Exposition au fumage involontaire dans l'air intérieur des locaux. Problèmes liés aux mesures de l'exposition à la fumée de tabac

A brief and critical review of the physical and chemical markers of ETS was made as well as the techniques which were used to measure their concentrations in indoor air. Despite the existing data, more investigations and measurements are needed to characterize the exposure to ETS and their health effects.

Qualité de l'air intérieur dans les écoles et toxicité potentielle des particules en suspension

Les collectivités d'enfants, comme les écoles, mettent en contact de nombreuses personnes dans un espace restreint. Cette proximité peut favoriser la transmission croisée de micro-organismes infectieux. Les épidémies de varicelle, conjonctivite virale, rougeole et gastro-entérite, et la transmission de parasites comme les poux sont fréquentes dans les établissements scolaires et affectent les enfants et le personnel encadrant dont les enseignants. Ce risque professionnel est souvent négligé car considéré comme inévitable. À côté des risques infectieux, d'autres risques liés à des micro-organismes environnementaux et à leurs constituants comme les endotoxines peuvent exister. Ainsi, des études ont montré que les concentrations aéroportées de particules à l'intérieur des classes d'école étaient plus élevées qu'à l'extérieur (1) et que leur composition chimique était différente (2). Plusieurs études épidémiologiques ont montré un lien clair entre l'exposition à des particules et différents problèmes de santé notamment des problèmes respiratoires et cardiaques. Cette exposition à des particules en suspension dans l'air peut avoir des effets toxiques sur les cellules épithéliales des voies respiratoires. Deux études récentes menées dans des écoles et portant sur les particules aéroportées sont analysées ci-dessous. La première étude a évalué les effets biologiques in vitro de particules collectées dans des classes d'écoles en Allemagne et la seconde étude a mesuré les concentrations aéroportées de différents indicateurs de la qualité de l'air dont les micro-organismes dans des écoles au Portugal.

Risques d'exposition aux bactéries et moisissures pour les éleveurs de porcs en espaces fermés

Les élevages intensifs de porcs en espace fermé sont associés à une mauvaise qualité de l'air intérieur, aussi bien pour les éleveurs que pour les animaux. Plusieurs études épidémiologiques ont mis en évidence des associations entre cette mauvaise qualité de l'air et des symptômes aigus et chroniques, en particulier respiratoires au sein de la population d'éleveurs porcins. C'est pourquoi un grand nombre d'études se penche sur l'indentification des polluants inhalables en cause. En effet, si les polluants chimiques présents dans l'air des élevages porcins, tels que l'ammoniac ou les sulfures, sont bien connus, il reste à caractériser la nature des micro-organismes systématiquement présents dans ces environnements, ainsi qu'à mieux définir les facteurs qui infectent leur concentration dans l'air inhalable. Dans cette note, deux études ont été choisies pour illustrer le type de moisissures et bactéries auxquelles les éleveurs porcins sont exposés, et pour présenter les facteurs qui influencent les concentrations en bioaerosols dans ces environnements.

Occupational respiratory exposures to irritating and sensitizing volatile compounds deriving from cleaning products

