褐碳？黑碳？印度火葬儀式對懸浮微粒的影響

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文／陳儀珈
• 責任編輯／簡克志
• 美術設計／蔡宛潔

你以為的大氣，不是真實的大氣！

大氣邊界層是人類的生活範圍，也是大部分空氣污染物存在的地方。然而，傳統氣象學模擬的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情況，因此真實的空氣污染現象和理論的模擬預測間往往存在顯著的差異，導致污染防制策略缺乏精確的指引。

中央研究院「研之有物」專訪院內環境變遷研究中心研究員兼空氣品質專題中心執行長周崇光，他是建立空品專題中心的主要推手，研究團隊從大氣結構出發，試圖改善臺灣空氣品質的診斷及預報，這項計畫集結了來自民生公共物聯網、國家高速網路與計算中心、環境保護署等跨部門的資源，以下讓我們一起看周崇光怎麼說。

根據國際貨幣基金組織（IMF） 2021 年的報告，臺灣位列全球第 22 大經濟體，這個只有 3.6 萬平方公里的小小島國，一年內卻可以創造出高達 7,855.89 億美元的市場價值。

在美國國家航空暨太空總署（NASA）公布的地球夜景照中，我們彷彿可以看見，高樓一棟棟升起、工廠一座座建成、百貨一間間林立，在又長又窄的西半邊，從北到南形成臺北、臺中和高雄三大都會區。

西部臨海，東部靠山，這個寬度可能不到 100 公里的窄長地區，不僅聚集了臺灣 2,300 萬人的極大多數人口，凝聚出商業與工業的巨大產能，更集結了大量、複雜的「空氣污染物」。中研院「研之有物」專訪周崇光研究員，請他從空氣品質與都市氣象學的角度，細細剖析空污議題在這座海島上的獨特之處。

臺灣雖然小，但空汙問題好複雜！

臺灣國土面積僅有 3.6 萬平方公里，以大氣尺度來看非常的小，然而，我們在空氣污染面臨的挑戰卻異常艱鉅。

臺灣不僅處於許多境外污染源的下風處，接受來自各方的空氣污染物，各大都會區也因為地形的關係吃足了苦頭，整個中西部更是在窄長的地域中，面臨來自山、海的多重影響。

以下圖的臺中都會區為例，臺中位處於中央山脈西側的中央，本身是一個有數個開口的盆地，被多重大氣動力機制所影響，包含季風、海陸風、山谷風以及熱島環流，形成極度複雜的區域環流。

盆地內的空氣污染物原本就不容易擴散，再加上複雜的大氣環流和大氣化學反應，讓臺中的空氣品質狀況非常、非常的複雜，無法使用現有的大氣理論進行簡單的描述，使得大氣科學家極為不易於觀測和研究臺中的空污情形。

「這裡就像是巫婆煉湯一樣。」周崇光這麼說。

臺灣在東北風的影響下，不適合傳統的高煙囪理論

周崇光笑著說，到處觀察「煙囪」是他的職業病。

大陸環境的大氣結構相對簡單，自歐洲工業革命開始，傳統大氣科學的理論都告訴人們：越高、風越大，只要把煙囪建得高高的，就可讓風把污染物吹散、吹到很遠的地方。

「到了大陸國家，你會發現他們煙囪排出來的煙，經常是非常穩定的水平煙流，可以飄得很遠，這種煙流挾帶著空氣污染物飛到 10 幾公里外都不是問題！」，然而反觀臺灣的煙囪，卻很少出現這樣的水平煙流。

根據中研院空品專題中心對火力發電廠的煙流觀測資料，如果臺灣的煙囪蓋得跟大陸國家一樣高，有時候反而容易造成空氣污染物的累積。

從上圖可知，當臺灣處在微弱東北風的大氣環境之中，西部沿海風速最快的大氣區域（藍底），大約落在 200～400 公尺高之間，此區的風速大約為 5～6 公尺/秒左右，以東北風為主，是空氣污染物的「最佳擴散區」。

