Wpływ ozonu w warstwie przyziemnej na zdrowie ludzi w zmieniającym się klimacie

Kliknij na zdjęcie, aby uzyskać dostęp do czterodniowej prognozy ozonu w warstwie przyziemnej w ramach usługi programu Copernicus w zakresie monitorowania atmosfery

Kwestie zdrowotne

Ozon w warstwie przyziemnej wpływa na zdrowie ludzi poprzez upośledzenie funkcji układu oddechowego i sercowo-naczyniowego, co prowadzi do większej liczby przyjęć do szpitala, nieobecności w szkole i pracy, stosowania leków, a nawet przedwczesnej śmiertelności. Krótkotrwałe narażenie na działanie ozonu wiąże się z objawami ze strony układu oddechowego, zmniejszoną czynnością płuc i zapaleniem dróg oddechowych; długotrwała ekspozycja na zaostrzoną astmę i zwiększoną częstość występowania udarów mózgu. W przeciwieństwie do szkodliwego wpływu ozonu troposferycznego lub przyziemnego – ozonu, którym oddychamy – ozon stratosferyczny jest korzystny dla zdrowia ludzkiego poprzez blokowanie promieniowania UV.

Obserwowane skutki

Powstawanie ozonu w warstwie przyziemnej i jego wrażliwość meteorologiczna

Ozon powierzchniowy (O₃₎jest zanieczyszczeniem wtórnym wytwarzanym w atmosferze w obecności światła słonecznego i prekursorów chemicznych. Głównymi prekursorami ozonu są tlenki azotu (NOx) i lotne związki organiczne (LZO), które pochodzą głównie z transportu i działalności przemysłowej, które są w dużej mierze związane z obszarami miejskimi. Tlenek węgla (CO) i metan (CH₄₎emitowane ze źródeł mieszkaniowych i rolniczych zwykle odgrywają niewielką rolę w tworzeniu ozonu. Prekursory ozonu mogą mieć również naturalne pochodzenie, takie jak biogeniczne emisje LZO, emisje NOx z gleby, emisje CO z pożarów lasów i emisje metanu z biosfery (Cooper i in., 2014; Mnisi i in., 2015).

Maksymalne stężenie ozonu występuje zazwyczaj w odległości kilkudziesięciu kilometrów od obszarów miejskich, gdzie znajdują się główne źródła prekursorów ozonu, w przeciwieństwie do innych zanieczyszczeń powietrza (takich jak cząstki stałe i dwutlenek azotu), które w dużej mierze koncentrują się w miastach. Ponieważ fotochemiczne tworzenie się ozonu trwa kilka godzin, wiatry mogą transportować smugi zanieczyszczeń przed powstaniem ozonu. Ponadto niektóre gatunki NOx ulegają degradacji ozonu w określonych warunkach (tj. w pobliżu źródeł emisji, w nocy lub zimą), co skutkuje ogólnie niższym stężeniem ozonu w centrach miast, w których emitowane są NOx. Po uformowaniu ozon można utrzymywać w atmosferze przez kilka dni lub tygodni, często przechodząc transport dalekosiężny lub transgraniczny. Niemniej jednak, również na obszarach miejskich - a zwłaszcza podmiejskich - można zaobserwować wysoki poziom ozonu.

Ponieważ generowanie ozonu wymaga promieniowania słonecznego, stężenia ozonu zazwyczaj osiągają dzienne maksimum kilka godzin po południu. Koncentracje następują również po wyraźnym cyklu sezonowym, który w Europie osiąga szczyt między wczesną wiosną a późnym latem. Zależność od światła słonecznego sprawia, że ozon jest bardzo wrażliwy na zmienność meteorologiczną i klimatyczną. Wahania ozonu z roku na rok zależą w dużej mierze od tego, jak ciepłe i suche jest lato; intensywne fale upałów mogą prowadzić do szczytowych wartości ozonu. Związek ze światłem słonecznym oznacza, że w Europie Południowej występuje zazwyczaj wyższe stężenie ozonu niż w Europie Północnej (EEA,2022a).