Recent findings suggest an association between exposure to cleaning products and respiratory dysfunctions including asthma. However, little information is available about quantitative airborne exposures of professional cleaners to volatile organic compounds deriving from cleaning products. During the first phases of the study, a systematic review of cleaning products was performed. Safety data sheets were reviewed to assess the most frequently added volatile organic compounds. It was found that professional cleaning products are complex mixtures of different components (compounds in cleaning products: 3.5 ± 2.8), and more than 130 chemical substances listed in the safety data sheets were identified in 105 products. The main groups of chemicals were fragrances, glycol ethers, surfactants, solvents; and to a lesser extent phosphates, salts, detergents, pH-stabilizers, acids, and bases. Up to 75% of products contained irritant (Xi), 64% harmful (Xn) and 28% corrosive (C) labeled substances. Hazards for eyes (59%), skin (50%) and by ingestion (60%) were the most reported. Monoethanolamine, a strong irritant and known to be involved in sensitizing mechanisms as well as allergic reactions, is frequently added to cleaning products. Monoethanolamine determination in air has traditionally been difficult and air sampling and analysis methods available were little adapted for personal occupational air concentration assessments. A convenient method was developed with air sampling on impregnated glass fiber filters followed by one step desorption, gas chromatography and nitrogen phosphorous selective detection. An exposure assessment was conducted in the cleaning sector, to determine airborne concentrations of monoethanolamine, glycol ethers, and benzyl alcohol during different cleaning tasks performed by professional cleaning workers in different companies, and to determine background air concentrations of formaldehyde, a known indoor air contaminant. The occupational exposure study was carried out in 12 cleaning companies, and personal air samples were collected for monoethanolamine (n=68), glycol ethers (n=79), benzyl alcohol (n=15) and formaldehyde (n=45). All but ethylene glycol mono-n-butyl ether air concentrations measured were far below (<1/10) of the Swiss eight hours occupational exposure limits, except for butoxypropanol and benzyl alcohol, where no occupational exposure limits were available. Although only detected once, ethylene glycol mono-n-butyl ether air concentrations (n=4) were high (49.5 mg/m3 to 58.7 mg/m3), hovering at the Swiss occupational exposure limit (49 mg/m3). Background air concentrations showed no presence of monoethanolamine, while the glycol ethers were often present, and formaldehyde was universally detected. Exposures were influenced by the amount of monoethanolamine in the cleaning product, cross ventilation and spraying. The collected data was used to test an already existing exposure modeling tool during the last phases of the study. The exposure estimation of the so called Bayesian tool converged with the measured range of exposure the more air concentrations of measured exposure were added. This was best described by an inverse 2nd order equation. The results suggest that the Bayesian tool is not adapted to predict low exposures. The Bayesian tool should be tested also with other datasets describing higher exposures. Low exposures to different chemical sensitizers and irritants should be further investigated to better understand the development of respiratory disorders in cleaning workers. Prevention measures should especially focus on incorrect use of cleaning products, to avoid high air concentrations at the exposure limits. - De récentes études montrent l'existence d'un lien entre l'exposition aux produits de nettoyages et les maladies respiratoires telles que l'asthme. En revanche, encore peu d'informations sont disponibles concernant la quantité d'exposition des professionnels du secteur du nettoyage aux composants organiques volatiles provenant des produits qu'ils utilisent. Pendant la première phase de cette étude, un recueil systématique des produits professionnels utilisés dans le secteur du nettoyage a été effectué. Les fiches de données de sécurité de ces produits ont ensuite été analysées, afin de répertorier les composés organiques volatiles les plus souvent utilisés. Il a été mis en évidence que les produits de nettoyage professionnels sont des mélanges complexes de composants chimiques (composants chimiques dans les produits de nettoyage : 3.5 ± 2.8). Ainsi, plus de 130 substances listées dans les fiches de données de sécurité ont été retrouvées dans les 105 produits répertoriés. Les principales classes de substances chimiques identifiées étaient les parfums, les éthers de glycol, les agents de surface et les solvants; dans une moindre mesure, les phosphates, les sels, les détergents, les régulateurs de pH, les acides et les bases ont été identifiés. Plus de 75% des produits répertoriés contenaient des substances décrites comme irritantes (Xi), 64% nuisibles (Xn) et 28% corrosives (C). Les risques pour les yeux (59%), la peau (50%) et par ingestion (60%) était les plus mentionnés. La monoéthanolamine, un fort irritant connu pour être impliqué dans les mécanismes de sensibilisation tels que les réactions allergiques, est fréquemment ajouté aux produits de nettoyage. L'analyse de la monoéthanolamine dans l'air a été habituellement difficile et les échantillons d'air ainsi que les méthodes d'analyse déjà disponibles étaient peu adaptées à l'évaluation de la concentration individuelle d'air aux postes de travail. Une nouvelle méthode plus efficace a donc été développée en captant les échantillons d'air sur des filtres de fibre de verre imprégnés, suivi par une étape de désorption, puis une Chromatographie des gaz et enfin une détection sélective des composants d'azote. Une évaluation de l'exposition des professionnels a été réalisée dans le secteur du nettoyage afin de déterminer la concentration atmosphérique en monoéthanolamine, en éthers de glycol et en alcool benzylique au cours des différentes tâches de nettoyage effectuées par les professionnels du nettoyage dans différentes entreprises, ainsi que pour déterminer les concentrations atmosphériques de fond en formaldéhyde, un polluant de l'air intérieur bien connu. L'étude de l'exposition professionnelle a été effectuée dans 12 compagnies de nettoyage et les échantillons d'air individuels ont été collectés pour l'éthanolamine (n=68), les éthers de glycol (n=79), l'alcool benzylique (n=15) et le formaldéhyde (n=45). Toutes les substances mesurées dans l'air, excepté le 2-butoxyéthanol, étaient en-dessous (<1/10) de la valeur moyenne d'exposition aux postes de travail en Suisse (8 heures), excepté pour le butoxypropanol et l'alcool benzylique, pour lesquels aucune valeur limite d'exposition n'était disponible. Bien que détecté qu'une seule fois, les concentrations d'air de 2-butoxyéthanol (n=4) étaient élevées (49,5 mg/m3 à 58,7 mg/m3), se situant au-dessus de la frontière des valeurs limites d'exposition aux postes de travail en Suisse (49 mg/m3). Les concentrations d'air de fond n'ont montré aucune présence de monoéthanolamine, alors que les éthers de glycol étaient souvent présents et les formaldéhydes quasiment toujours détectés. L'exposition des professionnels a été influencée par la quantité de monoéthanolamine présente dans les produits de nettoyage utilisés, par la ventilation extérieure et par l'emploie de sprays. Durant la dernière phase de l'étude, les informations collectées ont été utilisées pour tester un outil de modélisation de l'exposition déjà existant, l'outil de Bayesian. L'estimation de l'exposition de cet outil convergeait avec l'exposition mesurée. Cela a été le mieux décrit par une équation du second degré inversée. Les résultats suggèrent que l'outil de Bayesian n'est pas adapté pour mettre en évidence les taux d'expositions faibles. Cet outil devrait également être testé avec d'autres ensembles de données décrivant des taux d'expositions plus élevés. L'exposition répétée à des substances chimiques ayant des propriétés irritatives et sensibilisantes devrait être investiguée d'avantage, afin de mieux comprendre l'apparition de maladies respiratoires chez les professionnels du nettoyage. Des mesures de prévention devraient tout particulièrement être orientées sur l'utilisation correcte des produits de nettoyage, afin d'éviter les concentrations d'air élevées se situant à la valeur limite d'exposition acceptée.

