Alailmakehän otsoni

Napsauta kuvaa päästäksesi Copernicuksen ilmakehän seurantapalvelun neljän päivän alailmakehän otsoniennusteeseen

Terveyskysymykset

Alailmakehän otsoni vaikuttaa ihmisten terveyteen heikentämällä hengityselinten ja sydän- ja verisuonitoimintojen toimintaa, mikä johtaa sairaalahoitoon, koulu- ja työpoissaoloihin, lääkkeiden käyttöön ja jopa ennenaikaiseen kuolleisuuteen. Lyhytaikaiseen otsonialtistukseen liittyy hengitystieoireita, keuhkojen toiminnan heikkenemistä ja hengitystietulehdusta. pitkäaikainen altistus, johon liittyy pahentunut astma ja lisääntynyt aivohalvausten esiintyvyys. Toisin kuin alailmakehän tai alailmakehän otsonin – hengittämämme otsonin – haitalliset vaikutukset, stratosfäärin otsoni edistää ihmisten terveyttä estämällä UV-säteilyä.

Havaitut vaikutukset

Alailmakehän otsonin muodostuminen ja sen meteorologinen herkkyys

Pintaotsoni (O₃) on toissijainen epäpuhtaus, jota syntyy ilmakehässä auringonvalon ja kemiallisten lähtöaineiden läsnä ollessa. Otsonin tärkeimmät lähtöaineet ovat typen oksidit (NOx) ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC), jotka ovat peräisin pääasiassa liikenteestä ja teollisesta toiminnasta, joka liittyy suurelta osin kaupunkialueisiin. Asuin- ja maatalouslähteistä vapautuvalla hiilimonoksidilla (CO) ja metaanilla (CH₄) on yleensä vähäinen merkitys otsonin muodostumisessa. Otsonin lähtöaineilla voi olla myös luonnollinen alkuperä, kuten VOC-yhdisteiden biogeeniset päästöt, typen oksidien päästöt maaperästä, maastopalopäästöt ja metaanipäästöt biosfääristä (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Otsonin enimmäispitoisuudet esiintyvät yleensä kymmenien kilometrien päässä kaupunkialueista, joilla otsonin esiasteiden pääasialliset lähteet ovat, toisin kuin muut ilman epäpuhtaudet (kuten hiukkaset ja typpidioksidi), jotka keskittyvät suurelta osin kaupunkeihin. Koska otsonin fotokemiallinen muodostuminen kestää useita tunteja, tuulet voivat kuljettaa epäpuhtauksia ennen otsonin muodostumista. Lisäksi tietyt NOx-lajit hajottavat otsonia tietyissä olosuhteissa (lähellä päästölähteitä, yöllä tai talvella), mikä johtaa yleensä pienempiin otsonipitoisuuksiin kuin kaupunkien keskustoissa, joissa NOx-päästöjä syntyy. Kun otsoni on muodostunut, sitä voidaan säilyttää ilmakehässä päivistä viikkoihin, usein kauko- tai rajat ylittävässä kuljetuksessa. Kuitenkin myös kaupunkialueilla - ja erityisesti esikaupunkialueilla - voidaan havaita korkeita otsonitasoja.

Koska otsonin muodostuminen edellyttää auringon säteilyä, otsonipitoisuudet saavuttavat tyypillisesti päivittäisen maksimin muutama tunti keskipäivän jälkeen. Pitoisuudet seuraavat myös voimakasta kausivaihtelua, joka Euroopassa on suurimmillaan alkukevään ja loppukesän välillä. Riippuvuus auringonvalosta tekee otsonista hyvin herkän meteorologiselle ja ilmastolliselle vaihtelulle. Otsonin vaihtelu vuodesta toiseen riippuu paljolti siitä, kuinka lämmin ja kuiva kesä on. Voimakkaat helleaallot voivat johtaa otsonin huippuarvoihin. Suhde auringonvaloon tarkoittaa, että Etelä-Euroopassa on yleensä korkeammat otsonipitoisuudet kuin Pohjois-Euroopassa (EEA, 2022a).