Stężenia i narażenie ludności

Stwierdzono, że roczne stężenie ozonu nieznacznie wzrosło w Europie w latach 2005–2019, podczas gdy najwyższe szczyty ozonu spadły (Solberg i in., 2022). W 2020 r. jedynie 19 % wszystkich stacji monitorowania ozonu w warstwie przyziemnej w całej Europie osiągnęło długoterminowy cel określony w dyrektywie w sprawie jakości powietrza z 2008 r., zgodnie z którym maksymalna dzienna średnia ośmiogodzinna nie może przekroczyć 120 mikrogramów na metr sześcienny (μg/m3)w ciągu roku kalendarzowego. W całej Europie 21 państw, w tym 15 państw członkowskich UE, zarejestrowało stężenia ozonu przekraczające wartość docelową UE w zakresie ochrony zdrowia ludzkiego (maksymalna dzienna średnia ośmiogodzinna wynosząca 120 μg/m3)(EEA, 2022a). Odsetek ludności narażonej na działanie ozonu powierzchniowego powyżej poziomów docelowych UE wahał się od 64 % w 2003 r. do 9 % w 2014 r. (EEA, 2022b). Odsetek populacji narażonej na stężenia powyżej krótkoterminowej wartości zalecanej WHO na 2021 r. (maksymalna dzienna średnia ośmiogodzinna wynosząca 100 μg/m3)wahał się między 93 % a 98 % w latach 2013–2020, bez tendencji spadkowej w czasie.

Wpływ na zdrowie

Wysoki poziom ozonu powoduje problemy z oddychaniem, wywołuje astmę, zmniejsza czynność płuc i powoduje choroby płuc (WHO, 2008). W 2019 r. 12 253 osoby w 23 krajach europejskich hospitalizowano z powodu chorób układu oddechowego spowodowanych lub zaostrzonych przez ostrą ekspozycję na ozon. Obciążenie związane ze śmiertelnością i zachorowalnością spowodowane narażeniem na poziomy ozonu jest zazwyczaj niższe w krajach Europy Północnej w porównaniu z resztą Europy (EEA,2022a). Szacuje się, że w 2020 r. 24 000 osób w 27 państwach członkowskich UE zmarło przedwcześnie z powodu ostrego narażenia na ozon powyżej 70 μg/m3. Państwami o najwyższych wskaźnikach śmiertelności w 2020 r. z powodu narażenia na ozon były Albania, Czarnogóra, Grecja, Bośnia i Hercegowina oraz Macedonia Północna, w kolejności malejącej (EEA, 2022a). Od 2005 r. nie odnotowano konkretnej tendencji w zakresie śmiertelności związanej z ozonem w warstwie przyziemnej, a zmienność z roku na rok zależy głównie od temperatur letnich (Solberg i in., 2022).

Poza bezpośrednimi skutkami zdrowotnymi ozon powierzchniowy jest wchłaniany przez szparki roślin i może niekorzystnie wpływać na plony roślin uprawnych i leśnych, co wpływa na zaopatrzenie w żywność. Szacuje się, że plony pszenicy w Europie zmniejszą się w 2019 r. do 9 %. Jeśli chodzi o straty gospodarcze, w 35 państwach utracono 1,4 mld EUR (EEA, 2022c).

Przewidywane skutki

Przyszłe stężenia ozonu w warstwie przyziemnej

Na zmienność z roku na rok stężeń ozonu i jego wartości szczytowe mają wpływ trwające i przyszłe zmiany kluczowych parametrów atmosferycznych w złożony sposób (tabela 1). Większe prawdopodobieństwo fal upałów prawdopodobnie doprowadzi do wzrostu szczytowych stężeń ozonu w warstwie przyziemnej. Zwiększone promieniowanie słoneczne i temperatury w okresie letnim przyspieszą również proces chemiczny powstawania ozonu. Emisja LZO (prekursora ozonu) zostanie zwiększona przez cieplejsze lata (Langner i in., 2012), ale również zmniejszona przez wyższe poziomy CO₂ w atmosferze (Szopa i in., 2021). Częstsze pożary lasów w okresie letnim będą stanowić źródło zarówno emisji LZO, jak i CO (Parrington i in., 2013). Usuwanie ozonu z atmosfery poprzez absorpcję przez roślinność – która sama w sobie jest szkodliwa dla roślin – można ograniczyć przez deficyt ciepła i wody u roślin (Szopa i in., 2021). Jednocześnie zwiększona wilgotność zwiększy niszczenie ozonu na obszarach o niskiej zawartości NOx, takich jak obszary morskie w Skandynawii (Colette i in., 2015).

Tabela 1: Wybór parametrów meteorologicznych, które mogą wzrosnąć w związku z przyszłymi zmianami klimatu i ich wpływem na poziomy ozonu

^{Źródło: Adaptacja Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) i Lin et al. (2020)}

Oczekuje się, że przyszłe zmiany klimatu zwiększą stężenie ozonu, ale wzrost ten nie powinien przekroczyć 5 μg/m3 dziennego maksimum do połowy stulecia, a zatem prawdopodobnie przeważyłyby nad nim redukcje poziomów ozonu ze względu na planowane przyszłe redukcje emisji prekursorów ozonu. Prognozy z końca stulecia sugerują jednak wzrost stężenia ozonu nawet o 8 μg/m3. Spadki prognozuje się tylko na obszarach oceanicznych i najbardziej wysuniętych na północ (Wyspy Brytyjskie, kraje skandynawskie i bałtyckie) (wykres 1).

