Přízemní (troposférický) ozon
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
·
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.