Caractérisation des maladies respiratoires en lien avec les problématiques d’humidité excessive ou de moisissures dans les logements des étudiants universitaires

Résumé : PROBLÉMATIQUE: L’exposition résidentielle à l’humidité excessive ou aux moisissures est maintenant reconnue comme un facteur important influençant la santé respiratoire. Cette problématique a été peu étudiée chez les étudiants universitaires, bien que vulnérables par leur faible revenu et leur statut de locataire. OBJECTIFS: Cette maîtrise vise à décrire la prévalence (a) de l’exposition résidentielle à l’humidité excessive ou aux moisissures et (b) des maladies respiratoires chez les étudiants universitaires, ainsi qu’à (c) examiner l’association entre l’exposition résidentielle à l’humidité excessive ou aux moisissures et ces maladies. MÉTHODES: En 2014, une enquête électronique a été réalisée auprès de 2097 étudiants enregistrés à l’Université de Sherbrooke (Québec, Canada). Lorsque possible, des questions et des scores validés ont été utilisés pour estimer les prévalences des maladies respiratoires (rhinite allergique, asthme et infections respiratoires), de l’exposition résidentielle à l’humidité excessive ou aux moisissures et des covariables (ex. : revenu annuel familial, statut tabagique, atopie familiale, caractéristiques de l’étudiant). Les associations entre cette exposition et ces maladies ont d’abord été examinées par des tests de chi-carré en utilisant un seuil alpha de 0,05. Des régressions logistiques multivariées ont ensuite été utilisées pour déterminer les associations brutes et ajustée entre cette exposition et les maladies respiratoires. Les analyses descriptives ont été pondérées pour le sexe, l’âge et le campus d’étude. RÉSULTATS: L’exposition à l’humidité excessive ou aux moisissures était fréquente parmi les participants (36,0%; Intervalle de confiance (IC)95% : 33,9-38,1). Ceux-ci ont également été nombreux à rapporter une rhinite allergique (23,9%; IC95% :22,0-25,8), de l’asthme (32,6%; IC95% : 30,5-34,7) et des infections respiratoires (19,4%; IC95% :17,7-21,2) au cours de la dernière année. Après ajustement, les associations demeuraient significatives entre l’exposition à l’humidité excessive ou aux moisissures et la rhinite allergique (Rapport de cote (RC) : 1,30; IC95% : 1.05-1.60), l’asthme RC : 1,75; IC95% : 1,42-2,16), mais pas les infections respiratoires (RC : 1,07; IC95% : 0,85-1.35). CONCLUSIONS: La prévalence élevée de l’exposition résidentielle des étudiants universitaires à l’humidité excessive ou aux moisissures, de même que son association avec l’asthme et la rhinite allergique, mettent en lumière sa contribution potentielle à la forte prévalence des maladies respiratoires ayant une composante allergique dans cette population. Cette étude fournit un nouveau levier pour les organisations de santé publique et leurs partenaires afin d’adapter les stratégies préventives ciblant les logements insalubres, particulièrement chez les populations vulnérables.

