Озон: захисний шар та дратівливий газ

Озон можна сприймати подвійно. З одного боку озоновий шар атмосфери Землі забезпечує необхідний захист від ультрафіолетового випромінювання. З іншого боку, приземний озон може шкідливо впливати на здоров'я. З цієї статті ви дізнаєтеся, як і коли утворюється озон і як можна запобігти його шкідливому впливу на здоров'я.

Огляд

• Озон — це газ, який є у різних шарах атмосфери.
• У нижніх шарах озон утворюється під впливом сонячного випромінювання, особливо — у теплі сонячні дні.
• Кількість озону варіюється в залежності від регіону, оскільки його утворення залежить від погодних умов та наявності забруднювачів повітря.
• Короткострокові наслідки впливу озону на здоров'я включають подразнення очей, головний біль, посилення дихальних та алергічних захворювань.
• При сильному озоновому забрудненні захист потрібний, передусім, людям із підвищеною чутливістю до озону, людям із захворюваннями дихальних шляхів, а також дітям.

Вказівка: інформація у цій статті не може і не повинна замінювати візит до лікаря, а також використовуватись для самодіагностики чи самолікування.

Що таке озон?

Озон (O₃) - це безбарвний токсичний газ, за ​​хімічним складом схожий з киснем (O₂). На відміну від кисню, пряма дія озону на організм людини може бути шкідливою.

Розрізняють атмосферний та приземний озон. У той час як приземний озон шкідливий для здоров'я, той самий озон на висоті понад 10 кілометрів, тобто в стратосфері, виконує дуже важливу функцію.Озоновий шар захищає Землю, а разом з нею і людей від особливо небезпечного високоенергетичного ультрафіолетового (УФ) випромінювання Сонця. Без цього захисного шару вплив сонячного випромінювання на Землю був би настільки інтенсивним, що життя на ньому було б неможливим.

Деякі забруднюючі речовини, насамперед хлорфторвуглеці (ХФУ), можуть руйнувати озоновий шар, створюючи озонові дірки. При цьому поверхні землі досягає більше УФ-випромінювання, люди швидше одержують сонячні опіки, а також збільшується ризик розвитку раку шкіри. Інтенсивна дія сонця також може пошкодити очі.

Як утворюється приземний озон?

Приземний озон це основний компонент так званого літнього смогу. Озон утворюється при інтенсивному сонячному випромінюванні в результаті хімічних процесів із забруднювачів повітря, таких як оксиди азоту та леткі органічні сполуки.

Ці забруднювачі, які є речовинами-попередниками для озону, в основному виникають в результаті діяльності людини, перш за все, через дорожній рух та використання розчинників, наприклад, у фарбах, лаках, клеях та засобах для чищення. Однак деякі з таких летких органічних сполук також виділяються у природі.

Щоб утворився озон, мають бути виконані дві умови:

• наявність забруднювачів-попередників;
• інтенсивне сонячне проміння.

Таким чином, озон може накопичуватися в нижніх шарах атмосфери за тривалих періодів хорошої погоди.

Коли концентрація озону найвища?

Найвища концентрація озону зазвичай буває з травня до вересня. Але це також залежить від часу доби: утворення озону починається вранці, тому найбільше озону в повітрі є у період з 14:00 до 17:00.Вночі він знову розпадається. Це означає, що найнижчий рівень озонового забруднення спостерігається рано-вранці.

Де найвища концентрація озону?

Як не дивно, максимальні концентрації озону спостерігаються не в місті, де виробляють більшість забруднювачів-попередників, а скоріше на околицях і в сільській місцевості. Тому є дві причини. З одного боку, більшість забруднювачів-попередників виноситься з міст вітром. З іншого боку, вихлопні гази автомобілів, які викидаються в основному в містах, також міститься монооксид азоту (NO). Частина озону, що утворюється з двоокису азоту (NO₂), у присутності монооксиду азоту (NO) знову розпадається.

