Alailmakehän otsoni

Havaitut vaikutukset

Alailmakehän otsonin muodostuminen ja sen meteorologinen herkkyys

Pintaotsoni (O₃₎on toissijainen epäpuhtaus, jota syntyy ilmakehässä auringonvalon ja kemiallisten esiasteiden 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 peräisin olevalla hiilimonoksidilla (CO) ja metaanilla (CH₄) on yleensä vähäinen merkitys otsonin muodostumisessa. Otsonin lähtöaineet voivat myös olla luonnollista alkuperää, kuten VOC-yhdisteiden biogeeniset päästöt, maaperän NOx-päästöt, maastopalopäästöt CO ja biosfäärin metaanipäästöt (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Klikkaa kuvaa päästäksesi Copernicuksen ilmakehän seurantapalvelun nelipäiväiseen alailmakehän otsonin ennusteeseen

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 saastepilven ennen otsonin muodostumista. Lisäksi tietyt NOx-lajit heikentävät otsonia tietyissä olosuhteissa (eli lähellä päästölähteitä, yöllä tai talvella), mikä johtaa yleensä alhaisempiin otsonipitoisuuksiin kaupunkien keskustoissa, joissa NOx-päästöjä syntyy. Kun otsoni on muodostunut, se voi säilyä ilmakehässä päivistä viikkoihin ja kulkeutua usein pitkiä matkoja tai rajojen yli. Kuitenkin myös kaupunkialueilla - ja erityisesti esikaupunkialueilla - voidaan havaita korkeita otsonitasoja.

Koska otsonin muodostuminen vaatii auringon säteilyä, otsonipitoisuudet saavuttavat yleensä päivittäisen maksimin muutama tunti keskipäivän jälkeen. Pitoisuudet seuraavat myös voimakasta kausivaihtelua, joka Euroopassa on huipussaan alkukevään ja loppukesän välillä. Riippuvuus auringonvalosta tekee otsonista erittäin herkän sää- ja ilmastovaihteluille. 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 otsonipitoisuudet ovat yleensä korkeammat kuin Pohjois-Euroopassa (ETA,2022a).

Pitoisuudet ja väestön altistuminen

Vuosittaisten otsonipitoisuuksien todettiin nousseen hieman Euroopassa vuosina 2005–2019, kun taas korkeimmat otsonihuiput 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 kahdeksan tunnin päivittäinen keskiarvo saa kalenterivuoden aikana olla enintään 120 mikrogrammaa kuutiometriä kohti (μg/m³). Eri puolilla Eurooppaa 21 maassa, mukaan lukien 15 EU:n jäsenvaltiota, rekisteröitiin otsonipitoisuuksia, jotka ylittivät ihmisten terveyden suojelua koskevan EU:n tavoitearvon (kahdeksan tunnin päivittäinen enimmäiskeskiarvo 120 μg/m³) (ETA,2022a). EU:n tavoitetasot ylittävälle otsonille altistuneen väestön osuus on vaihdellut 64 prosentin huippulukemasta vuonna 2003 9 prosenttiin vuonna 2014 (ETA,2022b). WHO:n vuoden 2021 lyhyen aikavälin ohjearvon (kahdeksan tunnin päivittäinen enimmäiskeskiarvo 100 μg/m³⁾ylittäville pitoisuuksille altistuneen väestön osuus vaihteli 93 prosentista 98 prosenttiin vuosina 2013–2020, eikä suuntaus ollut ajan mittaan laskeva.

Terveysvaikutukset

Korkeat otsonipitoisuudet aiheuttavat hengitysvaikeuksia, aiheuttavat astmaa, vähentävät keuhkojen toimintaa ja aiheuttavat 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 sairastuvuustaakka on Pohjois-Euroopan maissa tyypillisesti pienempi kuin muualla Euroopassa (ETA,2022a). Vuonna 2020 arviolta 24 000 ihmistä EU:n 27 jäsenvaltiossa kuoli ennenaikaisesti yli 70 μg/m3:n otsonille altistumisen vuoksi. Otsonille altistumisen vuoksi kuolleisuusaste oli vuonna 2020 suurin Albaniassa, Montenegrossa, Kreikassa, Bosnia ja Hertsegovinassa ja Pohjois-Makedoniassa (ETA,2022a). Vuodesta 2005 lähtien alailmakehän otsoniin liittyvässä kuolleisuudessa ei ole ollut erityistä suuntausta, ja vuosittainen vaihtelu riippuu pääasiassa kesälämpötiloista (Solberg et al., 2022).

