaturer, " säger Gieré. "Detta var exakt analogt med vad två laboratoriestudier fann."

Med högre temperaturer och fler torrperioder som förutspås under klimatförändringarna, Gieré noterar att detta problem med däckslitage bara kan bli värre, "vilket är betydelsefullt, " han säger, "eftersom nästan 30 procent av den mikroplast som släpps ut globalt till haven kommer från däck."

I en nyare studie, publicerades förra månaden i Forskning om aerosol och luftkvalitet , Gieré och kollegor använde kraftfull svepelektronmikroskopi för att mer exakt identifiera sammansättningen av partiklarna som samlats in från de två motorvägarna som studerades i 2017 års rapport samt en tredje insamlingsplats, vid en urban motorväg med långsammare trafik.

"Det optiska mikroskopet ger oss en första uppskattning, " säger Gieré, "medan svepelektronmikroskopet tillåter oss att skilja mellan däckslitage, bromsnötning, kol, eller ta reda på om det finns mineraler där."

Ta ytterligare ett steg, teamet körde också prover genom en analys som ger information om de element som utgör varje prov, kallas energidispersiv röntgenspektroskopi.

Denna studie fokuserade på de "supergrova" partiklar som samlats in, de som är större än 10 mikrometer. (För jämförelse, ett människohår är ungefär 75 mikrometer i diameter.) Även om det fortfarande är litet, dessa partiklar utgör mindre hälsoris än de ännu mindre, som är lättare att andas in. Fortfarande, dessa större partiklar kan hamna i vattendrag och jord, påverkar vilda djur eller möjligen till och med jordbruksgrödor.

Nittio procent av dammpartiklarna som samlades in från de tre platserna var trafikrelaterade och forskarna såg återigen skillnader mellan platserna. Den långsammare trafiken på stadsvägen genererade färre partiklar från bromsslitage men mer från däck; de noterade att däckgummit blev täckt av mineraler och andra material från vägarna. Motorvägen med mer stop-and-go-trafik genererade fler bromspartiklar.

Däck- och bromsbeläggstillverkare avslöjar inte allt innehåll i sina produkter, men det är känt att zink, leda, antimon, silikater, kadmium, och asbest används av vissa. Detta är kemikalier som kan utgöra en hälsorisk om de kommer ut i miljön eller, om däcken bränns som de ibland gör av kolverk, atmosfären.

"Dessa grova partiklar kommer inte att transporteras särskilt långt, så föroreningar kommer att begränsas till närheten av dessa vägar, speciellt under trängsel, " säger Gieré. "Men de samlas också på vägen och sköljer sedan ut i floder. Vårt team tror att det är en viktig väg för hur mikroplast kommer in i vattendrag."

Ett sätt att minska denna föroreningsväg skulle vara trafikdämpande åtgärder, som koordinerade trafikljus, som minskar mängden start och stopp som förare måste utföra. Gieré och kollegor, inklusive Ph.D. student Michael O'Shea, utför också liknande experiment på Philadelphias gator och jämför föroreningsnivåerna mellan olika stadsdelar för att se vad som händer lite närmare hemmet.