Los Angeles-i szmog
- A fotokémiai nyári füstköd
A talajközeli
ózon és hatása
Sokszor hallunk arról,
hogy mekkora gondot jelent a Földünket
körülvevő ózonpajzs vékonyodása,
az ózonlyukak keletkezése
a magas légkörben. Ugyanakkor
arról is egyre több szó
esik, hogy nyáron a forgalmas városok
levegőjében kialakuló ózon
igen veszélyes. Ebben az írásban
igyekszünk a "helyére tenni"
az ózont - vagyis megvilágítjuk,
hogyan lehet ugyanaz az anyag létfontosságú
az egyik helyen és káros a
másikon. Írunk a talajközeli
ózon keletkezéséről
és ránk is gyakorolt hatásáról.
Mi is az az ózon?
Földünk légkörének körülbelül 20
térfogatszázaléka
oxigén. Ezt a kétatomos
(O 2 ) formában előforduló
gázt különböző
baktériumok, algák szabadították
fel kötött formájából
a földtörténet évmilliárdjai
során. Azonban a stabil kétatomos
formán kívül létezik
az oxigénnek egy sokkal reaktívabb,
háromatomos (O 3 ) változata
is, mely jellemzően a magas légkörben,
a sztratoszférában, kb.
10-15 kilométer magasságban
fordul elő, ahol a levegő ózontartalma
eléri a 2´10 -5 térfogatszázalékot
is, míg az egész légkör
3´10 -6 térfogatszázalék
ózont tartalmaz. Ott helyben
keletkezik O 2 -ből, az ibolyántúli
(UV) sugárzás hatására.
A mai földi élet kialakulása
szempontjából ennek a
rétegnek, az ózonpajzsnak
döntő szerepe van, ugyanis megvédi
a bioszférát az élőlényeket
elpusztító, nagy energiájú
UV sugaraktól. Ezt az ózonpajzsot
pusztítjuk már évek
óta az aeroszolos palackok freonos
hajtógázaival, a sugárhajtású
repülőgépekkel, illetve
a nitrogén-műtrágyázás
melléktermékeivel. A Déli-Sarkvidék
felett már veszélyesen
elvékonyodik ez a réteg,
és hasonló jelenség
tapasztalható időnként
az északi féltekén
is.
Az ózon kékes színű, jellegzetes szagú, nagyon mérgező
gáz. A szagára jellemző,
hogy még 500 ezerszeres hígításban
is érezhető. Folyékony
állapotban sötétkék,
szilárdan pedig ibolyaszínű.
Igen erélyes oxidálószer,
könnyen bomlik, és a belőle
felszabaduló atomos oxigén
agresszívan reagál, amivel
tud. Ezért is használjuk
fertőtlenítésre, fehérítésre
és ivóvíztisztításra.
Ózon a troposzférában
Amikor először fedezték fel az ózon jelenlétét
a troposzférában (az alsólégkörben),
úgy vélték, hogy
a magasabb rétegekből áramlanak
az alacsonyabb rétegekbe az ózonmolekulák,
és ez vezet a troposzférában
való felhalmozódásukhoz.
A jelenlegi elképzelések
szerint a troposzférikus ózon
részben a sztratoszférából
származik, részben magában
a troposzférában keletkezik.
A troposzféra egészében
az ózon biológiai forrásokból
származó vegyületekből
is képződik. Ebben az esetben
az ózonképző nitrogén-monoxid
a talajban végbemenő nitrifikációs
folyamatok, illetve erdő- és
szavannatüzek terméke.
Tiszta trópusi levegőben az
ózonkoncentráció
15 ppb (30 mg/m 3 ) körüli,
míg közép-európai
vidéki levegőben a nappali középérték
40 ppb körül mozog, szennyezett
levegőben nem ritka a 100 ppb körüli
érték sem. (1 ppb = 10
-9 térfogatrész gáz
1 térfogatrész levegőre
vonatkoztatva.)
A talajközeli ózon mint
veszélyforrás
A negyvenes-ötvenes években a kaliforniai Los Angelesben a légszennyezés
egy eddig ismeretlen, új formája
tűnt fel. Ez a jelenség a londoni
szmogtól eltérően nem
télen, hanem nyáron, napsütéses
időben, nagy gépkocsiforgalom
esetén volt erőteljes. Fotokémiai
szmognak nevezték el ezt a napsütés
hatására kialakuló
légköri jelenséget.
Jellemző ilyenkor, hogy a levegő sárgásbarna
színűvé válik,
és a látótávolság
csökken. A mérések
kimutatták, hogy az új
jelenség okozója nem más,
mint az ózon (és egyéb
oxidáló hatású
vegyületek).