Avancées sur la source, la taille et la nature des particules microbiennes aéroportées présentes dans l'environnement intérieur

L'exposition à certaines particules fongiques et bactéries présentes dans les aérosols de l'environnement intérieur a été associée au développement ou à l'exacerbation d'affections respiratoires telles que l'asthme, la rhinite allergique ou encore l'aspergillose (1-4). Le réservoir principal identifié dans cet environnement pour les bactéries aéroportées est constitué par les habitants eux-mêmes, alors que celui des particules fongiques est l'environnement extérieur, ou, lorsque les conditions sont réunies, l'environnement intérieur (5-7). Néanmoins, la nature et la taille de ces particules fongiques, ainsi que l'impact de l'occupation humaine sur ces paramètres n'ont été que peu explorés. Les articles de cette note s'intéressent justement à ces aspects et illustrent l'importance de leur prise en compte dans l'évaluation du risque d'exposition aux microorganismes dans l'environnement intérieur. L'étude de Hospodsky et coll. (2014) apporte une information quantitative sur le niveau d'émission de bactéries et particules fongiques résultant d'une occupation humaine dans des environnements intérieurs sains. Alors que l'étude de Afanou et coll. (2014) montre la complexité des particules fongiques qui peuvent être générées dans l'environnement intérieur, différentes espèces de moisissures pouvant participer en proportions différentes au nombre de particules submicroniques1 grâce à leurs fragments de spores ou hyphes.

Nanomolar Levels Of Pahs In Extracts From Urban Air Induce Mapk Signaling In Hepg2 Cells.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are common environmental pollutants that occur naturally in complex mixtures. Many of the adverse health effects of PAHs including cancer are linked to the activation of intracellular stress response signaling. This study has investigated intracellular MAPK signaling in response to PAHs in extracts from urban air collected in Stockholm, Sweden and Limeira, Brazil, in comparison to BP in HepG2 cells. Nanomolar concentrations of PAHs in the extracts induced activation of MEK4 signaling with down-stream increased gene expression of several important stress response mediators. Involvement of the MEK4/JNK pathway was confirmed using siRNA and an inhibitor of JNK signaling resulting in significantly reduced MAPK signaling transactivated by the AP-1 transcription factors ATF2 and c-Jun. ATF2 was also identified as a sensitive stress responsive protein with activation observed at extract concentrations equivalent to 0.1 nM BP. We show that exposure to low levels of environmental PAH mixtures more strongly activates these signaling pathways compared to BP alone suggesting effects due to interactions. Taken together, this is the first study showing the involvement of MEK4/JNK/AP-1 pathway in regulating the intracellular stress response after exposure to nanomolar levels of PAHs in environmental mixtures.