Як змінюється кількість озону?

Інформаційний та тривожний поріг

Крім добових та річних значень, вимірюються також пікові значення (погодинні значення) озону. Вони мають особливе значення для здоров'я. Для захисту здоров'я особливо чутливих груп населення, інформування починається від значення 180 мкг на кубічний метр — це так званий інформаційний поріг.

Коли середньогодинне значення сягає 240 мікрограмів на кубічний метр, це називається тривожним порогом. У таких випадках людей закликають бути особливо обережними. Тривожний поріг у Німеччині досягається рідко.

Дані вимірів

У Німеччині концентрація озону відстежується приблизно 260 вимірювальних станціях. Значення інформаційного та тривожного порогу з 1990 року перевищувалися рідше, ніж у попередні роки. Це переважно пов'язано зі зменшенням кількості забруднювачів — попередників озону в Німеччині.

На відміну від добрих тенденцій щодо інформаційного та тривожного порога середньорічні значення дещо збільшилися порівняно з 1990 роком.Це можна пояснити глобальним фоновим впливом забруднювачів-попередників. У той час як кількість забруднюючих речовин у Німеччині зменшилася, у всьому світі вона збільшується.

Яку роль освіті озону грає зміна клімату?

Зміна клімату, що виявляється у вигляді теплішого літа і підвищення середньорічної температури, у Німеччині вже стало помітним. Кліматичні моделі прогнозують, що влітку озонове забруднення повітря (літній смог) буде збільшуватися. Висока температура повітря, яка тримається протягом кількох днів, сприяє утворенню озону. Зокрема, це пов'язано з тим, що за високих температур хімічні процеси протікають швидше. Наприклад, у спеку виділяється більше летких органічних сполук, у тому числі може утворитися озон.

У спекотні дні, коли температура повітря досягає 30 і більше градусів, значення інформаційного та тривожного порога по озону дедалі частіше перевищуються. Наприклад, спекотного літа 2003 року порогові значення перевищувалися частіше, ніж у попередні та наступні роки.

Крім того, «озоновий сезон» може продовжитися, якщо осінь буде теплою та сонячною.

Який вплив має зміна клімату на здоров'я?

У цьому відео показано, як поширюються деякі хвороби внаслідок зміни клімату. Підвищення температури має наслідки здоров'я.

Це та інші відео також доступні на YouTube.

Застосовуються опубліковані там положення захисту даних.

Таким чином, зміна клімату може впливати на здоров'я та благополуччя людини не тільки через періоди надзвичайно спекотної погоди та посухи, а й через підвищення концентрації озону.

Як озон впливає здоров'я?

Короткочасні ефекти

Оскільки озон є дратівливим газом, може викликати роздратування різного типу. Сюди відносяться очі, що сльозяться, проблеми з диханням, такі як кашель або біль у горлі, і головний біль. Сила такого дратівливого впливу залежить насамперед від тривалості перебування на повітрі, забрудненому озоном. Якщо людина дихає частіше і сильніше, як це буває, наприклад, при важких фізичних навантаженнях, то у легені потрапляє більше озону. Це може призвести до зниження функції легень та обмеження працездатності. Ці симптоми зазвичай відбуваються протягом 48 годин.

Цікаво знати! Люди можуть реагувати на озон по-різному. За попередніми оцінками, від 10 до 15 відсотків населення мають чутливість до озону. Неможливо достеменно сказати, які фактори впливають на це.

Висока концентрація озону може особливо сильно впливати на людей з хронічними захворюваннями, такими як астма, ХОЗЛ та алергія на пилок. Коли рівень озону зростає, більша кількість людей звертається у відділення невідкладної допомоги із симптомами астми. Є також свідчення про те, що озон підвищує алергенний потенціал — так звану алергенність — багатьох видів пилку.

