Біокліматичний друг озону або ворог Слідовий газ із двома гранями
В наш час озон все ще є головним модним словом. В основному ми чуємо про озоновий шар, той факт, що він за кілька десятиліть став тоншим, і про важливість його захисту і, водночас, про нас самих. Ми чуємо про "озонову діру" над Антарктикою; і хоча озоновий шар частково відновився завдяки чинним міжнародним угодам та правилам, за даними НАСА, для відновлення до рівня до 1980 року знадобиться щонайменше 50 років. Ви також можете бути знайомі з озонуванням та перевагами, які він приносить у нашому середовищі та в промисловому використанні.
Однак сьогодні, особливо влітку, коли високі температури, ми також чуємо у повідомленнях про погоду про озонові сигнали, попередження про нездорову якість повітря та обмеження викидів озону, оскільки озон також може загрожувати нашому здоров’ю.
То як же озон може бути і хорошим, і поганим, друг і ворог?
Що таке озон?
Кисень становить близько 21% нашої атмосфери. Один атом кисню нестійкий - він хоче поєднуватися з чимось іншим. Тому кисень майже завжди зустрічається парами O2. Однак за певних умов потрійна молекула з хімічною формулою O3 може утворювати: озон. Озон - світло-блакитний газ із характерним, дуже специфічним і різким запахом, який чимось нагадує хлорний відбілювач. Тому більшість людей можуть виявити в повітрі концентрацію приблизно 0,02 ppm (40 мкг/м³) або менше озону. Загальна маса озону в атмосфері становить близько 3 мільярдів тонн. Це може здатися багато, але це лише 0,00006 відсотка атмосфери. 2
Озон є високореактивним газом, і хоча він нестійкий при високих концентраціях, він може мати цінні переваги. Період напіввиведення змінюється в залежності від температури, вологості та руху повітря.
Що зараз визначає, чи є озон другом чи ворогом?
Озон є як природним, так і штучним продуктом, який зустрічається у верхніх шарах атмосфери (стратосфера) і в нижній атмосфері Землі (тропосфера). Залежно від того, де він знаходиться в атмосфері, озон може впливати на життя на землі добрими чи поганими способами.
Озон у стратосфері ("хороший" озон)
Дев'яносто відсотків озону Землі знаходиться в стратосфері (другий шар, так званий озоновий шар земної атмосфери, на відстані 10-50 км над земною поверхнею). Це також частково відповідає за глибоке синьо-фіолетове забарвлення неба в сутінках.
Озон у стратосфері природним чином утворюється у двоступеневому реактивному процесі завдяки взаємодії ультрафіолетового сонячного випромінювання (УФ) з молекулярним киснем (О2). На першому кроці сонячне світло розбиває молекулу кисню на два окремі атоми кисню. На другому етапі кожен атом зазнає зіткнення зв’язку з іншою молекулою кисню, утворюючи молекулу озону. Ці реакції відбуваються безперервно, так що найбільше утворення озону відбувається в тропічній стратосфері, що компенсується його руйнуванням в хімічних реакціях з реакційноздатними газами, такими як водень, оксиди азоту та гази, що містять хлор і бром. Утворення та руйнування озону в значній мірі збалансовано протягом довших періодів часу в цих природних процесах.
Стратосферний шар озону, як губка, поглинає близько 98% шкідливого ультрафіолетового випромінювання Сонця і таким чином захищає земну поверхню від нього. Озон фільтрує найбільш енергійне випромінювання УФ-С, більшу частину УФ-В випромінювання і близько половини УФ-А випромінювання. UV-B та UV-C настільки багаті енергією, що можуть завдати шкоди життю на землі. Наслідками впливу УФ-В або УФ-С є опіки (сонячні опіки), але у випадку УФ-В також підвищений ризик раку. Тут озоновий шар у стратосфері захищає нас, поглинаючи ультрафіолетове випромінювання та значну частину ультрафіолетового випромінювання. На цьому рівні та цій функції озон відверто життєво важливий для життя на землі.
Те, що відбувається, коли цей озоновий шар виснажується і, таким чином, значно розріджується, на жаль, лише занадто добре відоме та науково задокументоване, оскільки над Антарктикою утворилася так звана "озонова діра". Назва трохи вводить в оману тим, що в озоновому шарі немає справжньої діри, а лише значно витончився. Наслідком цього ослаблення є підвищена концентрація ультрафіолетового випромінювання, яке зараз проникає в землю.
Заборони на різні хімічні речовини, перш за все на групу ХФУ, тим часом призвели до того, що озоновий шар знову повільно відновлюється, внаслідок чого акцент слід робити на повільних. Поточні прогнози передбачають, що пройде більше п'ятдесяти років, перш ніж ситуація зможе знову досягти ситуації, як у середині минулого століття. 6-й
Коли вчені говорять про діру в озоновому шарі, вони говорять про руйнування або зменшення стратосфери, "хорошого" озону.
Тож де можна знайти “погане”?
Озон у тропосфері ("поганий" озон)
На земній поверхні озон контактує безпосередньо з формами життя і виявляє свою руйнівну сторону (тому його часто називають "поганим озоном"). Оскільки озон сильно реагує з іншими молекулами, високий рівень озону токсичний для живих систем.