Air pollution and hospital admissions for respiratory diseases in the subequatorial Amazon: a time series approach

The objective of the study is to evaluate the effect of the daily variation in concentrations of fine particulate matter (diameter less than 2.5µm - PM2.5) resulting from the burning of biomass on the daily number of hospitalizations of children and elderly people for respiratory diseases, in Alta Floresta and Tangará da Serra in the Brazilian Amazon in 2005. This is an ecological time series study that uses data on daily number of hospitalizations of children and the elderly for respiratory diseases, and estimated concentration of PM2.5. In Alta Floresta, the percentage increases in the relative risk (%RR) of hospitalization for respiratory diseases in children were significant for the whole year and for the dry season with 3-4 day lags. In the dry season these measurements reach 6% (95%CI: 1.4-10.8). The associations were sig-nificant for moving averages of 3-5 days. The %RR for the elderly was significant for the current day of the drought, with a 6.8% increase (95%CI: 0.5-13.5) for each additional 10µg/m3 of PM2.5. No as-sociations were verified for Tangara da Serra. The PM2.5 from the burning of biomass increased hospitalizations for respiratory diseases in children and the elderly.

Measuring air pressure with a polymeric gas sensor

In this communication we describe the application of a conductive polymer gas sensor as an air pressure sensor. The device consists of a thin doped poly(4'-hexyloxy-2,5-biphenylene ethylene) (PHBPE) film deposited on an interdigitated metallic electrode. The sensor is cheap, easy to fabricate, lasts for several months, and is suitable for measuring air pressures in the range between 100 and 700 mmHg.

The International Collaboration on Air Pollution and Pregnancy Outcomes: Initial Results

BACKGROUND: The findings of prior studies of air pollution effects on adverse birth outcomes are difficult to synthesize because of differences in study design. OBJECTIVES: The International Collaboration on Air Pollution and Pregnancy Outcomes was formed to understand how differences in research methods contribute to variations in findings. We initiated a feasibility study to a) assess the ability of geographically diverse research groups to analyze their data sets using a common protocol and b) perform location-specific analyses of air pollution effects on birth weight using a standardized statistical approach. METHODS: Fourteen research groups from nine countries participated. We developed a protocol to estimate odds ratios (ORs) for the association between particulate matter <= 10 mu m in aerodynamic diameter (PM(10)) and low birth weight (LBW) among term births, adjusted first for socioeconomic status (SES) and second for additional location-specific variables. RESULTS: Among locations with data for the PM(10) analysis, ORs estimating the relative risk of term LBW associated with a 10-mu g/m(3) increase in average PM(10) concentration during pregnancy, adjusted for SES, ranged from 0.63 [95% confidence interval (CI), 0.30-1.35] for the Netherlands to 1.15 (95% CI, 0.61-2.18) for Vancouver, with six research groups reporting statistically significant adverse associations. We found evidence of statistically significant heterogeneity in estimated effects among locations. CONCLUSIONS: Variability in PM(10)-LBW relationships among study locations remained despite use of a common statistical approach. A more detailed meta-analysis and use of more complex protocols for future analysis may uncover reasons for heterogeneity across locations. However, our findings confirm the potential for a diverse group of researchers to analyze their data in a standardized way to improve understanding of air pollution effects on birth outcomes.

Traffic-Related Air Pollution and Perinatal Mortality: A Case-Control Study

BACKGROUND: Ambient levels of air pollution may affect the health of children, as indicated by studies of infant and perinatal mortality. Scientific evidence has also correlated low birth weight and preterm birth, which are important determinants of perinatal death, with air pollution. However, most of these studies used ambient concentrations measured at monitoring sites, which may not consider differential exposure to pollutants found at elevated concentrations near heavy-traffic roadways. OBJECTIVES: Our goal was to examine the association between traffic-related pollution and perinatal mortality. METHODS: We used the information collected for a case-control study conducted in 14 districts in the City of Sao Paulo, Brazil, regarding risk factors for perinatal deaths. We geocoded the residential addresses of cases (fetal and early neonatal deaths) and controls (children who survived the 28th day of life) and calculated a distance-weighted traffic density (DWTD) measure considering all roads contained in a buffer surrounding these homes. RESULTS: Logistic regression revealed a gradient of increasing risk of early neonatal death with higher exposure to traffic-related air pollution. Mothers exposed to the highest quartile of the DWTD compared with those less exposed exhibited approximately 50% increased risk (adjusted odds ratio = 1.47; 95% confidence interval, 0.67-3.19). Associations for fetal mortality were less consistent. CONCLUSIONS: These results suggest that motor vehicle exhaust exposures may be a risk factor for perinatal mortality.