Pitoisuudet ja väestön altistuminen

Vuosittaisten otsonipitoisuuksien havaittiin nousseen hieman Euroopassa vuosina 2005–2019, kun taas korkeimmat otsonipiikit olivat laskeneet (Solberg ym., 2022). Vuonna 2020 vain 19 prosenttia kaikista Euroopan alailmakehän otsonin seuranta-asemista saavutti vuoden 2008 ilmanlaatudirektiivissä asetetun pitkän aikavälin tavoitteen, jonka mukaan päivittäinen kahdeksan tunnin keskiarvo saa olla enintään 120 mikrogrammaa kuutiometrissä (μg/m³) kalenterivuoden aikana. Eri puolilla Eurooppaa 21 maata, mukaan lukien 15 EU:n jäsenvaltiota, on rekisteröinyt otsonipitoisuuksia, jotka ylittävät ihmisten terveyden suojelua koskevan EU:n tavoitearvon (korkein päivittäinen kahdeksan tunnin keskiarvo 120 μg/m³) (EEA, 2022a). EU:n tavoitetason ylittävälle otsonille altistuvan väestön osuus on vaihdellut 64 prosentin huipusta vuonna 2003 9 prosenttiin vuonna 2014 (EEA, 2022b). WHO:n vuoden 2021 lyhyen aikavälin ohjearvon (suurin päivittäinen kahdeksan tunnin keskiarvo 100 μg/m³⁾ylittäville pitoisuuksille altistuneen väestön osuus vaihteli 93–98 prosentin välillä vuosina 2013–2020, eikä suuntaus pienentynyt ajan mittaan.

Terveysvaikutukset

Korkea otsonitaso aiheuttaa hengitysvaikeuksia, laukaisee astman, heikentää keuhkojen toimintaa ja aiheuttaa keuhkosairauksia (WHO, 2008). Vuonna 2019 12 253 ihmistä 23:ssa Euroopan maassa joutui sairaalahoitoon akuutin otsonialtistuksen aiheuttamien tai pahentamien hengityselinsairauksien vuoksi. Otsonitasoille altistumisesta aiheutuva kuolleisuus- ja sairastuvuusrasitus on tyypillisesti pienempi Pohjois-Euroopan maissa kuin muualla Euroopassa (EEA, 2022a). Vuonna 2020 arviolta 24 000 ihmistä EU:n 27 jäsenvaltiossa kuoli ennenaikaisesti akuuttiin otsonialtistukseen, joka oli yli 70 μg/m^3. Maat, joissa otsonille altistumisesta johtuva kuolleisuus oli vuonna 2020 suurinta, olivat Albania, Montenegro, Kreikka, Bosnia ja Hertsegovina sekä Pohjois-Makedonia alenevassa järjestyksessä (EEA, 2022a). Vuodesta 2005 lähtien alailmakehän otsonikuolleisuudessa ei ole ollut erityistä suuntausta, ja vuosittainen vaihtelu riippuu pääasiassa kesälämpötiloista (Solberg ym., 2022).

Suorien terveysvaikutusten lisäksi pintaotsoni imeytyy kasvien avanteen kautta ja voi vaikuttaa haitallisesti viljelykasveihin ja metsätalouden satoihin, mikä vaikuttaa elintarvikehuoltoon. Vehnän satojen arvioitiin laskevan Euroopassa jopa 9 prosenttia vuonna 2019. Taloudellisten tappioiden osalta menetettiin 1,4 miljardia euroa 35 maassa (ETA,2022c).

