ОЗОН В АТМОСФЕРЕ А.М.Звягинцев Центральная аэрологическая обсерватория Росгидромета

Озон – О – открыт Schoenbeinом (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, NO x (оба – образу- ются при Т>800 o ), SO 2, взвешенные частицы (PM2.5, PM10); Вторичные загрязнители: озон (O 3 ), ПАН и др. (образуются в фотохимических реакциях в нижней тропосфере при смоге) Атмосферное давление и плотность атмосферы (1.3 кг/м 3 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 30 о

Площадь между вертикальной осью и кривой p 3 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 о С 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/м 3 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 ВеществоРФВОЗЕССША O3 (1)160 / /8180/1; 240/1150 /8 PM10 (3)500 /0.4; 150 /24 50 / /24 CO (4)5*10 3 / / /8; 4*10 4 /1 NO (3)400 /0.4 NO2 (2)200 / /1 100 /1год В скобках после «вещества» приведен его класс опасности. Число после знака «/» обознача- ет число часов, за которое производится усреднение. По ГОСТ О 3 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 NO 2, средних по всем станциям ГПУ «Мосэкомониторинг» Для озона и NO 2 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/м 3 прироста концентрации в усредненной за 8 часов концентрации выше расчетного базисного уровня 70 мкг/м 3 » [WHO. Air Quality Guidelines: Global Update Particulate matter, ozone, nitrogen dioxide and sulfur dioxide. – WHO 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 V. 38. P Fischer et al. Air pollution related deaths during the 2003 heat wave in the Netherlands // Atmos Environ V. 38. P Filleul et al. The relation between temperature, ozone and mortality in nine French cities during the heat wave of 2003 // Environmental Health Perspectives V P

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ В России на территориях южнее 60 о с.ш. эпизодически наблюдаются концентрации приземного озона, превышающие предельно допустимые. Эпизоды наблюдаются при неблагоприятных метеорологических условиях: в малоподвижных атмосферных массах (скорость ветра не более 3 м/с) при высоких температурах (более 28 о С). В Московском регионе концентрации озона, превышающие ПДК, начали наблюдаться с конца 1990 г.г.; наибольшие концентрации наблюдались в период лесных и торфяных пожаров 2002 и 2010 г.г. Уровни озона в Москов- ском регионе в 2010 г. превышали уровни, когда- либо наблюдавшиеся в странах ЕС и, несомненно, оказали значительное негативное влияние на здоровье жителей, приведя, в частности, к дополнительной смертности населения.