Urban air pollution and chronic obstructive pulmonary disease-related emergency department visits

Background: Patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) can have recurrent disease exacerbations triggered by several factors, including air pollution. Visits to the emergency respiratory department can be a direct result of short-term exposure to air pollution. The aim of this study was to investigate the relationship between the daily number of COPD emergency department visits and the daily environmental air concentrations of PM(10), SO(2), NO(2), CO and O(3) in the City of Sao Paulo, Brazil. Methods: The sample data were collected between 2001 and 2003 and are categorised by gender and age. Generalised linear Poisson regression models were adopted to control for both short-and long-term seasonal changes as well as for temperature and relative humidity. The non-linear dependencies were controlled using a natural cubic spline function. Third-degree polynomial distributed lag models were adopted to estimate both lag structures and the cumulative effects of air pollutants. Results: PM(10) and SO(2) readings showed both acute and lagged effects on COPD emergency department visits. Interquartile range increases in their concentration (28.3 mg/m(3) and 7.8 mg/m(3), respectively) were associated with a cumulative 6-day increase of 19% and 16% in COPD admissions, respectively. An effect on women was observed at lag 0, and among the elderly the lag period was noted to be longer. Increases in CO concentration showed impacts in the female and elderly groups. NO(2) and O(3) presented mild effects on the elderly and in women, respectively. Conclusion: These results indicate that air pollution affects health in a gender-and age-specific manner and should be considered a relevant risk factor that exacerbates COPD in urban environments.

Impact of outdoor biomass air pollution on hypertension hospital admissions

Background This study aimed to evaluate the association between the total suspended particles (TSP) generated from burning sugar cane plantations and the incidence of hospital admissions from hypertension in the city of Araraquara. Methods The study was an ecological time-series study. Total daily records of hypertension (ICD 10th I10-15) were obtained from admitted patients of all ages in a hospital in Araraquara, Sao Paulo State, Brazil, from 23 March 2003 to 27 July 2004. The daily concentration of TSP (mu g/m(3)) was obtained using a Handi-Vol sampler placed in downtown Araraquara. The local airport provided daily measures of temperature and humidity. In generalised linear Poisson regression models, the daily number of hospital admissions for hypertension was considered to be the dependent variable and the daily TSP concentration the independent variable. Results TSP presented a lagged effect on hypertension admissions, which was first observed 1 day after a TSP increase and remained almost unchanged for the following 2 days. A 10 mu g/m(3) increase in the TSP 3 day moving average lagged in 1 day led to an increase in hypertension-related hospital admissions during the harvest period (12.5%, 95% CI 5.6% to 19.9%) that was almost 30% higher than during non-harvest periods (9.0%, 95% CI 4.0% to 14.3%). Conclusions Increases in TSP concentrations were associated with hypertension-related hospital admissions. Despite the benefits of reduced air pollution in urban cities achieved by using ethanol produced from sugar cane to power automobiles, areas where the sugar cane is produced and harvested were found to have increased public health risk.

Cardiac arrhythmia emergency room visits and environmental air pollution in Sao Paulo, Brazil

Objectives: Air-pollution exposure has been associated with increased cardiovascular hospital admissions and mortality in time-series studies. We evaluated the relation between air pollutants and emergency room (ER) visits because of cardiac arrhythmia in a cardiology hospital. Methods: In a time-series study, we evaluated the association between the emergency room visits as a result of cardiac arrhythmia and daily variations in SO2, CO, NO2, O-3 and PM10, from January 1998 to August 1999. The cases of arrhythmia were modelled using generalised linear Poisson regression models, controlling for seasonality (short-term and long-term trend), and weather. Results: Interquartile range increases in CO (1.5 ppm), NO2 (49,5 mu g/m(3)) and PM10 (22.2 mu g/m(3)) on the concurrent day were associated with increases of 12.3% (95% CI: 7.6% to 17.2%), 10.4% (95% CI: 5.2% to 15.9%) and 6.7% (95% CI: 1.2% to 12.4%) in arrhythmia ER visits, respectively. PM10, CO and NO2 effects were dose-dependent and gaseous pollutants had thresholds. Only CO effect resisted estimates in models with more than one pollutant. Conclusions: Our results showed that air pollutant effects on arrhythmia are predominantly acute starting at concentrations below air quality standards, and the association with CO and NO2 suggests a relevant role for pollution caused by cars.