Ennustetut vaikutukset

Tulevat alailmakehän otsonipitoisuudet

Ilmakehän keskeisten muuttujien meneillään olevat ja tulevat muutokset vaikuttavat monitahoisesti otsonipitoisuuksien ja niiden huippuarvojen vuosittaiseen vaihteluun (taulukko 1). Helleaaltojen suurempi todennäköisyys johtaa todennäköisesti alailmakehän otsonipitoisuuden huippujen nousuun. Auringon säteilyn lisääntyminen ja kesälämpötilat nopeuttavat myös otsonin muodostumisen kemiallista prosessia. Haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (otsonin esiaste) päästöjä lisätään lämpimämmillä kesillä (Langner et al., 2012), mutta niitä vähennetään myös ilmakehän korkeammilla CO2-tasoilla (Szopa et al., 2021). Kesäisin toistuvat maastopalot aiheuttavat sekä VOC- että CO-päästöjä (Parrington et al., 2013). Otsonin poistumista ilmakehästä kasvillisuuden – joka itsessään on haitallista kasveille – imeytymisen kautta voidaan vähentää kasveihin kohdistuvalla lämpö- ja vesistressillä (Szopa ym., 2021). Samalla lisääntynyt kosteus lisää otsonin tuhoutumista alueilla, joilla typen oksidit ovat vähäisiä, kuten Skandinavian merialueilla (Colette et al., 2015).

Taulukko 1: Sellaisten meteorologisten muuttujien valinta, jotka voivat lisääntyä tulevan ilmastonmuutoksen aikana, ja niiden vaikutus otsonitasoihin

^{Lähde: Mukautettu Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) ja Lin et al. (2020)}

Tulevan ilmastonmuutoksen odotetaan lisäävän otsonipitoisuuksia, mutta tämän kasvun ei pitäisi ylittää 5 μg/m3 päivittäisessä enimmäismäärässä vuosisadan puoliväliin mennessä, ja sen vuoksi otsonitasojen aleneminen todennäköisesti kumoutuisi otsonin esiasteiden suunniteltujen tulevien päästövähennysten vuoksi. Vuosisadan lopun ennusteet viittaavat kuitenkin siihen, että otsonipitoisuudet nousevat jopa 8 μg/m3. Vähennyksiä ennustetaan vain valtamerialueilla ja pohjoisimmilla alueilla (Brittiläiset saaret, Skandinavia ja Baltian maat) (kaavio 1).

Kuva 1. Mallinnettu tuleva muutos kesäajan alailmakehän otsonipitoisuuksissa (päivittäiset enimmäisarvot) Euroopassa vuosisadan puolivälissä (vasemmalla) ja vuosisadan lopussa (oikealla). Lähde: ETC/ACM (2015)

Terveysvaikutukset

Akuuttiin otsonialtistukseen liittyvän kuolleisuuden odotetaan kasvavan ilmastonmuutoksen vuoksi vuoteen 2050 mennessä erityisesti Keski- ja Etelä-Euroopassa (Orru ym., 2019; Selin et al., 2009). Geels et al. (2015) arvioi, että pelkästään ilmastonmuutos johtaa otsoniin liittyvien akuuttien ennenaikaisten kuolemien kokonaismäärän 15 prosentin kasvuun Euroopassa kohti 2080-lukua RCP 4.5 -ilmastoskenaariossa. Otsoniin liittyvistä terveysvaikutuksista johtuvat nettomääräiset taloudelliset hyvinvoinnin menetykset (mukaan lukien kuolleisuuskustannukset ja vapaa-ajan menetykset) ilmaston ja lähtöaineiden päästöjen muutosten vuoksi voivat nousta 9,1 miljardiin euroon vuosina 2000–2050. Päästöjen ennustettujen muutosten vaikutus kustannuksiin ylittäisi suurelta osin ilmastovaikutuksen (Selin ym., 2009).

Policy -vastaukset

Seuranta, kohteet ja varoitukset

Vuoden 2008 ilmanlaatudirektiivin mukaan Euroopan jäsenvaltiot vastaavat alailmakehän otsonia koskevien tietojen seurannasta ja raportoinnista Euroopan ympäristökeskukselle. Otsonipitoisuuksia seurataan tunnissa lähes 2000 asemalla eri puolilla Eurooppaa, myös maaseutu-, esikaupunki- ja kaupunkitausta-asemilla, väestön altistumisen dokumentoimiseksi. Otsonipitoisuuksia mitataan myös teollisuus- ja liikenneasemilla, jotka sijaitsevat päätien tai teollisuusalueen/-lähteen välittömässä läheisyydessä.