Довгострокові наслідки

Якщо при значному озоновому навантаженні у легені потрапляє велика кількість озону, може виникнути запалення та пошкодження тканин. Ці запалення проходять лише частково. Хоча саме по собі це не викликає захворювань дихальних шляхів, легені при цьому можуть стати сприйнятливішими, наприклад, до речовин, що викликають алергію (алергенів) і хвороботворних мікроорганізмів. Сильне вплив озону може сприяти розвитку астми, алергії та інфекцій.Немовлята і маленькі діти особливо схильні до такого ризику, тому що їх легені ще розвиваються. Крім того, кількість озону, що вдихається, для них пропорційно вище через меншу масу тіла.

Як захистити себе при сильному озоновому забрудненні?

Концентрація озону нашій країні рідко сягає небезпечних здоров'я меж. Однак очікуване підвищення температури в майбутньому може посилити утворення озону, так як при високій температурі з розчинників або навколишнього середовища надходить більше летких сполук. Тому, як і раніше, необхідно максимально скорочувати кількість приземного озону.

Деякі люди особливо чутливі до озону, і їм слід приділити увагу кільком моментам, щоб захистити своє здоров'я та самопочуття, навіть якщо вплив озону не дуже великий. Це також стосується людей із захворюваннями дихальних шляхів, немовлят та маленьких дітей. Не пізніше, ніж буде досягнутий тривожний поріг концентрації озону в повітрі, всім рекомендується вжити таких заходів:

• перенести фізичні навантаження, наприклад заняття спортом, на ранковий час, коли озонове забруднення мінімальне;
• провітрювати приміщення переважно вранці;
• якнайменше перебувати на вулиці близько полудня та вдень, коли озонове забруднення зростає.

Де знайти інформацію про концентрацію озону в повітрі зараз?

Показники забруднення повітря (озон, тверді частинки та діоксид азоту) для різних регіонів щодня оновлюються на сайті Umweltbundesamt (Федеральне управління з охорони навколишнього середовища).

Дані про джерела

• Beck I, Jochner S, Gilles S та ін. High environmental ozone levels lead to enhanced allergenicity of birch pollen. PLoS One 2013. 8: e80147. doi: 10.1371/journal.pone.0080147.
• Frank U, Ernst D.Ефекти NO2 і Ozone на Pollen Allergenicity. Front Plant Sci 2016. 7:91. doi: 10.3389/fpls.2016.00091.
• Li H, W S, Pan L et al. Шорти-терм ефекти різних зональних метрів на кардіоpulmonary функцію в хронічні обструктивні pulmonary disease пацієнтів: Results from panel study in Beijing, China. Environ Pollut 2018. 232: 350-366. doi: 10.1016/j.envpol.2017.09.030.
• Nassikas N, Spangler K, Fann N, Nolte CG, Dolwick P, Spero TL, Sheffield P, Wellenius GA. Ozone-пов'язаний astma mergency department visits в США в warming climate. Environ Res. 2020 Apr;183:109206. doi: 10.1016/j.envres.2020.109206. Epub 2020 Jan 31. PMID: 32035409; PMCID: PMC7167359.
• Umweltbundesamt. Gesundheitsrisiken durch Ozon. Aufgerufen am 29.04.2021.
• Umweltbundesamt. Luftqualität 2019, vorläufige Auswertung. 01.2020.
• Umweltbundesamt. Ozon. Aufgerufen am 29.04.2021.
• Umweltbundesamt. Ozon-Belastung. Aufgerufen am 29.04.2021.
• Staatliches Gewerbeaufsichtsamt Hildesheim. Bodennahes Ozon: Bildung, Wirkungen und Verhaltensempfehlungen. LÜN Ozon-Flyer. 2017.
• Weltgesundheitsorganization (WHO), Regionalbüro für Europa. Review of evidence on health aspects of air pollution – REVIHAAP Project. 2013 року.
• Zhang JJ, Wei Y, Fang Z. Ozone Pollution: A Major Health Hazard Worldwide. Front Immunol 2019. 10: 2518. doi: 10.3389/fimmu.2019.02518.