У цій нижній атмосфері (тропосфері) озон створюється за допомогою хімічних реакцій, в яких беруть участь як природні гази, так і техногенні забруднювачі. Вони в основному спричинені фотохімічними реакціями між двома основними класами забруднювачів повітря: леткими органічними сполуками (ЛОС) та оксидами азоту (NOx). Ці реакції частково залежать від присутності тепла та сонячного світла і, отже, проявляються у вищих концентраціях озону протягом літніх місяців. Зазвичай ми переживаємо це як „смог” або серпанок. У цей час часто називають так звані "озонові сигнали".
Оцінка ризику для здоров'я
Токсичність озону виникає на континуумі, де більш високі концентрації, триваліший час впливу та вищий рівень активності під час впливу викликають більші ефекти. Короткочасні гострі ефекти включають проблеми з диханням, зміни функції легенів, підвищену чутливість та запалення дихальних шляхів. Встановлено, що вплив озону також пов’язаний із збільшенням кількості госпіталізацій з приводу респіраторних захворювань та загостренням астми. 6-й
Озон і те, як ми використовуємо його на свою користь
Хоча озон токсичний у високих концентраціях, він також використовується на нашу користь кількома способами. Мабуть, менш відомий, озон є одним із найсильніших та екологічно чистих окислювачів, а після фтору - одним з найефективніших дезінфікуючих засобів. Це в три тисячі разів сильніше хлору. Сильні окислювальні властивості роблять озон повноцінною заміною звичайних хімічних дезінфікуючих засобів, що не залишає шкідливих побічних продуктів. Озон може використовуватися в різних промислових сегментах продуктів харчування та напоїв, при очищенні питної води, зонуванні ферментера, обробці та дезінфекції повітря, нейтралізації запаху та багатьох інших областях.
Отже, як і настільки багато, озон є питанням концентрації для здоров’я людини. Озон знаходиться в низьких концентраціях скрізь у нашому середовищі. Він утворюється природним шляхом поблизу сильно рухомих вод, таких як водоспад, або під час грози через електричний розряд блискавки. Не випадково повітря біля водоспаду або після грози сприймається більш свіжим, оскільки саме тут вступає в дію сильний очищаючий ефект озону, описаний вище, і розщеплює забруднювачі (запахи) та мікроорганізми.
Однак озон залишається отруйним газом з іншими хімічними та токсикологічними властивостями, ніж кисень. З цієї причини для встановлення межі між корисними миючими засобами та шкідливими подразниками були встановлені стандарти охорони здоров’я та рекомендації щодо обмеження впливу озону на людину.
Скільки озону занадто багато?
В даний час ЄС визначає наступні орієнтири: Населення слід інформувати від 0,09 ppm (180 мкг/м³). Починаючи з цієї концентрації, чутливі люди повинні уникати фізичних навантажень у цьому середовищі. Порогове значення для фактичного озонового попередження становить 0,12 проміле (240 мкг/м³). Вище цього значення всі люди повинні уникати фізичних навантажень у цьому середовищі. ЄС також надає рекомендації щодо тривалого перебування, наприклад, на роботі. На даний момент це 0,06 проміле (120 мкг/м³). Усі концентрації нижче цього значення вважаються нешкідливими для здоров’я людини.
Як уже згадувалося на початку, нюх людини може сприймати озон при значно нижчих концентраціях - залежно від чутливості навіть при 0,02 проміле (40 мкг/м³) і менше. Таким чином, люди мають природний механізм попередження.
Який ваш місцевий індекс якості повітря сьогодні? Отримайте інформацію тут!
Біполярна іонізація та озон
Перед грозою у повітрі дуже висока концентрація забруднюючих речовин, таких як бактерії, алергени та ЛОС. Гроза вивільняє високовольтні електричні розряди і випромінює високі концентрації позитивно і негативно заряджених іонів. Спалах блискавки генерує озон, серед іншого, через електричне збудження молекул кисню. Отримані іони відіграють важливу роль у зменшенні кількості забруднюючих речовин і є ключем до подачі свіжого чистого повітря в природу.
Правильно, що іонізація також створює певну кількість озону. Однак ми говоримо про концентрації в абсолютно нешкідливих межах 0,01 ppm. Для порівняння: Поточна директива ЄС визначає значення 0,06 ppm для озону нижче цього значення для тривалого перебування - напр. Б. 8 годин на день, 5 днів на тиждень - для людей немає ризику для здоров’я. Крім того, ми пропонуємо контрольовані датчиками системи нашої іонізації, в яких озонові датчики використовуються для захисту, щоб точно виключити будь-які ризики для здоров’я. 10
Як і в природі, люди завжди піддаються певній концентрації озону, яка, поки це не призводить до підвищених концентрацій через смог, не впливає на здоров’я.
Тож на друга чи ворога завжди слід бачити суб’єктивно - завжди стосовно кількості та місця розташування.
4 Програма ООН з навколишнього середовища, Панель з оцінки впливу на навколишнє середовище. Вплив на навколишнє середовище руйнування озонового шару та його взаємодія зі зміною клімату: Звіт про прогрес, 2016 | Photochem Photobiol Sci. 15 лютого 2017 р .; 16 (2): 107-145. doi: 10.1039/c7pp90001e | PubMed PMID: 28124708; PubMed Central PMCID: PMC6400464
5 Лабораторія досліджень систем Землі NOAA - Відділ хімічних наук
9 Озонування стічних вод комунальних стічних вод | Панайота Параскева, Найджел Дж. Д. Грем | Водне середовище Res.2002 листопад-грудень; 74 (6): 569-581