A talajközeli ózon koncentrációja
nyaranta a múlt századinak
többszörösére
növekedett. Miután erre
fény derült, vizsgálatok
indultak annak feltárására,
honnan is származik ez a növekedés.
Mivel nagy gépjárműforgalom
esetén mértek jelentős
ózonkoncentrációt,
a gépkocsik által kibocsátott
gázok átalakulásait
kezdték nyomon követni.
A jelenség kialakulásáért
egyértelműen felelőssé
tehetők a nitrogén-oxidok (nitrogén-monoxid:
NO és nitrogén-dioxid:
NO 2 ), a szén-monoxid (CO) és
a különböző szénhidrogének.
Ezen anyagok elsősorban a gépjármű-motorokból
származnak.
A szennyezők koncentrációjának változása
egy munkanap folyamán, fotokémiai
szmog esetén

Forrás:
Mészáros Ernő: Levegőkémia
Az ózonkoncentráció változása Magyarországon
a XIX. században és 1995-ben

Forrás:
Bozó és Weidinger, 1995
Nitrogén-monoxid keletkezhet magas hőmérsékleten a levegő
oxigénjéből és
nitrogénjéből, illetve
nitrogén tartalmú vegyületek
elégetésekor. Ezek a folyamatok
leggyakrabban belső égésű
motorokban játszódnak
le, de jelentős nitrogénoxid-forrás
az ipar és a biomassza-égetés
is.
A szén-monoxid a szénvegyületek
tökéletlen égésekor
keletkezik, szén-dioxid (CO 2
) helyett. A szénhidrogének
forrásai ugyancsak nagyrészt
a gépkocsik belsőégésű
motorjai.
A fotokémiai szmog kialakulásához
több összetett folyamat vezet.
A folyamat reggel csúcsforgalom
idején kezdődik, mikor is a járművekből
nagy mennyiségű nitrogén-monoxid,
szén-monoxid és szénhidrogén
kerül a levegőbe. Délelőttre
a nitrogén-monoxidból
(NO) és a szénhidrogénekből
(CH) nitrogén-dioxid (NO x )keletkezik,
ami fény hatására
elbomlik nitrogén-monoxiddá
(NO) és atomos oxigénné
(O). Délutánra az oxigénatom
oxigénmolekulával (O 2
) reagálva ózonná
(O 3 ) alakul. Párhuzamosan az
NO 2 -ból rendkívül
mérgező peroxi-acetil-nitrát
(PAN) és salétromsav is
keletkezik.
Az ózon kialakulását
nitrogén-monoxidból (NO)
fény (hn) hatására
különböző szénhidrogénekből
(R) három kémiai egyenlettel
lehet leírni:
NO + RO 2 >>>>> NO
2 + RO
NO 2 + hv >>>>>
NO + O
O + O 2 >>>>> O
3
A CO által kiváltott ózonképződést hidroxil
gyökök (OH) katalizálják.
A folyamatot összegezve úgy
írhatnánk le, hogy egy
szén-monoxid molekulából
(CO) és két oxigén
molekulából (O 2 ) keletkezik
fény hatására egy
szén-dioxid (CO 2 ) és
egy ózon (O 3 ) molekula.
Számítások szerint
globális szinten a természetes
források és a nyelők kiegyenlítik
egymást, azaz a sztratoszférából
és a természetes forrásokból
származó ózont
a talaj vonja ki a légkörből.
A megnövekedett gépkocsiforgalom
azonban felborította a talajközeli
ózon természetes egyensúlyát.
Közbeszól az időjárás
Amint említettük, a megnövekedett szennyezőanyag-kibocsátáson
kívül bizonyos időjárási
helyzetek kialakulása is hozzájárul
a magas ózonkoncentrációk
előfordulásához. A felszínközeli
ózon felhalmozódását
okozhatja hazánkban, ha a Kárpát-medence
időjárását anticiklon
határozza meg, mely száraz
és napos időjárást,
magas léghőmérsékletet
és stagnáló légáramlást
eredményez.
A Földközi-tenger vidékén
a nyári időszakban különösen
gyakori a magas ózonkoncentráció.
Az itteni éghajlatra jellemzők
egyfelől a forró nyarak magas
légnyomással, gyenge szelekkel
és erős napsugárzással,
másfelől a hűvös, többnyire
fagymentes, de esős telek mindenütt,
kivéve a hegyvidéki területeket.
A hosszú és tartós
nagy légnyomású
időszakok, az ózonképző
anyagok viszonylag csekély szóródása
a magas hőmérséklettel
és erős napfénnyel együtt
elősegíti az ózonképződést.
A talajközeli ózon képződése
különlegesen nagymértékű
Athénban, Rómában,
Milánóban és környékén,
valamint Északkelet-Spanyolország
tengerparti részén, különösen
Barcelona körül.
