Ozon

Ozon to tzw. odmiana alotropowa tlenu. „Normalna” cząsteczka tlenu składa się z 2 atomów tego pierwiastka (wzór chemiczny O₂), zaś cząsteczka ozonu z 3 (O₃). Dodatkowy atom tlenu łatwo się odłącza, dlatego ozon chętnie wchodzi w reakcje chemiczne i jest silnym utleniaczem.

Wiele osób kojarzy ozon przede wszystkim z chroniącą nas przed promieniowaniem ultrafioletowym warstwą ozonową i problemem „dziury ozonowej”. Tyle, że warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze (w zależności od szerokości geograficznej od 12 do 30 km nad powierzchnią Ziemi), a nas akurat bardziej interesuje ozon występujący przy powierzchni ziemi, czyli tzw. ozon troposferyczny.

Skąd bierze się ozon w dolnych warstwach atmosfery? Część spływa ze stratosfery, ale część powstaje z innych zanieczyszczeń w reakcjach chemicznych zachodzących pod wpływem światła słonecznego. Te „inne zanieczyszczenia”, tzw. prekursory ozonu, to przede wszystkim dwutlenek azotu (NO₂), tlenek węgla (CO) i metan (CH₄), a także lotne związki organiczne (LZO, ang. volatile organic compounds, VOCs) – na przykład niedopalone składniki benzyny czy oleju napędowego. Są to również węglowodory pochodzące ze źródeł naturalnych, choćby emitowany przez drzewa izopren.

Źródła ozonu w Polsce

Ozon jest zanieczyszczeniem wtórnym, co oznacza, że nie jest emitowany do atmosfery, lecz tworzy się w powietrzu w wyniku reakcji tlenków azotu (NO i NO₂) oraz lotnych związków organicznych (LZO) pod wpływem słońca. Związki te nazywamy prekursorami ozonu. Tlenek (NO) i dwutlenek azotu (NO₂) są emitowane głównie przez transport kołowy oraz przemysł, natomiast emisja antropogeniczna lotnych związków organicznych jest związana również z procesami przemysłowymi. Duże stężenia tych substancji umożliwiają powstawanie ozonu, dlatego jego najwyższe stężenia obserwujemy na obszarach miejskich i podmiejskich.

W latach, dla których uwzględniono stężenia w ocenie jakości powietrza, w okresie wiosenno-letnim występowały warunki meteorologiczne sprzyjające formowaniu się ozonu w powietrzu atmosferycznym (wysoka temperatura i duże nasłonecznienie). Stanowiło to, oprócz emisji prekursorów ozonu, zwłaszcza z sektora transportu samochodowego, główną przyczynę przekraczania poziomu docelowego, ustanowionego dla stężenia ozonu w powietrzu atmosferycznym ze względu na ochronę zdrowia ludzi. Dodatkowo znaczenie miał również napływ zanieczyszczonego powietrza (w tym prekursorów ozonu) spoza granic kraju.

Normy

Dla ozonu, zgodnie z rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu, obowiązują dwie wartości kryterialne związane z ochroną zdrowia ludzi. W ocenie rocznej dokonuje się odrębnej klasyfikacji stref, wyróżniając klasy A i C – w oparciu o poziom docelowy ozonu oraz klasy D1 i D2 – w oparciu o poziom celu długoterminowego.

Tabela 1. Kryteria będące podstawą rocznej oceny jakości powietrza za 2019 rok – 0₃, ochrona zdrowia

Kryterium	Okres uśredniania stężeń	Poziom docelowy i celu długoterminowego dla ozonu w powietrzu [µg/m3]	Dopuszczalna liczba dni z przekroczeniami poziomu docelowego w roku kalendarzowym
poziom docelowy	8 godzin	120	25 dni
poziom celu długoterminowego	8 godzin	120	nie dotyczy (określana jest wartość maksymalna)

Norma stężeń O₃ zalecana przez Światową Organizację Zdrowia to 100 µg/m³ dla średniej 8-godzinnej.

Obok norm, na podstawie których dokonuje się formalnej oceny jakości powietrza, występują jeszcze poziomy alarmowe oraz poziomy informowania. Dla ozonu wynoszą one odpowiednio:

• poziom alarmowy: 240 µg/m³ dla średniej 1-godzinnej;

• poziom informowania: 180 µg/m³ dla średniej 1-godzinnej.

Przekroczenia tych poziomów są komunikowane na stronie GIOŚ i można je sprawdzić pod adresem: http://powietrze.gios.gov.pl/pjp/warnings/.

Zanieczyszczenie ozonem w Polsce

Roczna ocena jakości powietrza wykonywana jest w odniesieniu do ozonu ze względu na ochronę zdrowia ludzi i ochronę roślin. Podstawę oceny za 2019 rok, wykonanej w roku 2020, stanowiły kryteria określone w rozporządzeniu Ministra Środowiska z 24 sierpnia 2012 roku w sprawie poziomów niektórych substancji w powietrzu (z późniejszymi zmianami). Zasadniczy podział stref, w których dokonuje się oceny, to klasy A i C. W klasie A poziom stężeń zanieczyszczenia nie przekracza poziomu dopuszczalnego, a w klasie C jest powyżej tego poziomu.