Озонові дірки: чому вони виникають і що з ними робити

Словосполучення «озонова діра» звучить таємниче та моторошно. З 1980-х людство бореться з витонченням озонового шару. РБК Тренди розібралися, що це за феномен, як його вивчають і чи треба його боятися

Що таке озонові дірки

Озонові дірки – це локальне витончення озонового шару.Цей шар є особливо важливим для Землі, тому що він виконує функцію сонцезахисного крему: не дає ультрафіолетовому випромінюванню від Сонця доходити до тропосфери в повному обсязі. Оберігаючи Землю від випромінювання, озоновий шар рятує рослини, тварин і людей від сонячних опіків та безлічі хвороб, у тому числі раку шкіри [1].

Як видно з супутникових знімків, озонові дірки – це не буквальні дірки. Вчені використовують цей термін як метафору для місць де концентрація озону вкрай низька. Товщину озонового шару вимірюють «одиницями Добсона» (1 одиниця Добсона дорівнює шару озону 10 мкм). Озонові дірки – це місця, де вміст озону – 220 одиниць Добсона або нижче [2].

Перша озонова діра з'явилася на початку 1980-х. Тоді завдяки наземним та супутниковим вимірам вчені з Британської антарктичної служби (BAS) побачили, що щовесни природний сонцезахисний екран Землі над Південним полюсом різко витончується [3]. Таку зміну назвали озоновою діркою. З того часу вивчення озонових дірок продовжується. За ними стежать:

• Всесвітня метеорологічна організація (WMO);
• Програма ООН з навколишнього середовища (UNEP);
• Національне управління з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA);
• Національне управління океанічних та атмосферних досліджень (NOAA);
• Російський Арктичний та Антарктичний науково-дослідний інститут (ААНДІ).

Зміни в озоновому шарі вивчають локально та дистанційно. При місцевих вимірюваннях повітря закачують в озонозонд (прилад для вимірювань вертикального розподілу озону в атмосфері) і залежно від того, скільки УФ-променів або електричного струму поглинуло повітря, обчислюється, скільки в ньому озону.Озонозони запускаються на невеликих повітряних кулях, щоб вони могли досягти стратосфери. Іноді для цих цілей використовують дослідні літаки. [4]

Дистанційні вимірювання також ґрунтуються на головній якості озону — вмінні поглинати УФ-промені. Джерелом ультрафіолетового випромінювання у дослідженні може бути не лише Сонце, а й лазери чи зоряне світло. Наприклад, супутники використовують сонячні УФ-промені, які поглинає атмосфера Землі, щоб щодня заміряти рівень озону майже по всій земній кулі. А на наземних дослідницьких станціях часто використовують лазер, що світить на далекі відстані.

Де знаходяться озонові дірки

Найвідоміша озонова діра розташована над Антарктидою. Супутникові виміри NOAA показали, що загальна площа полярної озонової дірки досягла свого піку 7 жовтня 2021 [5]. На той момент її розмір склав 24800000 км 2 . Це приблизно відповідає розміру Північної Америки. Нижче на карті NOAA озонова діра виділена темно-синім кольором.

Озонова діра над Антарктидою (NOAA) (Фото: Національне управління океанічних та атмосферних досліджень.)

У липні 2022 року канадські вчені з Університету Ватерлоо в Онтаріо виявили ще одну озонову дірку в тропіках. Тут у центрі діри кількість озону виснажено приблизно на 80% порівняно з нормальним вмістом, а за розміром вона можна порівняти з полярною антарктичною дірою. Щоправда, її площа приблизно в сім разів більша. [6]

Міжнародне співтовариство вчених сперечається, наскільки достовірним є дослідження канадських колег.«Жодної тропічної озонової діри не існує», — вважає Пол Янг, фахівець з атмосферних явищ з Ланкастерського університету в Англії та один із авторів доповіді «Наукова оцінка руйнування озонового шару 2022», яку спільно підготували СМО та ООН.