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

Ennustetut vaikutukset

Tulevat alailmakehän otsonipitoisuudet

Otsonipitoisuuksien ja niiden huippuarvojen vuotuiseen vaihteluun vaikuttavat ilmakehän keskeisten parametrien meneillään olevat ja tulevat muutokset monimutkaisella tavalla (taulukko 1). Suurempi lämpöaaltojen todennäköisyys johtaa todennäköisesti alailmakehän otsonipitoisuuksien nousuun. Auringon säteilyn lisääntyminen ja kesälämpötilat nopeuttavat myös otsonin muodostumisen kemiallista prosessia. Lämpimämmät kesät lisäävät VOC-yhdisteiden (otsonin esiaste) päästöjä (Langner et al., 2012), mutta myös vähentävät ilmakehän korkeampia CO2-tasoja (Szopa et al., 2021). Kesällä yleisemmät maastopalot aiheuttavat sekä VOC- että CO-päästöjä (Parrington et al., 2013). Otsonin poistumista ilmakehästä kasvillisuuden imeytymisen kautta – mikä on kasveille haitallista – voidaan vähentää kasveihin kohdistuvalla lämpö- ja vesistressillä (Szopa et al., 2021). Samalla lisääntynyt kosteus lisää otsonin tuhoutumista alueilla, joilla typen oksidien määrä on alhainen, kuten Skandinavian merialueilla (Colette et al., 2015).

Taulukko 1: Tulevan ilmastonmuutoksen aikana mahdollisesti lisääntyvien sääparametrien valinta ja niiden vaikutus otsonitasoihin

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

Tulevan ilmastonmuutoksen odotetaan lisäävän otsonipitoisuuksia, mutta tämän lisäyksen ei pitäisi ylittää 5 μg/m3 päivittäisessä enimmäismäärässä vuosisadan puoliväliin mennessä, ja sen vuoksi otsonin lähtöaineiden suunnitelluista tulevista päästövähennyksistä johtuvat otsonitasojen vähennykset todennäköisesti kumoaisivat sen. Vuosisadan lopun ennusteet viittaavat kuitenkin siihen, että otsonipitoisuudet nousevat jopa 8 μg/m3. Vähennyksiä ennustetaan vain valtamerialueilla ja pohjoisimmilla alueilla (Brittiläiset saaret, Skandinavian ja Baltian maat) (kuvio 1).

Mallinnettu tulevaisuuden muutos kesäajan alailmakehän otsonipitoisuuksissa (päivittäiset enimmäispitoisuudet) 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 et al., 2019; Selin et al., 2009). Geels ym. (2015) arvioi, että pelkästään ilmastonmuutos lisää otsoniin liittyvien akuuttien ennenaikaisten kuolemien kokonaismäärää Euroopassa 15 prosenttia 2080-luvulle mennessä RCP 4.5 -ilmastoskenaariossa. Ilmastonmuutoksesta ja päästöjä edeltävistä muutoksista aiheutuvista otsoniin liittyvistä terveysvaikutuksista aiheutuvat nettomääräiset taloudellisen hyvinvoinnin menetykset (mukaan lukien kuolleisuus- ja vapaa-ajan menetykset) voisivat nousta 9,1 miljardiin euroon vuosina 2000–2050. Vaikutus päästöjen ennustettujen muutosten kustannuksiin ylittäisi suurelta osin ilmastovaikutuksen (Selin et al., 2009).