若是再往上，到了 450～800 公尺左右，風速驟然下降（橘底），僅有 0.5～3 公尺/秒。這個區域的大氣就像是被下層的東北風與上層的南風「夾擊」一樣，在兩個不同方向的風的對切之下，形成一個風速很低的「污染累積區」。

因此，若臺灣真的按照傳統的大氣理論建造高煙囪時，反而會讓煙囪的高溫煙流進入污染累積區；換個做法，如果煙囪低一點，才可以被強風吹散。

不過周崇光話鋒一轉：低煙囪設計要相當謹慎，也很難推行。高溫煙流排出去會有很明顯的白煙（水蒸氣凝結），一般人都不喜歡看到白煙離居住地太近，因此實務上還會特別做加熱設計，讓煙流先往上浮，再擴散，等於加高了煙囪的高度，這在工程上稱為「有效煙囪高度」。降低煙囪高度除了有視覺污染的問題，污染排放點離民眾越近，當工廠發生緊急異常排放時，異常事件的衝擊風險也會越大。

和傳統理論不一樣？那就做出臺灣自己的資料吧！

這麼經典的高煙囪理論，為什麼不能用在臺灣？

周崇光表示，大氣科學的理論大都源自於美國、歐洲，使得傳統大氣理論都更適用於大陸環境之下，因此難以直接應用於臺灣地狹人稠的海島結構，而中研院空品專題中心的目標之一，就是發展出屬於臺灣的「空污氣象學」。

周崇光提到：「臺灣跟大陸國家的空間條件實在差太多，所以我們必須要更精確知道，臺灣空氣污染物的高度分布到底長什麼樣子，才能更有效的管制並改善空品狀況。」

既然臺灣無法參考大陸型國家的大氣狀況，那麼小一點的、近一點的國家呢？韓國、日本的有沒有參考的價值？

周崇光笑著說，「你知道嗎？臺中盆地也才 10 幾公里，但是外圍的中央山脈高達 3,000 公尺以上！」就算是韓國、日本，它們的地理空間也比臺灣大多了，而且地形也沒有這麼複雜。

當這麼多的工廠、車輛都擠在這小小的區域，究竟會對臺灣的空氣品質造成多嚴重的後果？某種程度來說，這也許是個細思極恐的問題呀。

因此，為了國內空污氣象學的發展，搞懂臺灣的大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）是刻不容緩的工作。

大氣邊界層除了是人類的生活範圍，也是大部分的空氣污染物存在的地方，又被稱為行星邊界層（Planetary boundary layer）。在氣象學中，大氣邊界層指的是「直接受到地表作用影響」的大氣，高度從地表一直到數百至數千公尺不等，是大氣層中最靠近地球表面的部分。

然而，傳統氣象學所模擬出來的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情形，因此，大氣科學家必須釐清大氣邊界層的氣象參數、動力機制，未來才能夠更精準的找到影響都市氣象以及空氣品質的關鍵因子。

但周崇光也感慨的說，「坦白講，目前臺灣還沒有辦法很『系統化』的改善邊界層的模擬條件，但我們仍然不斷的在努力，透過很多很多的調查、研究、模擬參數，漸漸地發展出半經驗、半理論的結構，最終的目標是歸納成一個系統性的成果，作為臺灣空污氣象學最扎實的理論基礎。」

從大規模的調查研究、積極補足知識的缺口、重新建立理論模型，到回頭檢視國家的空污防制策略，大氣科學家必須腳踏實地的、一步一步的，藉由大氣科學研究的力量，才能讓空氣品質管制更上一層樓。面對迫切的空氣污染防制議題、空污氣象學理論的不足，「空氣品質專題中心」也應運而生。

中研院在「大氣物理與化學」的研究群早已相當成熟，有著極為厚實的研究經驗和基礎，然而為了讓研究目標更明確、進一步聚集研究能量並進行跨部門的合作，中研院以提出空污議題的科學解釋與建議對策為目標， 2021 年 1 月在環境變遷研究中心之下成立空氣品質專題中心，成為全國規模最大的空氣品質專業研究機構。

除了宣示中研院對空污議題的重視之外，如此一來，研究預算的匡列、人力的評估，都有更紮實、更有架構的基礎。擺脫以往研究員們「自動自發」的空品研究，在中心的管理之下，空污的學術研究更能夠產生聚焦效果。