Vuonna 2008 annetussa ilmanlaatudirektiivissä asetetaan otsonille tavoitearvo ja pitkän aikavälin tavoitearvo ihmisten terveyden suojelemiseksi. Taulukossa 2 esitetään yhteenveto direktiivissä säädetyistä alailmakehän otsonia koskevista oikeudellisista vaatimuksista ihmisten ja ympäristön terveyden suojelemiseksi.

Taulukko 2: Yleiskatsaus ilmakehän alailmakehän otsonin raja-arvoihin, tavoitearvoihin ja pitkän aikavälin tavoitteisiin

^{* AOT40 (μg/m3 x tuntia) on yli 80 μg/m3:n ja yli 80 μg/m3:n tuntipitoisuuksien eron summa tiettynä ajanjaksona käyttäen vain yhden tunnin arvoja, jotka on mitattu klo 8.00–20.00 Keski-Euroopan aikaa (CET) kunakin päivänä.}

Vuoden 2008 ilmanlaatudirektiiviin sisältyy myös lakisääteisiä velvoitteita tiedottaa väestölle alailmakehän otsonin korkeista pitoisuuksista (taulukko 2). Tiedon raja-arvo heijastaa "tasoa, jonka ylittyessä lyhytaikainen altistuminen voi vaarantaa ihmisten terveyden erityisen herkillä väestöryhmillä". Jos kynnysarvo ylittyy, kansallisten viranomaisten on tiedotettava asiasta yleisölle. Varoituskynnys kuvastaa tasoa, jonka ylittyessä väestön lyhytaikainen altistuminen aiheuttaa riskin ihmisten terveydelle. Kansallisten viranomaisten on tiedotettava yleisölle, annettava neuvoja ja pantava täytäntöön lyhyen aikavälin toimintasuunnitelmat, kun tämä kynnysarvo ylittyy. Jäsenvaltioiden olisi ilmoitettava Euroopan komissiolle molempien kynnysarvojen ylittymisestä.

Tietoja vuotuisista otsonipitoisuuksista on saatavilla Euroopan ympäristökeskuksen ilmanlaatutilastojen katseluohjelmassa. Ajantasaiset ilmanlaatua koskevat tiedot ovat saatavilla Euroopan ympäristökeskuksen UTD-ilmanlaatukatseluohjelmassa ja Euroopan ilmanlaatuindeksissä. Copernicuksen ilmakehän seurantapalvelu tarjoaa neljän päivän ennusteen alailmakehän otsonipitoisuuksista. Useissa Euroopan maissa otsonipitoisuudet sisältyvät lämpöä ja terveyttä koskeviin toimintasuunnitelmiin. Katso esimerkki Belgiasta täältä.

Keskittymän vähennykset

Maailman terveysjärjestö (WHO) julkaisi vuonna 2021 uudet ilmanlaatua koskevat suuntaviivat ihmisten terveyden suojelemiseksi. Niillä päivitettiin vuoden 2005 ilmanlaatua koskevat suuntaviivat uusimman tieteellisen näytön järjestelmällisen tarkastelun perusteella siitä, miten ilman pilaantuminen vahingoittaa ihmisten terveyttä. Euroopan komissio julkaisi lokakuussa 2022 ehdotuksen ilmanlaatudirektiivin tarkistamiseksi. Sillä yhdenmukaistetaan EU:n ilmanlaatunormit tiiviimmin WHO:n vuoden 2021 suositusten kanssa ja otetaan käyttöön raja-arvot kaikille ilman epäpuhtauksille, joihin tällä hetkellä sovelletaan tavoitearvoja otsonia lukuun ottamatta. Otsoni on vapautettu tästä tavoitteen muuttumisesta raja-arvoksi, koska sen muodostuminen ilmakehässä on monimutkaista, mikä vaikeuttaa tiukkojen raja-arvojen noudattamisen toteutettavuuden arviointia.