W rocznej ocenie jakości powietrza za rok 2019 dotyczącej ozonu, pod kątem dotrzymania poziomu docelowego określonego w celu ochrony zdrowia, podstawą klasyfikacji jest liczba dni ze stężeniem 8-godzinnym przewyższającym 120 μg/m3 uśredniona dla okresu 3 lat. Do klasy A zaliczono 41 spośród 46 stref w kraju (ok. 89%), natomiast 5 stref sklasyfikowano jako C. Są to strefy położone w południowo-zachodniej i centralnej części Polski, w województwach: dolnośląskim, lubuskim oraz śląskim. Rezultatem oceny wykonanej dla poprzedniego roku było zaliczenie do klasy C 4 stref, dla roku 2017 – 6 stref, natomiast dla roku 2016 – 8. Były to również strefy położone na południowo-zachodnim i w centralnym obszarze kraju.

W rocznej ocenie jakości powietrza, w odniesieniu do poziomu celu długoterminowego określonego w celu ochrony zdrowia, podstawę klasyfikacji stref stanowi 1 parametr – stężenie maksymalne 8-godzinne z 2019 roku. Do klasy D2 zaliczone zostały wszystkie strefy w kraju. Taki sam był rezultat oceny za rok 2018, natomiast w ocenie wykonanej za rok 2017 4 strefy uzyskały klasę D1.

Rysunek 1. Klasyfikacja stref w Polsce dla O3 na podstawie oceny jakości powietrza za rok 2019 (poziom docelowy, ochrona zdrowia). Źródło danych: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Rysunek 2. Klasyfikacja stref w Polsce dla O3 na podstawie oceny jakości powietrza za rok 2019 (poziom celu długoterminowego, ochrona zdrowia). Źródło danych: Państwowy Monitoring Środowiska – GIOŚ, opracowanie: INFAIR, IOŚ-PIB

Rankingi

W corocznej ocenie jakości powietrza Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) można znaleźć kompleksowe informacje o danych z całego kontynentu wraz z porównaniem państw między sobą.

Wśród raportujących do Europejskiej Agencji Środowiska krajów znalazło się 36 państw europejskich. 20 państw członkowskich i 5 innych krajów zarejestrowało stężenia powyżej wartości docelowej O₃ ponad 25 razy w 2018 roku W sumie 41% (895) wszystkich zgłoszonych stacji O₃, z minimalnym zakresem danych wynoszącym 75%, wykazało stężenia powyżej wartości docelowej dla ochrony zdrowia ludzi w 2018 roku. Ponadto tylko 13% (296) wszystkich stacji zrealizowało cel długoterminowy. Ogółem 85% stacji o wartościach powyżej celu długoterminowego stanowiły stacje tła. W sumie 4% (81) wszystkich stacji i tylko 7 z 560 wiejskich stacji tła zgłoszonych w 2018 roku miało wartości poniżej wartości WHO AQG dla O₃ (8-godzinna średnia 100 μg/m³), ustalonej dla ochrony zdrowia. Wartość średnia w Polsce nie przekroczyła poziomu dopuszczalnego i na tle porównywanych krajów znalazła się mniej więcej pośrodku rankingu.

Rysunek 3. Stężenie ozonu w kontekście przekroczeń poziomu docelowego średniorocznego w 2018 r.; w nawiasie obok nazwy państwa znajduje się liczba stacji pomiarowych. Źródło: Europejska Agencja Środowiska

Wpływ na zdrowie

W raporcie Europejskiej Agencji Środowiska (EEA, ang. European Agency) pt. „Air quality in Europe” („Jakość powietrza w Europie”) oszacowano ilu ludzi traci przedwcześnie życie z powodu zanieczyszczeń powietrza. Według tych analiz w Polsce w 2018 roku 1500 osób umarło przedwcześnie na skutek ekspozycji na ozon.

Ozon przyspiesza proces starzenia się komórek skóry i ma właściwości rakotwórcze. Jego podwyższone stężenie może również wywołać zaburzenia funkcji układu oddechowego. Pierwszymi objawami podrażnienia ozonem są kaszel, drapanie w gardle, ból głowy oraz senność. Jest szczególnie groźny dla osób starszych, małych dzieci oraz chorych na astmę. Podwyższone stężenie ozonu w powietrzu może prowadzić do reakcji zapalnych oczu czy chorób dróg oddechowych, w tym nasilenia objawów astmy oraz zmniejszenia wydolności płuc. Obecnie dysponujemy już mocnymi dowodami na to, że narażenie na zanieczyszczenia powietrza takie jak ozon wiąże się z większym prawdopodobieństwem nasilenia objawów astmy, a także z większą ilością przyjmowanych leków oraz większą liczbą pobytów w szpitalu. Wpływ ozonu troposferycznego na zaostrzenia astmy badano w wielu pracach, m.in. badania z Paryża pokazały, że nawet jeśli stężenia zanieczyszczeń spełniają obowiązujące w Europie normy, to wciąż mają mierzalny wpływ na zdrowie w przypadku dzieci astmatycznych. Z kolei badania prowadzone w stanie Nowy Jork pokazały związek między różnymi miarami przewlekłego narażenia na ozon troposferyczny w miejscu zamieszkania, a liczbą związanych z zaostrzeniami astmy przyjęć do szpitali. Organizm człowieka broni się przed przedostającym się do płuc ozonem i zmniejsza ilość wdychanego tlenu, co w konsekwencji może powodować nasilenie chorób układu krążenia. Ozon może powodować senność, bóle głowy i znużenie oraz spadek ciśnienia tętniczego krwi. Ponadto podwyższone stężenia ozonu niszczą roślinność oraz przyspieszają korozję materiałów.