更精確的空氣品質預報

如果大家點入行政院環保署的空氣品質監測網，可以發現，目前來自中央監測的空氣品質預報的解析度並不高，由於空品狀況站數僅有 85 站，只能以「北部」、「竹苗」、「宜蘭」、「花東」、「中部」、「雲嘉南」、「高屏」等大範圍空品區進行未來三日的預報，尚無法以「縣市」或更小的區域為單位提供精準的預報。

因此，為了提供更先進的空氣品質預報，致力掌握國內 PM_2.5 及 O₃ 等空氣污染物濃度變化情形的「高解析度空氣品質診斷與預報模式發展計畫」，是空品專題中心相當關鍵的研究計畫之一，此計畫是行政院前瞻基礎建設中「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」的一個分支，集結了中研院、國家高速網路與計算中心、環保署等跨部門資源。

該計畫預計發展一套 1 km*1 km 高解析度的 72 小時空氣品質預報模式，並描繪空氣污染物的 3D 空間分布，預期能夠對臺灣地區 PM_2.5 及 O₃ 生成與傳輸過程進行更精確的模擬，進而應用於空氣污染事件的預報和成因診斷。

周崇光將這個計畫比喻為一個「神經系統」，由環保署統合高達 10,000 個感測器，就像是神經系統中的神經元，負責感知大氣環境中的變化，並透過民生公共物聯網提供的神經網路，將資訊傳輸至國家高速網路中心的超級電腦，而超級電腦就像是大腦一樣，提供強大的運算力，使得空污模式得以統合氣象條件、污染物排放量、以及感測器提供的環境變化狀況，計算和預報未來幾天空氣品質的可能變化。

雖然感測器來源不一，不同層級的靈敏度也有所落差，但隨著近年技術的進步和突破，微型感測器對 PM_2.5 的監測資料已經具有足供參考的準確度，目前各縣市大約都有 100 個以上的微型感測器，環保署已經在全臺灣佈建了約 10,000 個感測器，透過高密度的監測數據進行資料分析，有效掌握全臺各地的空品狀態。

此外，此研究計畫也希望藉由感測器的大量需求，協助推動臺灣感測器的產業，與經濟部、工研院合作推動感測器的國產化。目前工研院的技術已經技轉給國內廠商，國產感測器在環保署監測網的佔有率已達將近 3 成，未來會持續輔導相關廠商。

研究計畫一邊發展預報系統，也一邊透過微型感測器資料即時驗證預報的成效。就像是如果寫考卷時，我們可以一填答就馬上得知正確答案時，就可以隨時檢討自己的計算流程到底哪裡出了問題，不斷修正，找出最正確的解方。

同理，拜微型感測器遍布全臺之賜，大氣科學家逐漸能夠快速驗證空氣品質預報的模擬結果，有朝一日，國內空污的物理化學機制以及關鍵污染源，將不再是讓人頭痛的黑盒子。目前由於 PM_2.5 的感測器已相對成熟且數量足夠，因此中研院空品專題中心已成功驗證 3 km*3 km 解析度之 PM_2.5 預報資料，最終目標是精確到 1 km*1 km。

如何讓空氣品質變好，又不影響現有的生活？

在中研院環變中心周崇光研究員帶領下的空品專題中心，其中一個核心精神，就是要對社會關鍵議題有貢獻。

專注發表學術論文是科學研究的本質，也是科學進步的動力，不過進行社會議題相關的科學研究通常會更辛苦，往往會花費極大的心力與時間。

做空氣污染防制就像是「精準醫療」的概念一樣，如何讓藥物只攻擊癌細胞而不對身體的其他地方造成太大的副作用？經過科學研究的探索後，如何讓臺灣的空氣品質更好而不衝擊社會文化和經濟？