Недовіра до вчених пов'язана з новим визначенням озонової дірки, яке запроваджують у доповіді канадські метеорологи. «Автор дослідження знайшов тропічну озонову дірку, бо він дивиться на те, як змінилася кількість озону у відсотках, а не абсолютні зміни. А останні важливіші для підрахунків шкідливого ультрафіолетового випромінювання, що досягає поверхні Землі», — переконаний Янг. Таким чином виходить, що за старим підходом тропічної озонової дірки не існує, тоді як за відсотковими втратами, виходячи з вимірювань, витончення озонового шару все-таки є. [7]

Як утворюються озонові дірки

Природні причини

359 млн років тому на стику девону та кам'яновугільного геологічного періоду відбулося незрозуміле масове вимирання на Землі. А нещодавно у східній Гренландії вчені виявили деформовані суперечки наземних рослин того часу. Вони вивчили їх під мікроскопом і побачили темні плями та шипи на суперечках, яких не може бути у здорової рослини. Така зміна зовнішнього вигляду свідчить, що вимирання збіглося з підвищеним рівнем УФ-B-випромінювання (середньохвильового ультрафіолету) [8]. Таке можливе лише за ослаблення озонового шару Землі.

На відміну від інших масових вимирань, у цей період не було катаклізмів, які б могли так вплинути на рівень озону. Наприклад, виверження вулканів планетарного масштабу. Але було інше — сильне потепління загального клімату, яке поклало край льодовиковому періоду.Отже, втрата озону при швидкому потеплінні - це природна і неминуча властивість Землі.

Сонячні плями, стратосферні вітри чи виверження вулканів продовжують і сьогодні впливати на озоновий шар. Але це не руйнує його так сильно. У той час, як глобальні зміни клімату та використання хімічних речовин, за які відповідальна людина, чинять більш руйнівний вплив [9].

Антропогенні причини

В 1974 Маріо Моліна і Шервуд Роуленд з'ясували, що хлорфторвуглеці (ХФУ), потрапляючи в атмосферу, після контакту з сонячними променями запускають хімічну реакцію і руйнують озон [10]. Раніше такі речовини використовували в аерозолях та холодильниках. Але після відкриття Моліни та Роуленду міжнародне співтовариство задумалося про те, щоб зібрати додаткову інформацію про ХФУ.

У 1976 році академія наук США провела власні дослідження та підтвердила висновки вчених [11]. А 1985 року Британська антарктична служба отримала дані про зниження концентрації озону над антарктичною станцією Халлі Бей (Hally Bay) [12]. У хімічному складі стратосфери виявили несподівано високий вміст хлору. Так стало ясно, що витончення озонового шару справді відбувається.

Як боротися з озоновими дірками

Коли вплив ХФУ було підтверджено супутниковими знімками та додатковими дослідженнями, було розроблено Монреальський Протокол 1987 року: договір про поетапне припинення виробництва озоноруйнівних хімічних речовин. Згодом з'явилися додаткові документи з рекомендаціями, як скоротити використання ХФУ.

Поступова відмова від шкідливих для озону речовин справді сталася і кілька років тому ООН підтвердила, що має ефект [13].У травні 2020 року озонова дірка над Антарктикою навіть закрилася, але згодом відкрилася знову. Концентрація фреонів в атмосфері поруч із полюсами все ще надто висока, тому поки важко говорити про стабільність. Тут існують особливі кліматичні умови, які через полярні вихори та перламутрові хмари не дають озону відновлюватися швидше.

Загалом у озонових дірок є здатність зникати чи зменшуватися. Зміни у тому розмірах пов'язані з діяльністю людини, а й з кліматичними особливостями. Наприклад, через те, що озон утворюється завдяки кисню та ультрафіолету, під час полярної ночі його кількість надовго зменшується, але потім відновлюється сама під час полярного дня. Діра може утворитися і затягтися за кілька тижнів, але іноді на це витрачаються місяці. [14]

Озонова дірка - обман?

