美国独立日作为全国性的盛大节日，烟花燃放已成为传统庆祝方式不可或缺的一部分。然而，烟花在营造节日欢庆气氛的同时，也会带来严重的空气环境污染问题。烟花燃放释放出大量的悬浮颗粒物，这些颗粒中往往含有多种有毒重金属，如铋、铬、铜、铅和锶等，对呼吸系统及整体健康构成潜在威胁。加利福尼亚州富勒顿地区的一项研究针对2020年和2021年的独立日期间，进行重金属颗粒物的采样与分析，揭示了这些污染物的浓度及其变化规律。该地区的总悬浮颗粒物浓度在烟花燃放高峰期间曾达到每立方米数百微克，远远超出美国环境保护署的空气质量安全标准。尤其是在2020年疫情封锁期间，因居家隔离政策导致私人烟花使用量激增，相较于2021年显著提高了空气中颗粒物及重金属的浓度水平。
烟花使用中，铋、铜和锶是用于产生绿色、蓝色和红色火焰的主要金属元素，这些元素在空气中浓度的短时激增成为烟花释放的重要标志物。而铬和铅则多为潜在污染物，虽常作为杂质出现，却具有较高的毒性和健康风险，尤其是铅对儿童认知能力的长期影响尤为严重。颗粒物的粒径多集中在1微米以下，能够深入肺部并通过肺泡进入血液系统，增加心肺疾病、炎症反应和其他健康问题的风险。研究采样地点选在富勒顿的两个不同位置，其中2020年采样点位于居民住宅区，2021年则设于加州州立大学富勒顿校区。这种布点差异也影响了采样结果，因为住宅区烟花活动更为频繁和密集。两年采样期间，金属浓度的峰值时间及数量表现出不同趋势，2020年的污染峰值集中在独立日晚间至夜间时段，而2021年则出现部分金属在独立日次日下午达到高峰，反映了可能的背景污染源或气象条件对污染物传输的影响。
除了烟花，富勒顿所在的大洛杉矶区域本身也存在来自交通运输、工业排放等多重复杂背景污染，尤其是重金属的累积受多种因素叠加影响。疫情期间交通流量减少，为区分烟花与其他背景污染源提供了独特的研究机会。该研究采用总悬浮颗粒物采样器配合石墨炉原子吸收光谱法，获得了高灵敏度的金属元素定量结果。这种方法不仅能有效捕获颗粒物，也提高了分析时对微量金属的检测能力，确保数据的准确性和可靠性。但研究也存在时间分辨率相对较低的局限，日常空气质量监测通常需要更细时间尺度以捕捉快速变化的污染事件。独立日高浓度短时污染虽持续时间有限，但由于洛杉矶及其周边地区人口密集，暴露于极端污染环境的人群基数庞大，公共健康影响不容忽视。
研究结果提示，烟花燃放成为短期内空气中有害重金属浓度骤升的重要源头，尤其是在疫情居家令带来私人烟花空前使用量的情况下。此外，确信不同群体和社区在暴露风险上存在差别，环境公平问题需引起足够关注。例如，周边拉丁裔社区可能因居住密度高和烟花使用合法性不同，面临更高的污染暴露风险，这成为环境司法领域亟待解决的问题。随着烟花被广泛应用于各种庆典，科学界和政策制定者均必须增强对其环境与健康风险的认识。对非法和合法烟花的管控、加强空气质量监测以及公众健康教育均是减轻烟花相关污染影响的关键措施。未来研究可进一步提高采样时间分辨率，扩展分析金属和其它化学成分的范围，结合气象条件与污染扩散模型，更全面探究烟花污染的形成机制及其区域影响。
同时，推动公众理性使用烟花和发展低污染替代庆典方式，也有助于降低对空气质量的负面冲击。总之，美国独立日烟花燃放虽为传统文化象征，但其带来的重金属颗粒物污染问题不可忽视。科学实证表明，在人口稠密地区，烟花燃放引发的空气污染水平可飙升至远超安全限值的程度，特别是对铅和铬等有毒重金属的短时高浓度暴露，引发了对心肺健康和儿童发育潜在危害的担忧。结合疫情期间居家令带来的烟花使用增加趋势，整体污染负荷被进一步推高。如何在庆祝自由与保护环境健康之间找到平衡，是当代社会亟需面对的挑战。加强跨学科合作，推广科学普及和合理管理，助力实现更安全、绿色的节日庆祝，保障公众福祉和生态环境的双重健康。
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