空污管制並非是一味阻擋臺灣經濟和工業發展，空品專題中心希望可以藉由科學的力量，更精準、更沒有副作用的改善臺灣空氣品質。

除了大氣科學理論和空氣污染排放清單有所不足之外，像是能源政策、交通規劃、國土計畫都需要重頭思考。周崇光說：「一路研究下去，我們開始疑惑，當初為什麼我們都傻傻的，把這麼多的大型污染源擺在海邊，讓海風把污染物往內陸帶？為什麼臺灣的國土利用那麼集中？」這一些命題，都是一環扣一環。

最後周崇光強調，「空氣品質絕對是應用導向的研究，因此，我們除了做科學，也要讓這些研究結果有願景、有視野，讓臺灣變得更好。」

文 / 陳妤寧

亞洲的空氣污染問題令人頭痛多時，據印度《浦那鏡報》（Pune Mirror）報導，印度各城市的黑碳懸浮微粒排放量在這五年來已經升高到 10 ~ 37% 之間不等；《印度時報》（The Hindu）的報導則指出新德里罹患呼吸系統疾病的兒童和嬰兒不斷增加。

美國內華達州的沙漠研究所（Desert Research Institute，DRI），將亞洲空氣污染的研究矛頭指向了當地印度教的戶外火葬儀式。來自印度東北方的恰克拉巴提教授（ Rajan K. Chakrabarty），特別到印度中部的恰蒂斯加爾邦（Chhattisgarh）七個火葬場以篩網取樣，分析燃燒形成的化合物成分，研究這項南亞特產的污染源和西方實驗室所研究的懸浮微粒成分有何不同。

前情提要：「黑碳懸浮微粒」是什麼？

因煤炭、木材及牛糞等燃料的不完全燃燒而釋放的黑碳懸浮微粒不但有害人體健康，還會吸收太陽輻射能，使得大氣層中的溫度上升，產生我們所熟知的溫室效應。在眾多溫室氣體之中，黑碳懸浮微粒正是僅次於二氧化碳之後最具威力的角色之一。

亞洲焚燒大量煤炭、木材、農作物的殘枝與稻糠，黑碳微粒沈積導致冰河吸收了更多的太陽輻射，大氣中的黑碳微粒也形成暖化效果，使得喜瑪拉雅山的冰川加速融化。

此外，過高濃度的碳微粒，因為在空中吸收的水氣不足，不易凝結成雨滴，反而形成在空中長時間停留的「褐雲」霾害。當地的降雨量、能見度、乃至於作物產量都會受到影響。

研究結果：不是黑碳，是「褐碳」？

過去的研究一向認定化石燃料和生質燃料產生的黑碳懸浮微粒是南亞懸浮微粒的主要來源，但恰克拉巴提的研究結果卻出人意料。火葬場的取樣篩網皆明顯呈現黃褐色，這種「褐碳」屬於另一類型的懸浮微粒，同樣會吸收太陽輻射能，但強度略遜黑碳一籌。

在印度和尼泊爾，每年有七百萬以上的往生者需要火化為安，當地印度教的戶外火葬儀式每次需搭起約 550 公斤的木柴堆，混合牛糞、樟腦、芒果樹皮，燃燒四到六個小時。這些柴堆每年大約會消耗 5000 萬到 6000 萬棵樹。

研究人員估計經火葬所排放的懸浮微粒，相當於每年化石燃料和生質燃料的懸浮微粒排放量的 23% 和 10%，也是家戶日常活動排放的 53 倍。雖然以全球的規模來看，火葬排放的懸浮微粒占比並不高，但以往在西方國家實驗室主導的氣候研究中，黑碳是模型中常定義的懸浮微粒來源，褐碳做為溫室氣體的效果卻很少受到注意。除了吸收太陽輻射的強度有異，褐碳對於氣候暖化可能有更複雜的冷暖雙向調節作用，有必要納入現有的暖化研究模型中重新估算。

堅持環保 v.s. 尊重文化

火葬儀式深植於當地人的信仰核心，他們相信這是讓往生者的靈魂脫離軀殼、通往神界的方式。許多印度家庭甚至不希望恰克拉巴提的研究團隊涉入火葬儀式進行碳微粒採樣。恰克拉巴提說：「這個儀式攸關當地人的情感和信仰。如果你強迫終止它，也許對環境較好，但是沒有人知道死後的世界會是什麼樣子，而這點對印度人來說是至關重要的。」