Cloud condensation nuclei in pristine tropical rainforest air of Amazonia: size-resolved measurements and modeling of atmospheric aerosol composition and CCN activity

Atmospheric aerosol particles serving as cloud condensation nuclei (CCN) are key elements of the hydrological cycle and climate. We have measured and characterized CCN at water vapor supersaturations in the range of S=0.10-0.82% in pristine tropical rainforest air during the AMAZE-08 campaign in central Amazonia. The effective hygroscopicity parameters describing the influence of chemical composition on the CCN activity of aerosol particles varied in the range of kappa approximate to 0.1-0.4 (0.16+/-0.06 arithmetic mean and standard deviation). The overall median value of kappa approximate to 0.15 was by a factor of two lower than the values typically observed for continental aerosols in other regions of the world. Aitken mode particles were less hygroscopic than accumulation mode particles (kappa approximate to 0.1 at D approximate to 50 nm; kappa approximate to 0.2 at D approximate to 200 nm), which is in agreement with earlier hygroscopicity tandem differential mobility analyzer (H-TDMA) studies. The CCN measurement results are consistent with aerosol mass spectrometry (AMS) data, showing that the organic mass fraction (f(org)) was on average as high as similar to 90% in the Aitken mode (D <= 100 nm) and decreased with increasing particle diameter in the accumulation mode (similar to 80% at D approximate to 200 nm). The kappa values exhibited a negative linear correlation with f(org) (R(2)=0.81), and extrapolation yielded the following effective hygroscopicity parameters for organic and inorganic particle components: kappa(org)approximate to 0.1 which can be regarded as the effective hygroscopicity of biogenic secondary organic aerosol (SOA) and kappa(inorg)approximate to 0.6 which is characteristic for ammonium sulfate and related salts. Both the size dependence and the temporal variability of effective particle hygroscopicity could be parameterized as a function of AMS-based organic and inorganic mass fractions (kappa(p)=kappa(org) x f(org)+kappa(inorg) x f(inorg)). The CCN number concentrations predicted with kappa(p) were in fair agreement with the measurement results (similar to 20% average deviation). The median CCN number concentrations at S=0.1-0.82% ranged from N(CCN,0.10)approximate to 35 cm(-3) to N(CCN,0.82)approximate to 160 cm(-3), the median concentration of aerosol particles larger than 30 nm was N(CN,30)approximate to 200 cm(-3), and the corresponding integral CCN efficiencies were in the range of N(CCN,0.10/NCN,30)approximate to 0.1 to N(CCN,0.82/NCN,30)approximate to 0.8. Although the number concentrations and hygroscopicity parameters were much lower in pristine rainforest air, the integral CCN efficiencies observed were similar to those in highly polluted megacity air. Moreover, model calculations of N(CCN,S) assuming an approximate global average value of kappa approximate to 0.3 for continental aerosols led to systematic overpredictions, but the average deviations exceeded similar to 50% only at low water vapor supersaturation (0.1%) and low particle number concentrations (<= 100 cm(-3)). Model calculations assuming aconstant aerosol size distribution led to higher average deviations at all investigated levels of supersaturation: similar to 60% for the campaign average distribution and similar to 1600% for a generic remote continental size distribution. These findings confirm earlier studies suggesting that aerosol particle number and size are the major predictors for the variability of the CCN concentration in continental boundary layer air, followed by particle composition and hygroscopicity as relatively minor modulators. Depending on the required and applicable level of detail, the information and parameterizations presented in this paper should enable efficient description of the CCN properties of pristine tropical rainforest aerosols of Amazonia in detailed process models as well as in large-scale atmospheric and climate models.