Egy Athénban és környékén
1984-ben végzett méréssorozat
több jól elkülöníthető,
fokozott ózonterhelésű
időszakot mutatott ki. A legnagyobb
koncentráció ekkor csaknem
200 ppb volt, ami nagyon magas és
káros szint. Számos 100
ppb fölötti óránkénti
értéket mértek,
különösen 1992 nyarán
az egyik legnagyobb görög
városban, Patrasban, a Peloponnészoszi-félszigeten.
Az Észak-Peloponnészosz
hegyvidékén (körülbelül
1100 méteres tengerszint feletti
magasságban) 1996-97-ben végzett
megfigyelések azonban alacsonyabb
koncentráció-értékeket
mutattak ki, 40 és 50 ppb közötti
hosszú távú átlagértékekkel.
A fotokémiai szmog hatása
az élő szervezetre
A troposzférikus ózon koncentrációjának emelkedése
számos kedvezőtlen egészségügyi
hatást idéz elő. Különösen
veszélyesek, egészségkárosítóak,
rákkeltők az ózon másodlagos
termékei, melyek hasonlóan
oxidatív szennyezők (ilyen például
az erősen mérgező PAN, azaz peroxi-acetil-nitrát,
illetve a mérgező és rákkeltő
aldehidek). Az ilyen anyagokat tartalmazó
levegő izgatja az emberek, állatok
szemét és nyálkahártyáját.
A légzőszervi panaszokkal kórházba felvett betegek számának
alakulása az ózonkoncentráció
függvényében

Forrás:
Guidelines for Air Quality, WHO, 2000
Az ózon agresszív oxidáló anyag. Mivel vízben
csak mérsékelten oldódik,
belélegzéskor mélyen
lekerülhet a tüdőbe. Rövid
ideig tartó kitettség
is elegendő lehet ahhoz, hogy légúti
gyulladást okozzon. A tünetek
azonban a kitettség megszűntével
enyhülnek. Kísérletileg
kimutatták, hogy 80 ppb koncentrációszint
körül már jelentkezhetnek
a káros hatások.
Az ózon a tüdőkapacitás
csökkenését okozhatja,
és gyengítheti a baktérium-
és vírusfertőzésekkel
szembeni ellenállóképességet.
A kitettség okozta kapacitáscsökkenés
súlyosan érintheti azokat,
akiknek már egyébként
is csökkent a tüdőfunkciójuk
- ez a helyzet például
az asztmások esetében.
Okkal feltételezhető, hogy
a dohányosok is az átlagosnál
érzékenyebbek az ózonterhelésre.
Mivel tüdőműködésük
hatékonyságát a
dohányzás már károsan
befolyásolta, a legcsekélyebb
további káros hatás
komolyabb következményekkel
jár, mint a nemdohányzók
esetében.
Különösen azok vannak
kitéve a kockázatnak,
akik sok időt töltenek a szabadban
és fizikailag nagyon aktívak,
például akik valamilyen
építési munkát
végeznek vagy sportolnak. A gyerekeket
is ebbe a körbe kell sorolnunk,
mivel ők is igen sokat mozognak, és
sok időt töltenek a szabad levegőn.
Anyagcseréjük magas alapszintje
és még nem teljesen kifejlett
immunrendszerük szintén
különösen érzékennyé
teheti őket az ózonterhelésre.
Kimutatták, hogy ha csak rövid
ideig tartózkodnak 60-120 ppb
ózonkoncentrációjú
levegőben, már az is károsan
hat a tüdőműködésükre.
Állatkísérletek
igazolták, hogy tartósan
magas ózon tartalmú levegő
belélegzése növeli
a rák kialakulásának
esélyét, bár ezt
emberre még nem bizonyították.
Ezen túl az ózon közvetlenül
árt a növényeknek,
oxidálja, pusztítja a
zöld leveleiket, virágaikat.
20 ppb PAN-koncentráció
esetén már néhány
óra után foltosodni kezdenek
a levelek. Az ózon gátolja
a fotoszintézist és a
gyökérlégzést,
ami szintén a növény
pusztulásához vezethet.
Már 60 ppb ózon a felére
csökkenti a fotoszintézis
mértékét egyes
növényeknél.
Veszélyesen megnövekedett
ózonterhelésű idoszakok
Az eddig ismertetett koncentráció-értékek elsősorban
hosszú távú átlagokra
vonatkoztak. Azonban a nagy területekre
kiterjedő általános ózonszint-növekedés
mellett előfordulnak igen nagy mértékben
megnövekedett koncentrációjú
rövidebb időszakok is, amelyek
időtartama többnyire néhány
órától néhány
napig terjed. Bár ezek az időszakok
alig befolyásolják a hosszú
távú átlagértékeket,
komoly károsító
hatással lehetnek az egészségre
és a növényzetre.