也質疑當地的工業活動或政府大型建設對碳排放有更劇烈的影響，卻拿民眾的火葬儀式開刀，是否只許州官放火，不許百姓點燈？無論如何，印度都沒有足夠的空間進行土葬，當地社會組織和政府持續推動火葬的替代或改良方案，例如價格不匪且接受度不高的電力焚化爐，或是可減少所需木材和焚燒時間、同時兼顧儀式需要的慕西達焚燒台（Mokshda），近年來都在印度民間逐漸獲得更高的接受度。（本文由科技部補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）

責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院科技部-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊，也有臉書喔！

塑膠的發明給現代人們的生活帶來極大的發展與便利，但隨著塑膠製品的大量使用，塑膠微粒 (Microplastics，簡稱 MPs) 也開始充斥、侵入我們生活的環境。

無論是食物還是大氣，人們都已經檢測到塑膠微粒的存在，其中，世界自然基金會（World Wide Fund for Nature，簡稱為 WWF） 2019 年的研究也顯示：

現代人平均一周會從食物、飲水中攝取到約一張信用卡量 （約 5 公克）的塑膠微粒¹。

雖然我們尚且無法確定塑膠微粒對人體到底會產生什麼影響，目前並沒有太多研究成功回答這疑惑，不過，近日科學家發表了一個讓人擔憂不已的研究結果，或許可以加快這方面的研究腳步。

這是一個來自義大利的研究團隊，近期在 Environmental International 發表了一項驚人的研究——塑膠微粒竟然出現在人類的胎盤裡面²！

為何在胎盤發現塑膠微粒這麼令人擔憂？

塑膠微粒目前雖未有明確的科學定義，不過各界普遍認為塑膠微粒是「直徑或長度少於 5 毫米 (5 mm) 的塊狀、細絲或球體的塑膠碎片」。

隨著化學工業技術的茁壯，輕巧便利的塑膠製品逐漸成為人類生活的一部分，同時塑膠微粒也已遍布我們身處的環境之中，此時，當學界研究證實「塑膠微粒已經出現在人體的器官與組織中」³時，大家應該都不覺得意外了吧。

然而，雖然人類會從環境中攝取塑膠微粒到體內不是什麼新鮮事，也尚未有更多證據顯示塑膠微粒對人體有害，但這次研究竟發現塑膠微粒出現在懷孕婦女體內的胎盤中，如此一來，情況可就不一樣了。

為什麼胎盤出現塑膠微粒值得大家警戒呢？

胎盤，是人類在妊娠期間，由胚胎和母體子宮內膜聯合長成的暫時性器官，負責協助母、子之間物質的交換。

當胎兒在子宮內發育時，需依靠胎盤才能從母體取得養分，同時也需要透過胎盤排出廢物給母體，運輸過程中，胎盤也會幫助過濾母體血液中對胎兒有害的一部分物質^註1，並讓養分、抗體和氧氣通過。

除了物質交換外，胎盤也會分泌一些激素來穩定母體的懷孕狀態與胎兒的生長，例如，胎盤會分泌黃體素來協助穩定母體的姙娠狀態，也會分泌人胎盤促乳素 (Human placental lactogen，hPL) 來促使胎兒成長與母體乳腺的發育。

由此不難看出，胎盤對於胎兒的發育是至關重要的器官，所以，當發現胎盤內出現塑膠微粒時，我們不得不考慮到塑膠微粒對胎兒的未知潛在風險，並對此感到相當擔憂！

塑膠微粒這麼小，很可能會穿過胎盤！

義大利研究團隊將六名健康產婦所捐贈的胎盤先以無塑膠程序^註2保存起來，並從胎盤的三個部分——近母體側、近胎兒側還有羊膜絨毛層分別取樣，接著將這些樣本以強鹼分解並進行分析。

