Озон: защитный слой и раздражающий газ

Озон (O₃) — это бесцветный токсичный газ, по химическому составу схожий с кислородом (O₂). В отличие от кислорода, прямое воздействие озона на организм человека может быть вредным.

Различают атмосферный и приземный озон. В то время как приземный озон вреден для здоровья, тот же озон на высоте более 10 километров, то есть в стратосфере, выполняет очень важную функцию. Озоновый слой защищает Землю, а вместе с ней и людей, от особенно опасного высокоэнергетического ультрафиолетового (УФ) излучения Солнца. Без этого защитного слоя воздействие солнечного излучения на Землю было бы настолько интенсивным, что жизнь на ней была бы невозможна.

Некоторые загрязняющие вещества, прежде всего хлорфторуглероды (ХФУ), могут разрушать озоновый слой, создавая озоновые дыры. При этом поверхности земли достигает больше УФ-излучения, люди быстрее получают солнечные ожоги, а также увеличивается риск развития рака кожи. Интенсивное воздействие солнца также может повредить глаза.

Приземный озон — это основной компонент так называемого летнего смога. Озон образуется при интенсивном солнечном излучении в результате химических процессов из загрязнителей воздуха, таких как оксиды азота и летучие органические соединения.

Эти загрязнители, которые являются веществами-предшественниками для озона, в основном возникают в результате деятельности человека, прежде всего, из-за дорожного движения и использования растворителей, например, в красках, лаках, клеях и чистящих средствах. Однако некоторые из таких летучих органических соединений также выделяются в природе.

Чтобы образовался озон, должны быть выполнены два условия:

• наличие загрязнителей-предшественников;
• интенсивное солнечное излучение.

Таким образом, озон может скапливаться в нижних слоях атмосферы при длительных периодах хорошей погоды.

Когда концентрация озона самая высокая?

Самая высокая концентрация озона обычно бывает с мая по сентябрь. Но это также зависит от времени суток: образование озона начинается утром, поэтому больше всего озона в воздухе присутствует в период с 14:00 до 17:00. Ночью он снова распадается. Это означает, что самый низкий уровень озонового загрязнения наблюдается рано утром.

Где самая высокая концентрация озона?

Как ни странно, максимальные концентрации озона наблюдаются не в городе, где производится большинство загрязнителей-предшественников, а скорее на окраинах и в сельской местности. Тому есть две причины. С одной стороны, большая часть загрязнителей-предшественников выносится из городов ветром. С другой стороны, в выхлопных газах автомобилей, которые выбрасываются в основном в городах, также содержится монооксид азота (NO). Часть озона, образующегося из двуокиси азота (NO₂), в присутствии монооксида азота (NO) снова распадается.

Информационный и тревожный порог

Помимо суточных и годовых значений, измеряются также пиковые значения (почасовые значения) озона. Они имеют особенное значение для здоровья. Для защиты здоровья особо чувствительных групп населения информирование начинается от значения 180 мкг на кубический метр — это так называемый информационный порог.

Когда среднечасовое значение достигает 240 микрограммов на кубический метр, это называется тревожным порогом. В этих случаях людей призывают быть особенно осторожными. Тревожный порог в Германии достигается редко.

Данные измерений

В Германии концентрация озона отслеживается примерно на 260 измерительных станциях. Значения информационного и тревожного порога с 1990 года превышались реже, чем в предыдущие годы. Это в основном связано с уменьшением количества загрязнителей — предшественников озона в Германии.

В отличие от хороших тенденций в отношении информационного и тревожного порога среднегодовые значения несколько увеличились по сравнению с 1990 годом. Это можно объяснить глобальным фоновым воздействием загрязнителей-предшественников. В то время как количество загрязняющих веществ в Германии уменьшилось, во всем мире оно увеличивается.

Изменение климата, проявляющееся в виде более теплого лета и повышения среднегодовой температуры, в Германии уже стало заметным. Климатические модели прогнозируют, что летом озоновое загрязнение воздуха («летний смог») будет увеличиваться. Высокая температура воздуха, которая держится в течение нескольких дней, способствует образованию озона. В частности, это связано с тем, что при высоких температурах химические процессы протекают быстрее. Например, в жару выделяется больше летучих органических соединений, из которых может образоваться озон.

В жаркие дни, когда температура воздуха достигает 30 и более градусов, значения информационного и тревожного порога по озону все чаще превышаются. Например, жарким летом 2003 года пороговые значения превышались чаще, чем в предыдущие и последующие годы.

Кроме того, «озоновый сезон» может продлиться, если осень будет теплой и солнечной.

Таким образом, изменение климата может влиять на здоровье и благополучие человека не только из-за периодов необычайно жаркой погоды и засухи, но и из-за повышения концентрации озона.

Кратковременные эффекты

Поскольку озон является раздражающим газом, он может вызывать раздражение разного типа. Сюда относятся слезящиеся глаза, проблемы с дыханием, такие как кашель или боль в горле, и головная боль. Сила такого раздражающего воздействия зависит прежде всего от продолжительности пребывания на воздухе, загрязненном озоном. Если человек дышит чаще и сильнее, как это бывает, например, при тяжелых физических нагрузках, то в легкие попадает больше озона. Это может привести к снижению функции легких и ограничению работоспособности. Эти симптомы обычно проходят в течение 48 часов.

Высокая концентрация озона может оказывать особенно сильное воздействие на людей с хроническими заболеваниями, такими как астма, ХОБЛ и аллергия на пыльцу. Когда уровень озона возрастает, большее количество людей обращается в отделения неотложной помощи с симптомами астмы.  Имеются также указания на то, что озон повышает аллергенный потенциал — так называемую аллергенность — многих видов пыльцы.

Долгосрочные последствия

Если при значительной озоновой нагрузке в легкие попадает большое количество озона, может возникнуть воспаление и повреждение тканей. Эти воспаления проходят лишь частично. Хотя само по себе это не вызывает заболеваний дыхательных путей, легкие при этом могут стать более восприимчивыми, например, к веществам, вызывающим аллергию (аллергенам) и болезнетворным микроорганизмам. Сильное воздействие озона может способствовать развитию астмы, аллергии и инфекций. Младенцы и маленькие дети особенно подвержены такому риску, потому что их легкие еще развиваются. Кроме того, вдыхаемое количество озона для них пропорционально выше из-за меньшей массы тела.

Концентрация озона в нашей стране редко достигает опасных для здоровья пределов. Однако ожидаемое повышение температуры в будущем может усилить образование озона, так как при высокой температуре из растворителей или окружающей среды поступает больше летучих соединений. Поэтому по-прежнему необходимо максимально сокращать количество приземного озона.

Некоторые люди особенно чувствительны к озону, и им следует уделить внимание нескольким моментам, чтобы защитить свое здоровье и самочувствие, даже если воздействие озона не очень велико. Это также касается людей с заболеваниями дыхательных путей, младенцев и маленьких детей. Не позднее, чем будет достигнут тревожный порог концентрации озона в воздухе, всем рекомендуется принять следующие меры:

• перенести физические нагрузки, например занятия спортом, на утренние часы, когда озоновое загрязнение минимально;
• проветривать помещение преимущественно утром;
• как можно меньше находиться на улице около полудня и днем, когда озоновое загрязнение возрастает.

Показатели загрязнения воздуха (озон, твердые частицы и диоксид азота) для разных регионов ежедневно обновляются на веб-сайте Umweltbundesamt (Федеральное управление по охране окружающей среды).