ОЗОН В АТМОСФЕРЕ

Озон – О3
1840 – открыт Schoenbein’ом (Швейцария)
Интерес к озону связан с его уникаль-
ными химическими (высокая реактив-
ность) и оптическими свойствами, ока-
зывающими влияние на жизнь на Земле.
Озабоченность вызывают:
1) изменения озонового слоя (стратосферный озон), защищающего Землю от губительного УФ облучения Солнца;
2) изменения концентраций озона в тропосфере, ведущие к усилению парникового эффекта;
3) изменения концентраций вредного для здоровья приземного озона, нередки случаи превышения ПДК.
Озон участвует практически во всех (фото-) химических циклах реакций, определяющих состав атмосферы.

Число людей в США, живущих в местностях, где в 2010 г.
превышались национальные стандарты качества
воздуха для различных загрязнителей атмосферы

СОСТАВ АТМОСФЕРЫ
Первичные загрязнители атмосферы: CO, NOx (оба – образу-ются при Т>800o), SO2, взвешенные частицы (PM2.5, PM10);
Вторичные загрязнители: озон (O3), ПАН и др. (образуются в фотохимических реакциях в нижней тропосфере при смоге)
Атмосферное давление и плотность атмосферы (1.3 кг/м3 на уровне моря) уменьшаются примерно в 2 раза при подъеме на каждые 5 км высоты

Интенсивность солнечной радиации на различных высотах в зависимости от длины волны для типичных атмосферных условий при солнечном зенитном угле 30о

Площадь между вертикальной осью и кривой p3 пропорциональна общему содержанию озона

Источники и стоки озона
В стратосфере: фотохимическое образование из кислорода, сток – через циклы с NOx, OH и Cl.
В тропосфере: поток из стратосферы, фотохимическое образование с участием NOx и ЛОС (VOC); сток – на подстилающую поверхность в многочисленных гомо- и гетерофазных реакциях.

Приземный озон
Самые высокие концентрации озона наблюдаются не в местах выбросов, а на некотором удалении от них. Суточный ход озона в мегаполисах и сельской местности различен. При удалении от земной поверхности суточные колебания становятся слабее. Распределение концентрации озона в Европе в середине дня зимой и летом.

Приземный озон
Практически все превышения ПДК озона происходят при температуре выше 28 оС и средней скорости ветра в пограничном слое (приземной скорости) не более 5 м с-1 (3 м с-1). Высокая эффективность фотохимического образования озона достигается при определенном соотношении концентраций оксидов озона и углеводородов (около 1:5)

ЧИСЛО ПРЕВЫШЕНИЙ ИНФОРМАЦИОННОГО ПОРОГА 180 мкг/м3 летом 2003 г. в Европе
Number of exceedances of the threshold value for the information of the public (one-hour ozone concentration > 180 µg/m3) observed at urban/street stations and stations of unspecified type in the EU and other countries, summer 2003 (April–August)
Number of exceedances of the threshold value for the information of the public (one-hour ozone concentration > 180 µg/m3) observed at rural and urban background stations, summer 2003 (April–August), interpolated using inverse distance weighting

Предельно допустимые концентрации (ПДК, мкг м-3) основных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в РФ, ВОЗ, ЕС и США
В скобках после «вещества» приведен его класс опасности. Число после знака «/» обознача-ет число часов, за которое производится усреднение. По ГОСТ 12.1.007 О3 входит в класс 1 чрезвычайно опасных веществ (где 3,4-бенз(α)пирен, тетраэтилсвинец, ртуть, фосген и др.).

Отношения разовых концентраций малых газовых составляющих атмосферы в воздухе Москвы к ПДК (по данным ГПУ «Мосэкомониторинг»)
Данные наблюдений на станциях ГПУ «Мосэкомониторинг» постоянно размещаются на сайте mosecom.ru; данные наблюдений на станции Долгопрудный были размещены на сайте Росгидромета - meteorf.ru

В день на фото справа в Москве наблюдались одни из самых высоких концентраций озона
(Ясенево, ул. Айвазовского: слева - 17 июня 2010, 20:22; справа - 7 августа 2010, 17:05

Временной ход концентраций озона, СО, РМ10 и NO2, средних по всем станциям ГПУ «Мосэкомониторинг»
Для озона и NO2 шкала везде одинаковая, для PM10 и CO - различная

ВЛИЯНИЕ ОЗОНА и РМ 10
НА ЗДОРОВЬЕ
Исходя из того, что «увеличение ежедневной смертности в диапазоне 0,3-0,5% происходит на каждые 10 мкг/м3 прироста концентрации в усредненной за 8 часов концентрации выше расчетного базисного уровня 70 мкг/м3» [WHO. Air Quality Guidelines: Global Update 2005. Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. – WHO. 2006. 484 p.], среднего числа смертей в Москве 320 в сутки и хода средней за 8 ч концентрации озона такой, какая наблюдалась на ст. Долгопрудный, получим, что в период с 19 июля по 19 августа 2010 г. добавочная смертность населения только за счет повышенных концентраций озона составила от 340 до 570 человек, что близко к аналогичным показателям в Англии и Франции летом 2003 г.

Еще большую долю в повышение смертности летом 2010 г. внесли и высокие концентрации РМ10. Среднесуточная «концентрация (РМ10) 150 мкг м-3 может соответствовать примерно 5 % увеличению ежедневной смертности, … а уровень, составляющий 100 мкг м-3, ассоциируется с приб-лизительно 2,5 % увеличением ежедневной смертности» [там же]. Соответствующий расчет, использующий средне-суточные концентрации, средние по всем наблюдательным станциям ГПУ «Мосэкомониторинг», приводит приблизи-тельно к 930 дополнительным случаям общей смертности, причем около 690 из них – в период с 4 по 9 августа. Это значительно больше, чем рассчитано по результатам теп-ловой волны в центре ЕТР летом 2002 г.
Stedman J.R. The predicted number of air pollution related deaths in the UK during the August 2003 heatwave // Atmos. Environ. 2004 V. 38. P. 1087-1090.
Fischer et al. Air pollution related deaths during the 2003 heat wave in the Netherlands // Atmos Environ. 2004. V. 38. P. 1083-1085.
Filleul et al. The relation between temperature, ozone and mortality in nine French cities during the heat wave of 2003 // Environmental Health Perspectives. 2006. V. 114. P. 1344-1347.