Přízemní (troposférický) ozon

 

Všeobecná charakteristika

Za normálních podmínek je ozon neviditelný plyn s typickým mírně euforizujícím zápachem. V ovzduší je obsažen ve stopových koncentracích, které jsou pod čichovým prahem člověka, a proto je ozon čichově vnímán jen v čistém ovzduší po silných bouřkách s četnými elektrickými výboji. Ozon bývá označován jako „plyn dvou tváří“, protože v zemské atmosféře hraje dvojí roli:

·                                                 Ve stratosféře (stratosférický ozon) absorbuje škodlivé ultrafialové záření a chrání život na Zemi před zhoubnými účinky biologicky aktivního ultrafialového záření Slunce. Maximální množství stratosférického ozonu je soustředěno ve výšce 22 až 25 km nad zemským povrchem. Ochrana před ultrafialovým zářením předpokládá zejména u fotocitlivých osob a při prvních pobytech na slunci (na jaře a začátkem léta) omezení pobytu na slunci v poledních hodinách, použití ochranných opalovacích krémů s vysokým UV filtrem, slunečních brýlí, klobouků apod.

·                                                 V troposféře (troposférický, přízemní ozon) je ozon považován za znečišťující látku, protože jako silné oxidační činidlo napadá dýchací cesty a ochranné komponenty oka, má škodlivé účinky na flóru, faunu a poškozuje některé materiály jako např. plastické hmoty, gumu, barvy a nátěry.

V minulosti byl hlavním zdrojem přízemního ozonu jeho přenos ze stratosféry a na zemském povrchu probíhala jeho destrukce. S růstem antropogenních emisí uhlovodíků, oxidů dusíku a oxidu uhelnatého je v posledních desetiletích pozorován růst koncentrací ozonu. Průměrné roční koncentrace se za posledních 100 let zvýšily z 20‑40 µg/m3 na 60 - 80 µg/m3. Přízemní ozon je mezi zemskými polokoulemi rozložen nerovnoměrně.

Koncentrace přízemního ozonu jsou charakteristické ročním i denním chodem. Výrazně vyšší koncentrace přízemního ozonu se vyskytují v teplé polovině roku v odpoledních hodinách a jsou obvykle spojeny s vysokými teplotami, intenzivním slunečním zářením a malými rychlostmi větru. Přitom se zvýšené koncentrace mohou vyskytovat i ve větších vzdálenostech od městských aglomerací a také ve volné přírodě.

Ozon jako mimořádně účinné oxidační činidlo může reagovat prakticky se všemi biologickými látkami. Zejména buněčné membrány, jejichž hlavní stavební prvky tvoří bílkoviny a tuky, jsou nejvíce vystaveny možnosti poškození ozonem.

 

Vznik ozonu:

Ozon ve venkovním ovzduší není takzvanou primární znečišťující látkou, protože až na zanedbatelné výjimky není přímo emitován žádným zdrojem. Náleží ke skupině fotochemických oxidantů a vzniká ve spodní troposféře z oxidů dusíku, uhlovodíků a kyslíku pod vlivem slunečního záření. Podíl ozonu ve fotochemickém smogu činí 80 % a je proto jeho hlavní substancí. Výchozí látky, vstupující do složitých fotochemických reakcí, v jejichž průběhu ozon vzniká, se nazývají prekurzory. Klíčovou roli při vzniku troposférického ozonu hrají oxidy dusíku. Vlivem ultrafialového záření se oxid dusičitý rozkládá na oxid dusnatý a atomární kyslík:

NO2 → NO + O.

Vysoce reaktivní atom kyslíku se sloučí s atmosférickým molekulárním kyslíkem na ozon:

O + O2 → O3.

Současně ovšem probíhá vratný proces

O3 +  NO → NO2  + O2

Pokud by v atmosféře nebyly přítomny těkavé organické látky, velice rychle by se ustálil rovnovážný stav, v němž by koncentrace ozonu byla úměrná poměru koncentrace oxidu dusičitého ke koncentraci oxidu dusnatého a k významnému nárůstu koncentrace ozonu by nedošlo.