他們從樣本中發現 12 個直徑在 5-10 微米 (μm) 的彩色塑膠微粒，在 6 位產婦的胎盤中，有其中 4 個胎盤的樣本出現了塑膠微粒。

這 12 個塑膠微粒分布的位置如下：

• 有 5 個在胎盤的近胎兒側
• 有 4 個在近母體側
• 有 3 個則在羊膜絨毛層

看到這裡也許你心想，咦，才 12 個塑膠微粒？這麼少的塑膠微粒有什麼好擔心的呢？

雖然檢測後只發現 12 個塑膠微粒，但你必須知道：研究團隊只取整個胎盤的 3% 做檢測！如果研究團隊檢測整個胎盤的話，發現的塑膠微粒數量恐怕很驚人。

此外，胎盤中找到的塑膠微粒直徑非常非常小，僅有 5-10 微米，這麼小的塑膠微粒很容易在血液中流動並跑到人體中的各個器官，也就是說，很有可能會穿過胎盤並影響新生兒！

研究團隊還不確定這麼小的塑膠微粒是怎麼進入母體血液中，可能先是經由呼吸或腸胃消化系統進入到母體血液，再從母體血液進入胎盤。

塑膠微粒會影響胎兒健康嗎？

必續再次重申的是，無論是塑膠微粒對於人體健康的影響，還是塑膠微粒在食品和飲用水中是否有毒性，都沒有足夠和確切的證據與研究。

英國南安普頓大學的哈德森 (Malcolm Hudson) 助理教授也曾表示，人們吃下的塑膠微粒大部分都能排出體外，倒不至於傷害人體。

但我們不能忽略的是，部分「塑膠添加劑」確實會對人體造成影響，如環境賀爾蒙「雙酚 A 」的攝入，對於人體的生殖、免疫、神經和心血管系統等各方面都有著健康的潛在風險。

因此，此研究團隊的主持人表示：

有鑑於胎盤是支持胎兒生長與過濾外來物質的重要角色，當我們發現塑膠微粒這種會造成潛在危害的物質出現在胎盤時，我們就必須投入更多心力，來了解塑膠微粒對人體的影響了。

當然，我們也需要更多深入研究，了解胎盤中的塑膠微粒會不會引起胎盤的免疫反應，還有塑膠微粒到底會不會進入胎兒體內，進而傷害胎兒。

幸運的是，捐獻胎盤給這篇研究的 6 位母親在懷孕期間都很正常，產下的新生兒也都相當健康。

事實上，除了塑膠微粒之外，2019 年來科學家也在胎盤中發現了母親吸入的空汙微粒。

比利時哈瑟爾特大學的研究團隊發現「母體吸入的空污微粒可以穿透胎盤」⁴，在每個受試者的胎盤中，他們都能觀察到每立方公釐出現了數千個微粒！雖然這個發現讓人震驚，並發表於 Nature Communications ，但同樣的，我們還需要更多深入的研究，才能了解空汙粒子對於胎兒健康的影響。

隨著越來越多的研究顯示空汙粒子、塑膠微粒等物質會出現在胎盤，各界專家也紛紛針對此類研究表態，認為人們應該意識到後續所帶來的潛在危機，並加速整合各方面的研究，以確保胎兒的發育不會發生問題。

註解

1. 胎盤無法阻擋所有有害物質，例如酒精、某些病毒（德國麻疹、茲卡病毒等）。
2. 從胎盤的取下、運送、保存到實驗整個過程，該團隊都沒有讓胎盤接觸到塑膠製品。

參考資料

1. WWF : “Revealed : plastic ingestion by people could be equating to a credit card a week“
2. Ragusa, A., Svelato, A., Santacroce, C., Catalano, P., Notarstefano, V., Carnevali, O., … & Giorgini, E. (2020). Plasticenta: First evidence of microplastics in human placenta. Environment International, 146, 106274.
3. Bouwmeester, H., Hollman, P. C., & Peters, R. J. (2015). Potential health impact of environmentally released micro-and nanoplastics in the human food production chain: experiences from nanotoxicology. Environmental science & technology, 49(15), 8932-8947.
4. Bové, H., Bongaerts, E., Slenders, E., Bijnens, E. M., Saenen, N. D., Gyselaers, W., … & Nawrot, T. S. (2019). Ambient black carbon particles reach the fetal side of human placenta. Nature communications, 10(1), 1-7.