Деякі вчені припускають, що озонові дірки не такі страшні, як про них говорять. Бен Ліберман, колишній старший співробітник Інституту досліджень економічної політики Томас А. Роу в галузі енергетики та навколишнього середовища, переконаний, що в Монреальському протоколі не було особливої ​​необхідності, а проблема озонових дірок сильно перебільшена: «Витончення озонового шару, яке відбувалося протягом 1980-х років, мабуть, припинилося на початку 1990-х років. Це зарано, щоб приписувати це Монреальському протоколу».

Він також вважає, що зв'язок між руйнуванням озонового шару та підвищенням ризиків для здоров'я людини, тварин і рослин надто натягнутий: «Руйнування озонового шару саме по собі не завдає шкоди здоров'ю людини або навколишньому середовищу. ВМО визнає, що жодних статистично значимих довгострокових тенденцій не було виявлено.Тому можна сказати, що вплив товщини озонового шару на УФ-випромінювання над населеними районами настільки замало, що його навіть важко знайти». [15]

Схожої думки дотримується французький вчений Гарун Тазієв. Він вважає, що поява озонових дірок абсолютно нормальна, і з цим не потрібно нічого робити: «Озонова діра — це природна діра, яка з'являється над Антарктидою на початку жовтня і зникає до кінця грудня. У Європі, я думаю, я єдина людина, яка спростовує основну версію, але мені ніколи офіційно не суперечили ні екологи, ні вчені». [16]

Він стверджує, що озонові дірки можуть бути частиною великої політичної гри. Уявні проблеми, які підтримують політики, на його думку, призвели до того, що мільйони фунтів були спрямовані на «екологічні вітряки», а не на реальні загрози забруднення.

Ці та інші вчені висловлюються про недостатню вивченість проблеми. Вони говорять про те, що багато страшних передбачень про наслідки озонових дірок не справдилися або були засновані на міфах. Наприклад, у 1992 році газета New-York Times повідомила, що руйнування озонового шару над південною частиною Чилі стало причиною проблем із зором у овець та кроликів [17]. Ця історія повторювалася потім і інших джерелах, зокрема на телебаченні. А пізніше книга Ела Гора "Земля на волосині" ще раз переповіла цей міф: "У Патагонії мисливці тепер повідомляють про те, що знайшли сліпих кроликів, а рибалки ловлять сліпого лосося" [18]. Міф викрили, коли група з Університету Джонса Хопкінса довела, що сліпота тварин пов'язана зі звичайним кон'юнктивітом [19].

Озонова діра - прогнози

Судячи з дослідницьких моделей NASA, концентрація хлору та інших озоноруйнівних речовин у стратосфері не повернеться до рівня 1980-х принаймні до середини XXI століття. Не сприяє розв'язанню проблеми й сільське господарство, де досі продовжують використовувати закис азоту — потужний парниковий газ, що руйнує озон. [20]

Є також інші види людської діяльності, вплив яких ми ще не до кінця розуміємо, але які можуть становити ризики. Це, наприклад, запуски ракет і сульфатна геоінженерія — ідея про те, що ми зможемо запобігти найгіршим наслідкам глобального потепління, закачуючи в стратосферу аерозоль для охолодження температури та змушуючи сонячне світло відбиватися від цих аерозольних частинок. [21]

У той самий час видно і тимчасова позитивна динаміка. 2019 року аномальні погодні умови у верхніх шарах атмосфери над Антарктидою різко обмежили руйнування озонового шару. Це призвело до найменшої дірки з 1982 року, але вчені передбачають, що озоновий шар Антарктики повністю відновиться скоріше до 2040 [22]. Основне завдання людства зараз — не припиняти дослідження та стежити за станом не лише озонових дірок, а й клімату загалом.