Poliittiset toimet

Seuranta, tavoitteet ja varoitukset

Vuoden 2008 ilmanlaatudirektiivin mukaan EU:n jäsenvaltiot ovat vastuussa alailmakehän otsonitietojen seurannasta ja raportoinnista Euroopan ympäristökeskukselle. Otsonipitoisuuksia seurataan tunnin välein lähes 2 000 asemalla eri puolilla Eurooppaa, mukaan lukien maaseudun, esikaupunkien ja kaupunkien tausta-asemat, väestön altistumisen dokumentoimiseksi. Otsonipitoisuuksia mitataan myös teollisuus- ja liikenneasemilla, jotka sijaitsevat lähellä päätietä tai teollisuusaluetta/-lähdettä.

Vuoden 2008 ilmanlaatudirektiivissä asetetaan otsonille tavoitearvo ja pitkän aikavälin tavoitearvo ihmisten terveyden suojelemiseksi. Taulukossa 2 esitetään yleiskatsaus direktiivissä vahvistettuihin alailmakehän otsonia koskeviin oikeudellisiin normeihin ihmisten ja ympäristön terveyden suojelemiseksi.

Taulukko 2 : Yleiskatsaus ilmakehän alailmakehän otsonin kynnysarvoihin ja tavoitearvoihin sekä pitkän aikavälin tavoitteisiin

^{* AOT40 (μg/m3 x h) on yli 80 μg/m3:n ja 80 μg/m3:n tuntipitoisuuksien välisen erotuksen summa tiettynä ajanjaksona, kun käytetään vain päivittäin klo 8.00–20.00 Keski-Euroopan aikaa (CET) mitattuja yhden tunnin arvoja.}

Vuoden 2008 ilmanlaatudirektiiviin sisältyy myös sääntelyvelvoitteita, joiden mukaan väestölle on tiedotettava suurista alailmakehän otsonipitoisuuksista (taulukko 2). Tiedotuksen kynnysarvo kuvastaa "tasoa, jonka ylittyessä lyhytaikainen altistuminen aiheuttaa riskin ihmisten terveydelle erityisen herkillä väestöryhmillä". Kun 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 toimintasuunnitelmia, jos tämä kynnysarvo ylittyy. Jäsenvaltioiden olisi ilmoitettava molempien kynnysarvojen ylittymisestä Euroopan komissiolle.

Tietoa vuotuisista otsonipitoisuuksista on saatavilla EEA:n ilmanlaatutilastojen katsojalta. Ajantasaista tietoa ilmanlaadusta on saatavilla Euroopan ympäristökeskuksen UTD-ilmanlaatumittarista ja Euroopan ilmanlaatuindeksistä. Copernicuksen ilmakehän seurantapalvelu tarjoaa neljän päivän ennusteen alailmakehän otsonipitoisuuksista. Useissa Euroopan maissa otsonipitoisuudet sisältyvät lämpöterveyttä koskeviin toimintasuunnitelmiin. Ks. esimerkki Belgiasta.

Pitoisuuden vähennykset

Maailman terveysjärjestö (WHO) julkaisi vuonna 2021 uudet ilmanlaatua koskevat suuntaviivat ihmisten terveyden suojelemiseksi ja päivitti vuoden 2005 ilmanlaatua koskevat suuntaviivat viimeisimmän tieteellisen näytön järjestelmällisen tarkastelun perusteella siitä, miten ilman pilaantuminen vahingoittaa ihmisten terveyttä. Euroopan komissio julkaisi lokakuussa 2022 ehdotuksen ilmanlaatudirektiivin tarkistamiseksi. Ehdotuksella 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 vapautetaan tästä muutoksesta tavoitearvosta raja-arvoon, 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 otsonia muodostavien aineiden päästöjä. Tätä kutsutaan otsonin aiheuttamaksi ilmastorangaistukseksi. Tämän ilmastorangaistuksen korvaaminen Euroopan mantereella edellyttäisi kunnianhimoisia hillitsemistoimenpiteitä (30–50 prosentin leikkauksia typen oksidien ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöihin). 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).