• 文/柯灃隆（畢業於國立新竹高中，現就讀成功大學心理學系，對自然科學和社會議題皆有興趣和接觸。）
• 責任編輯/蔣維倫

今年（2018）七月，美國總統川普簽署了「消防人員癌症登錄法案（The Firefighter Cancer Registry Act of 2018）」，該法案要求美國衛生及公共服務部（Department of health and human services）建立一個登錄系統，收集罹癌消防員的年齡、醫療資訊、生活習慣、出勤頻率等資訊，針對消防員癌症發生率進行研究。為什麼美國政府會開始關注這個議題呢？

消防員具有較高罹癌風險

根據美國疾病管制與預防中心（Centers for Disease Control and Prevention）在 2015 年發表的一項研究，消防人員罹患癌症的風險較一般大眾提高了 9%，因癌症而喪生的風險更是提高了 14% [1]。該研究包含了將近 30,000 名在 1950 年至 2009 年間於芝加哥、費城以及舊金山，實際參與第一線火場工作消防人員的資料。

研究發現提高的罹癌風險主要包括與消化道、呼吸系統和泌尿系統相關的癌症。儘管和此研究一樣指出消防員具有較高罹癌風險的研究不在少數，公衛學家仍然需要更多時間和證據來釐清這樣的趨勢是否代表了因果關係。

國際癌症研究機構（International Agency for Research on Cancer）是世界衛生組織轄下的癌症研究機構，自 1971 年開始評估各種潛在的致癌因子，根據當時可得的證據將這些因子劃分為確定致癌、極有可能致癌（probably）、可能致癌（possibly）以及大概不致癌（probably not）等分類，並且不斷地更新。劃分的依據以流行病學方法為主，同時也參考動物實驗或與致癌機制有關的資料。在 2010 年出版的專書中，IARC 的工作小組將消防工作歸類為可能致癌（possibly），代表支持其致癌的證據有限 [2]。

但專書中也提到，消防員在工作的過程中確實會接觸到致癌物質，其來源正是燃燒產生的煙霧。

消防員工作現場的致癌物是哪來的？

我們知道在理想的燃燒之下，不論燃燒的材料是由碳、氫、氧、氮、硫或其他元素所組成，最終的產物都是這些元素的氧化物，其中又以二氧化碳和水為大宗，對人體來說相對無害。但實際上，理想的燃燒只能在仔細控制的實驗中被慢慢逼近，唯有當氧氣和易燃物的比例以及燃燒的溫度都恰到好處時才有可能發生。

火場中（以及瓦斯爐上、金爐裡這些日常生活中可見的燃燒）的不完全燃燒，將會導致許多燃燒副產物的生成，這當中也包含了一些致癌物質。另一方面，火場中的高溫會使有機物質發生裂解，燃燒的過程也會將原本封存在固體中的有毒物質以蒸汽或微粒的方式釋出。在火場煙霧中曾經被偵測出的致癌物包括砷、石綿、苯、鎘與甲醛等 [2]。

燃燒過程中還會產生另一個不容忽視的副產物──懸浮微粒。顆粒比較大的懸浮微粒可以被呼吸道的黏液和纖毛排除，然而顆粒較小的 PM₁₀ 與 PM_2.5 可以穿透這些屏障到達支氣管和肺泡，被認為和心血管疾病與肺癌等疾病有關。更細小的微粒更是會穿過肺泡而循環全身。此外，這些懸浮微粒有很大的表面積，因此能夠吸附其他物質，包括本文中提到火場中出現的致癌物質 [2]。吸附在懸浮微粒上的致癌物質不僅能夠隨著微粒被吸入體內，也可以附著在消防員身上的裝備，進而沾染到其他器材、車輛或消防隊的空間。值得留意的是，上述致癌物質與懸浮微粒的產生並不僅限於建築物火警中，開放空間中的車輛、垃圾堆或植被火警都具有同樣的危險。

