När kraftverk eldar kol, en klass av föreningar som kallas polycykliska aromatiska kolväten, eller PAH, utgör en del av den resulterande luftföroreningen. Forskare har funnit att PAH -toxiner bryts ned i solljus till barnföreningar och biprodukter.

Vissa barnföreningar kan vara mer toxiska än moder-PAH. Floder och dammar som drabbats av PAH är sannolikt förorenade av ett mycket större antal toxiner än som släpps ut av stora förorenare, forskare visar nu in Kemosfär .

Ett kolkraftverk och en cigarett har mer gemensamt än man kan tro. Det gör även avgasrören från bilar, brinnande grödorester, flygplan och skogsbrand.

PAH produceras när fossila bränslen eller organiskt material inte förbränns helt. Dessa PAH-signaturer är tillräckligt distinkta för att forskare kan säga vad de troliga föroreningskällorna är. Det kan de göra genom att analysera vatten- och sedimentprover från floder och dammar som påverkats av föroreningarna.

Vissa barnföreningar är giftigare än de ursprungliga PAH:erna, andra studier har funnit. Detta betyder att det förmodligen finns fler giftiga, cancerframkallande PAH-föreningar som finns i dammar och floder än man tidigare trott, säger Dr Mathapelo Seopela, en forskare vid Institutionen för kemi vid University of Johannesburg och huvudförfattaren till studien.

"Bränningsprocesser skapar PAH som varierar i storlek från två till sex smälta bensenringar. Ju varmare förbränningsprocessen, ju större förening som bildas, och ju skadligare det är, " hon säger.

"Som ett exempel, när kol eldas i ett koleldat kraftverk för el, fem- och sexrings-PAH kommer sannolikt att bildas. Detta beror på att förbränningsprocessen är vid en mycket hög temperatur, över 1000 grader Celsius."

Dessa stora PAH-föreningar åker med resten av röken från kraftverkets kyltorn. Vindar kan då blåsa föreningarna ganska långt bort, till floder, dammar, jordbruksmark eller nästa stad.

"När bensin förbränns i en bilmotor, två till tre-ringar PAH bildas vanligtvis. Liknande PAH bildas av flygplan, när bönder bränner skörderester eller gräs, eller med brinnande ved, " säger hon. "PAH:erna hamnar i atmosfären, i luften vi andas. Ofta, de kan resa mycket långa sträckor från källorna som producerade dem, såsom kraftverk eller skogsbränder."

Många PAH-föreningar är skadliga. De bildas av två eller flera sammansmältade bensenmolekyler, eller ringar, under ofullständig förbränning av fossila bränslen eller organiskt material. Bensen är en mycket brandfarlig, giftig vätska. Det är delvis ansvarigt för den karakteristiska lukten på en bensinstation.

Det enklaste PAH är naftalen, som har två bensenringar. Vissa människor använder naftalen malkulor för att skydda sina kläder från malar. Det är giftigt för människor. Nästa större PAH är antracen, en komponent av stenkolstjära, som har tre bensenringar. Antracen är ett farligt ämne. Det är mycket giftigt i vattenmiljöer, och anses vara en långlivad och bioackumulerande förorening.

Ett antal PAH har listats av organisationer som EPA, WHO och Europeiska kommissionen som cancerframkallande. Vissa PAH kan orsaka permanenta förändringar i djurens gener, vilket kan orsaka utvecklingsförseningar eller missbildningar hos fiskembryon. Sådana PAH-föreningar klassificeras också som mutagena.

När regndroppar drar ner PAH-föreningar i floder och dammar, stora miljöutmaningar kan skapas. Regnet levererar gifterna till dricksvattnet, vatten som används för att bevattna matgrödor, och vatten till nötkreatur. Fisk samlar PAH i sitt kött. "I vår studie, vi tittade på PAH med två till sex sammansmälta bensenringar. Dessa representerade föroreningar från vedbränder och bilar till kolkraftverk. Vi visste att i allmänhet, PAH-föreningar kommer att börja förändras, eller förnedrande, när solen skiner på dem. Men vi ville ta reda på vad specifika PAH blir när de bryts ned, och hur snabbt det händer, säger Seopela.

I tidigare forskning, hon analyserade vatten och sediment från en förorenad damm i Sydafrika för PAH. Loskop -dammen matas av Olifantsfloden i en stor industri, kolgruv- och kolkraftverksregionen i Mpumalanga.

Massfisk- och krokodildödsfall har registrerats i floden, och organiska föroreningar inklusive PAH identifierades som bidragande faktorer.

I andra studier, forskare fann att PAH bryts ner i solljus, men att de mindre barnföreningar som bildas (fotoprodukter) kan vara giftigare än de större föräldraföreningarna.

Seopela och forskarna från Chesapeake Biological Laboratory vid University of Maryland Center for Environmental Science byggde ett återcirkulationssystem med sluten krets för studien i deras laboratorium. De testade fem PAH som listats av U.S. EPA som prioriterade föroreningar. Dessa var naftalen, antracen, benso(a)antracen, benso(a)pyren och benso(ghi)perylen.

För varje PAH, de testade rena prover av det i rent vatten som kontroll. Sedan testade de varje ren PAH i rent vatten med en specifik mängd naturligt organiskt material (NOM) tillsatt för att simulera flod- och dammförhållanden. De testade varje PAH för sig, och blandade sedan ihop alla för att se vad som händer.

"Vi fann att när solljus faller på en förälder PAH, det bryts ner till mindre barns PAH, som vi kallar nedbrytningsprodukter. Men samtidigt, helt andra biprodukter bildas också, säger professor Michael Gonsior från Chesapeake Biological Laboratory vid University of Maryland.

"Detta är mycket oroande. Moderföreningarna av PAH, de nedbrutna barnens PAH och biprodukterna, eller fotoprodukter, är förmodligen alla närvarande samtidigt i floder och dammar som påverkas av PAH, " han fortsätter.

"Vi fann också att PAH:erna med fem till sex ringar i allmänhet bryts ner mycket snabbare än PAH:er i rent vatten, " säger Dr Leanne Powers, biträdande forskningskemist vid Chesapeake Biological Laboratory.

"Men nedbrytningen saktar ner när det finns mer naturligt organiskt material i vattnet. Vi förväntar oss att PAH i vattnet eller sedimentet i en grumlig flod kommer att ta lång tid att bryta ner. Mycket längre än de tre timmarna och lite PAH:er tog för att brytas ned i det rena vattnet i vårt labb. Proceduren som används i denna studie kan användas för att förstå hur andra PAH:er bryts ned, and what they will become in freshwater environments, " says Powers.

Seopela says, "This means that people, animals and plants that depend on that water are likely exposed to a far greater number of toxins at the same time, than was emitted from the sources, such as power stations."