Jsou-li v atmosféře přítomny tzv. volné peroxilové radikály, uplatňují se při zpětné oxidaci NO na NO2 mnohem účinněji než ozon. Peroxilové radikály vznikají mimo jiné při rozkladu těkavých organických látek (VOC), které se do ovzduší dostávají jak z přírodních zdrojů (terpeny z jehličnatých lesů), tak ze zdrojů antropogenních (doprava, výroba pohonných hmot a manipulace s nimi, používání laků a ředidel). Tyto radikály přebírají úlohu ozonu při obnově oxidu dusičitého:

NO + RO2o→ NO2 + ROo

Oxid dusičitý je znovu rozkládán slunečním zářením a celý proces se opakuje. Vzniklý ozon není spotřebováván a při dostatečné koncentraci volných radikálů v ovzduší dojde ke hromadění ozonu a vzniku fotochemického smogu. Maximální koncentrace ozonu, jíž může být dosaženo, závisí nejen na absolutních hodnotách koncentrací VOC a oxidů dusíku, ale též na jejich poměru. V literatuře se uvádí, že nejpříznivější podmínky pro vznik vysokých ozonových koncentrací jsou v rozpětí poměru VOC/oxidy dusíku od 4:1 do 10:1.

 

Ozon má tyto nejvýznačnější účinky na lidský organizmus:

·                                     Dráždí dýchací ústrojí, stahuje dýchací cesty, zvyšuje jejich odpor a ztěžuje dýchání zejména u astmatiků, malých dětí a starších osob.

·                                     Poškozuje ochranné komponenty oka a tělové bílkoviny.

·                                     Napadá nejperifernější rozvětvení plicních cév přímo v plicních sklípcích, plicní tkáň se stává propustnější pro alergeny a snižuje se odolnost vůči infekci.

Statistiky uvádějí, že v případech, kdy denní maximum hodinových průměrů koncentrace ozonu překročí úroveň 150 µg.m-3, počet návštěv astmatiků u pohotovostních lékařů se zvýší až o 33%. Větší expozici vysokým koncentracím jsou vystaveny též děti, jejichž spotřeba kyslíku v poměru ke hmotnosti je vyšší a děti tudíž inhalují větší množství znečišťujících látek včetně ozonu na jednotku tělesné hmotnosti, než dospělí. Při vyšších koncentracích mohou potíže vzniknout i u zdravých jedinců, pokud jsou vystaveni nezvyklé fyzické zátěži spojené se zvýšenou frekvencí dýchání. Typické příznaky obtíží, způsobené vysokými koncentracemi ozonu, jsou bolesti hlavy, podráždění hrdla, záchvaty kašle, tlak za prsní kostí, pocit nedostatku vzduchu, slzení a pálení očí. Nové vědecké výsledky prokazují, že koncentrace ozonu již od 100 µg.m-3 omezují funkci plic, přičemž vedle ozonu velmi pravděpodobně hrají roli ještě další škodlivé látky.

Ozon rovněž významně poškozuje vegetaci. Epizody zvýšených koncentrací O3 se vyskytují od dubna do poloviny září, tedy právě v době vegetačního období. Do rostlin proniká ozon otevřenými průduchy (stomaty) v listech nebo jehlicích. Díky své vysoké reaktivitě napadá buněčné stěny a jeho účinky se projevují výsevem světlých skvrn (chloróza) a v pozdějším stadiu bodovým rozpadem buněčné tkáně (nekróza). Při výraznějším napadení se skvrnky slévají do ploch a poškozený list nebo jehlice odumírá. Ozon tak narušuje procesy dýchání a fotosyntézy, snižuje výnosy zemědělských plodin a způsobuje poškození lesů. Velmi citlivé jsou na působení ozonu zejména pšenice, ječmen, žito, brambory a jetel, z lesních stromů pak modřín, borovice a buk.