消防人員保護指南

簡而言之，消防人員面對的危害，和烤肉、火力發電與露天焚燒等十分相似，都是來自燃燒過程中生成的有害物質。對於消防人員的職業暴露，美國消防協會（NFPA）等組織提出了相對應的指引和建議，筆者在此將其整理、摘要如下，希望能提供第一線消防人員、政府官員、立法者與消防裝備製造商等作參考。

1. 不論是發生在建築物內的火警，或是發生在開放空間中的車輛、垃圾堆等火警，消防人員都應該穿著全套的消防衣並使用呼吸器，避免有害物質被吸入或與皮膚接觸。
2. 未直接參與火警搶救，卻仍然有機會接觸到有害物質的人員，也應該穿著防護裝備並使用呼吸器或防護級別夠高的口罩。這些人員可能包括殘火處理、通風排煙與火場調查等人員。
3. 任務結束的消防人員，若能在拔下呼吸器之前，先將全身裝備做簡單的清洗並脫除，將會大幅減少有害物質的暴露。由於火場中產生的許多有機性的有害物質不溶於水，因此清洗時須使用清潔劑。
4. 脫去裝備後，在現場就應該盡可能的清潔雙手與頭頸部。這可以透過水和清潔劑或是濕紙巾來達成。歸隊途中，應該把車輛的窗戶打開來通風。歸隊後應該盡快洗澡與更衣，以去除附著在身上的有害物質。
5. 從火場中攜出的裝備附著有微粒和有害物質，最好能夠在火災現場附近就用水和清潔劑清洗再歸隊。如無法達成，在歸隊途中也應盡量放在車廂以外的地方，或是以大塑膠袋密封起來，歸隊後再做清洗。
6. 消防衣、褲屬於多孔材質，容易將有害物質與微粒吸附在其中，最好在每趟火場任務結束後都經過清洗才繼續使用。因此也建議消防機關為每位消防員準備兩套消防衣、褲交替使用。
7. 柴油廢氣是已知的致癌物，故消防人員應盡量避免吸入消防車輛的廢氣。消防隊駐地中停放車輛的地方應保持良好通風，在災害現場也應隨手將門窗關閉，以免內部受到柴油廢氣以及火場煙霧的汙染。

由於消防人員在執勤與備勤時具有團體生活的特性，上述的措施只有在團體中的每一個人都確實執行時才能發揮最大的效果。這些措施固然有些窒礙難行之處，有些麻煩、有些花錢，卻是和每一位救火英雄的健康息息相關，在保護自己的同時，還能保護身邊弟兄以及家人的健康。筆者建議不妨從更頻繁且確實的使用呼吸器開始，畢竟吸入煙霧是接觸有害物質最直接的方式。

期許本文能夠喚醒第一線執勤人員對於相關議題的重視與實際行動，也希望主管機關能夠透過相關器材的採購、教育訓練的實施等方式來進一步提高對消防人員健康的保障。

參考資料：

1. Daniels, R. (2018, May 10). Firefighter Cancer Rates: The Facts from NIOSH Research | | Blogs | CDC.
2. IARC (2010). Painting, Firefighting, and Shiftwork. IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 98:9-764
3. WSCFF (2016). Healthy In, Healthy Out: Best Practices for Reducing Firefighter Risk of Exposures to Carcinogens. 

編按後記：

以下為消防員工作權益促進會理事所提供的經驗談：

• 本身是消防的外勤隊員，年資 8 年。個人防護這點確實是越早年越不重視，甚至時至今日，同業還是有人會把不做好個人防護當作英勇象徵，把沾滿碳粒、異味的消防衣視為功勳；自己在現場皮膚直接接觸外部的部位常會全部起疹，徒手收拾裝備後雙手也常常會刺痛好幾天。
  後來漸漸接觸歐美國家相關資訊，才知道在火場外圍作業也應該要戴過濾式防毒面具、收拾裝備要戴防水手套，所有離開火場染物的裝備都要視同化學汙染物清洗才能重新上架使用。
  但之前工作中已經接觸不少，健檢也出現輕度肺纖維化的情況。醫師看了 X光片還問我是不是抽菸抽很兇呢。不，醫生我從來不抽菸阿 QQ