Ilmastonmuutoksen vaikutukset, jotka pahentavat otsonin muodostumista, voisivat osittain kompensoida pyrkimyksiä vähentää otsonin esiasteiden päästöjä. Tätä kutsutaan otsonin aiheuttamaksi ilmastorangaistukseksi. Tämän ilmastoseuraamuksen kompensoiminen Euroopan mantereella edellyttäisi kunnianhimoisia hillitsemistoimenpiteitä (30–50 prosentin vähennys typen oksidien ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöissä). Pitkällä aikavälillä metaanipäästöjen vähentäminen voi myös tehokkaasti vähentää otsonin muodostumista. Koska metaani on myös tärkeä kasvihuonekaasu, sen vähentäminen hyödyttää myös ilmastonmuutoksen hillitsemistä (UNEP, 2021; Yhteinen tutkimuskeskus, 2018).

Referenssit

• Colette, A. ym., 2013, European atmosphere in 2050, a regional air quality and climate perspective under CMIP5 scenarios, Atmos. Chem. Fysiikka. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. ym., 2015, Is the ozone climate penalty robust in Europe?, Environmental Research Letters 10(8), 084015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/084015.
• Cooper, O.R. ym., 2014, Global distribution and trends of tropospheric ozone: Havaintoihin perustuva tarkastelu, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• EEA, 2022a, Air quality in Europe 2022, katsaus nro 05/2022. Euroopan ympäristökeskuksen verkkoraportti
• Euroopan ympäristökeskus, 2022b, Exceedance of air quality standards in Europe. Euroopan ympäristökeskus
• Euroopan ympäristökeskus, 2022c, Impacts of air pollution on ecosystems, Euroopan ympäristökeskuksen verkkoraportti.
• ETC/ACM, 2015, Mallinnettu tuleva muutos pintakesän otsonipitoisuuksissa
• Geels, C. ym., 2015, Future premature mortality due to air pollution in Europe – sensitivity to changes in climate, anthropogenic emissions, population and building stock, International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837–2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837.
• Jacob D.J. ja Winner D.A., 2009, Effect of climate change on air quality, Atmospheric Environment 43, 51–63. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.09.051
• JRC, 2018, Global trends of methane emissions and their impacts on ozone concentrations, Yhteinen tutkimuskeskus, Euroopan komissio.
• Langner, J. ym., 2012, A multi-model study of impacts of climate change on surface ozone in Europe, Atmospheric Chemistry and Physics 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012. (englanniksi)
• Lin, M. ym., 2020, Vegetation feedbacks during drought exacerbate ozone air pollution extremes in Europe, Nature Climate Change 10, 444–451. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0743-y
• Monks, P.S., et al., 2015, Tropospheric ozone and its precursors from the urban to the global scale from air quality to short-lived climate forcer, Atmospheric Chemistry and Physics 15, 8889-8973. https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015 (englanniksi)
• Orru, H. ym., 2019, Otsoni- ja lämpökuolleisuus Euroopassa vuonna 2050, johon ilmaston, väestön ja kasvihuonekaasupäästöjen muutokset vaikuttavat merkittävästi, Environmental Research Letters 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9
• Parrington, M. ym., 2013, Ozone photochemistry in boreal biomass burning plumes, Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7321-7341. https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013.
• Selin, N.E., et al., 2009, Global health and economic impacts of future ozone pollution, Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/4/044014.
• Solberg, S. ym., 2021, Long-term trends of air pollutants at national level 2005–2019, ETC/ATNI Report 9/2021.
• Szopa, S., et al., 2021, lyhytikäiset ilmastovoimat. In: Masson-Delmotte V. et al., 2021, Climate Change 2021: Fysiikan perusta. Työryhmän I panos hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin kuudenteen arviointiraporttiin.
• Royal Society, 2008, alailmakehän otsoni 2000-luvulla: Future trends, impacts and policy implications, The Royal Society Policy Document Näytä tarkat tiedot
• UNEP, 2021, maailmanlaajuinen metaaniarviointi: Metaanipäästöjen vähentämisen hyödyt ja kustannukset. UNEP CCAC
• WHO:n Euroopan aluetoimisto, 2008, ”Health Risks of Ozone from Long-range Transboundary Air Pollution”. Maailman terveysjärjestön Euroopan aluetoimisto