Vysoká reaktivita ozonu má za následek, že kromě biologických materiálů ozon napadá i celou řadu látek nebiologických - textilní vlákna, barvy a laky, gumu. U textilních vláken se narušuje pevnost v trhu a snižuje se životnost textilií. Nátěrové hmoty blednou a odprýskávají, guma ztrácí pružnost a objevují se na ní trhliny.

 

Naměřené extrémy v České republice

Nejvyšší průměrná hodinová koncentrace přízemního ozonu od roku 1992 na území ČR dosáhla hodnoty 314 µg.m-3 a byla naměřena na stanici Praha-Vysočany v horkém (maximální teploty kolem 35 °C) slunečném dni 29. července 1994.

Významná epizoda výskytu vysokých koncentrací přízemního ozonu byla zaznamenána ve velmi horkých slunečných dnech 12.-14. srpna 2003. Zatímco 12. srpna se hodnoty nad 180 µg.m-3 vyskytly pouze v západní polovině Čech, 13. srpna to bylo skoro na celém území ČR s výjimkou Ostravska a frekventovaných míst v Praze, Plzni a Brně. Přibližně na polovině Čech a malé oblasti na jihovýchodě Moravy vystoupily maximální koncentrace nad 200 µg.m-3 s nejvyšší hodnotou 235 µg.m-3 v Pardubicích. Dne 14. srpna koncentrace po přechodu studené fronty poklesly převážně na 140-160 µg.m-3.

 

Rizikové skupiny obyvatelstva a doporučení

Vnímavost lidského organizmu na účinky ozonu je vysoce individuální: závisí na věku a pohlaví jedince, fyzických dispozicích a na řadě dalších faktorů. Subjektivní i objektivní reakce na účinky znečištění se mohou měnit v širokém rozmezí i u téhož jedince pod vlivem různých okolností jako je duševní stav, stres, přepracování, oslabení organizmu po prodělané nemoci apod.

Zvýšenou citlivost vůči účinkům ozonu mají lidé s chronickými onemocněními dýchacích cest a astmatem. Z některých výzkumů vyplývá, že na působení ozonu jsou citlivější ženy než muži, obzvláště citlivé jsou též děti a mladiství. Starší osoby, na rozdíl od expozice jiným znečišťujícím látkám, vykazují vůči ozonu citlivost nižší než mladší dospělé osoby.

V případě výskytu vysokých koncentrací přízemního ozonu, překračujících 180 µg.m-3 se osobám citlivým na ozon doporučuje zdržet se při pobytu pod širým nebem v odpoledních hodinách zvýšené fyzické zátěže spojené se zvýšenou frekvencí dýchání. Příslušníci nerizikových skupin si nemusí klást žádná omezení. Vzhledem k tomu, že vysoké koncentrace ozonu se vyskytují v odpoledních hodinách a bývají často obvykle spojeny s vysokými teplotami a intenzivním slunečním zářením, je potřeba zvýšit konzumaci nealkoholických nápojů a nevystavovat organismus nadměrně vysokým teplotám. 

V případě překročení úrovně 240 µg.m-3 je pro citlivé osoby vhodnější zdržovat se přes den v uzavřených prostorách. Osobám nerizikových skupin se doporučuje neprovozovat nezvyklé zátěžové aktivity pod širým nebem.

V případech vysokých koncentrací přízemního ozonu, které mohou být dosaženy v odpoledních hodinách za horkých slunečných dnů, vyhlašuje ČHMÚ signál upozornění (jestliže hodinové koncentrace přízemního ozonu přesáhnou ve třech hodinových termínech měření po sobě zvláštní imisní limit 180 µg.m-3 ), resp. signál varování (jestliže přesáhnou limit 240 µg.m-3 ).

Podrobné informace o kvalitě ovzduší včetně map aktuálních koncentrací přízemního ozonu jsou k dispozici na internetových stránkách ČHMÚ na adrese portal.chmi.cz, resp. www.chmi.cz.