Az iparosítást megelőzően
ilyen időszakok ha voltak is, valószínűleg
csak elvétve fordultak elő. Tehát
a veszélyesen magas koncentrációk
sokkal nagyobb gondot okoznak, mint
ahogyan az például az
éves átlagértékekből
kitűnne.
Jóllehet nincsen általánosan
elfogadott meghatározás
arra vonatkozóan, hogy mi az
a szint, aminek elérésénél
már megnövekedett terhelésű
időszakról beszélhetünk,
a legtöbb megfigyelő egyetért
abban, hogy mindenképpen ilyen
eseménynek kell tekinteni, ha
a koncentráció eléri
a 80 ppb értéket. Egyesek
azonban már a 60 ppb értéknél
is megnövekedett ózonterhelésű
időszakról beszélnek.
Irányértékek
Az Egészségügyi Világszervezet (WHO) iránymutatást
adott ki az egyes légszennyező
anyagok egészségi kockázatot
jelentő szintjeiről. Azt a legalacsonyabb
biztos szintet véve alapul, ahol
előfordulhatnak káros következmények,
az ózon esetében nyolc
órás átlagértékként
60 ppb irányértékre
jutottak. Ugyanakkor hangsúlyozták,
hogy ez nem jelent kellő biztonsági
ráhagyást a legérzékenyebb
embereket érő bizonyos fajta
akut káros hatások esetére.
A Svéd Környezeti Orvostudományi
Intézet egyórás
értékként 40 ppb
koncentrációt javasol,
mint az emberi szervezet ózonterhelésének
megengedett legfelső határa.
A környezeti orvostudomány
sok szakértője azon a véleményen
van, hogy a káros hatás
legalacsonyabb küszöbértékének
megállapítása -
kockázatmentes ózonszint
formájában - még
várat magára.
EU-szintek a közvélemény
tájékoztatására
Az Európai Unió nemrég elfogadott új irányelve
meghatározza azt az ózonszintet,
amelynél tagországokban
a közvéleményt tájékoztatni
kell a helyzetről. Erre akkor kerül
sor, amikor a koncentráció
egy órás átlaga
(három órai folyamatos
mérésnél, illetve
ha mérés alapján
három órára előre
jelezhető) túllépi a 90
ppb értéket. Létezik
továbbá egy úgynevezett
riadószint is, amely az ózon
esetében 120 ppb. Ebben az esetben
a lakosság figyelmeztetésén
túlmenően meg kell tenni a szükséges
gyakorlati intézkedéseket
is (például korlátozni
a gépjármű-forgalmat).
Látható, hogy az egyes
országokban egy év alatt
milyen gyakran lépték
túl a tájékoztatási
szintet.
A 90 ppb-s ózonszint túllépése 1 órás
átlagként az EU-ban, 1999
nyarán

Forrás:
Acid Rain, Air Pollution and Climate
Series, 12
A felszínközeli ózon koncentrációjának
változékonysága
Magyarországon

Forrás:
Kiegészítő szöveggyűjtemény
a Környezettan tankönyvhöz
A táblázat azt mutatja, hogy ez Dél-Európában
volt a leggyakoribb. Spanyolországban
és Olaszországban mértek
a legmagasabb egy órás
átlagértéket, továbbá
Görögország és
Franciaország is magas számmal
szerepel. Meg kell jegyeznünk,
hogy ezekben az esetekben a pontosság
függhet az egyes országokban
található megfigyelési
pontok számától,
és attól is, hogy azok
hol helyezkednek el. Az adatok mindazonáltal
meglehetősen pontos képet adnak
arról, hogy 1999 nyarán
az Európai Unió országaiban
hogyan alakult a talajközeli ózon
előfordulása.
Mikola Klára, Simon Gergely
Források:
Mészáros
Ernő: Levegőkémia, Veszprémi
Egyetemi Kiadó, Veszprém
1997
Haszpra László:
A troposzférikus ózon
képződése, Kutatás
és Fejlesztés, 2001/4
Lynham, Barry: Traffic
and Health, European Federation for
Transport and Environment, Brussels,
1997
Kisfaludi Andrea:
A légkör környezetkémiája,
Maecenas, 1993
Acid Rain, Airpollution
and Climate Series, 12
Kiegészítő
szöveggyűjtemény a Környezettan
tankönyvhöz, Környezetgazdálkodási
Intézet (kiadás alatt)
Egészségügyi
Világszervezet, http://www.who.int/environmental-information/Air/Guidelines/aqguide3.pdf
Directive 2002/3/EC
of the European Parliament and of the
Council of 12 February 2002 relating
to ozone in ambient air