Rysunek 1. Modelowanie przyszłych zmian stężenia ozonu w warstwie przyziemnej w okresie letnim (maksymalne dzienne stężenie ozonu) w Europie w połowie stulecia (po lewej) i pod koniec stulecia (po prawej). Źródło: ETC/ACM (2015)

Wpływ na zdrowie

Oczekuje się, że śmiertelność związana z ostrą ekspozycją na ozon wzrośnie z powodu zmiany klimatu do 2050 r., zwłaszcza w Europie Środkowej i Południowej (Orru i in., 2019; Selin i in., 2009). Geels i wsp. (2015) oszacowano, że sama zmiana klimatu doprowadzi do 15-procentowego wzrostu całkowitej liczby ostrych przedwczesnych zgonów związanych z ozonem w Europie do 2080 r. w ramach scenariusza klimatycznego RCP 4.5. Straty dobrobytu gospodarczego netto (w tym koszty śmiertelności i straty czasu wolnego) spowodowane skutkami zdrowotnymi ozonu wynikającymi ze zmian klimatu i emisji prekursorów mogą w latach 2000–2050 wynieść 9,1 mld EUR. Wpływ na koszty przewidywanych zmian emisji w znacznym stopniu przewyższyłby wpływ na klimat (Selin i in., 2009).

Odpowiedź Policy

Monitorowanie, cele i ostrzeżenia

Zgodnie z dyrektywą w sprawie jakości powietrza z 2008 r. państwa członkowskie UE są odpowiedzialne za monitorowanie i przekazywanie Europejskiej Agencji Środowiska danych dotyczących ozonu w warstwie przyziemnej. Monitorowanie godzinowych stężeń ozonu odbywa się na prawie 2000 stacjach w całej Europie, w tym na stacjach tła wiejskiego, podmiejskiego i miejskiego, w celu udokumentowania narażenia ludności. Stężenie ozonu mierzy się również na stacjach przemysłowych i drogowych, znajdujących się w bliskiej odległości od głównej drogi lub obszaru przemysłowego/źródła.

W dyrektywie w sprawie jakości powietrza z 2008 r. określono wartość docelową i długoterminową wartość docelową dla ozonu w celu ochrony zdrowia ludzkiego. Przegląd norm prawnych dotyczących ozonu w warstwie przyziemnej określonych w dyrektywie w celu ochrony zdrowia ludzi i środowiska przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2: Przegląd wartości progowych i docelowych oraz celów długoterminowych dotyczących ozonu w warstwie przyziemnej atmosfery

^{* AOT40 (μg/m3 x godzina) jest sumą różnicy między godzinowymi stężeniami większymi niż 80 μg/m3 i 80 μg/m3 w danym okresie, przy użyciu tylko wartości jednogodzinnych zmierzonych między godziną 8.00 a 20.00 czasu środkowoeuropejskiego (CET) każdego dnia.}

Dyrektywa w sprawie jakości powietrza z 2008 r. zawiera również obowiązki regulacyjne w zakresie informowania ludności o wysokich stężeniach ozonu w warstwie przyziemnej (tabela 2). Próg informowania odzwierciedla "poziom, powyżej którego istnieje zagrożenie dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkotrwałego narażenia szczególnie wrażliwych grup ludności". W przypadku przekroczenia progu organy krajowe są zobowiązane do informowania opinii publicznej. Próg alarmowy odzwierciedla "poziom, powyżej którego istnieje ryzyko dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkotrwałego narażenia ogółu ludności". Organy krajowe są zobowiązane do informowania społeczeństwa, udzielania porad i wdrażania planów działań krótkoterminowych w przypadku przekroczenia tego progu. Przekroczenie obu progów powinno być zgłaszane przez państwa członkowskie Komisji Europejskiej.

Informacje na temat rocznych stężeń ozonu są dostępne na stronie internetowej EEA poświęconej statystykom jakości powietrza. Aktualne informacje na temat jakości powietrza są dostępne na stronie internetowej EEA poświęconej jakości powietrza UTD oraz za pośrednictwem europejskiego wskaźnika jakości powietrza. Usługa programu Copernicus w zakresie monitorowania atmosfery zapewnia 4-dniową prognozę stężeń ozonu w warstwie przyziemnej. W kilku krajach europejskich poziomy stężenia ozonu są uwzględnione w planach działania dotyczących zdrowia cieplnego. Zob. przykład z Belgii tutaj.

Redukcja stężenia

W 2021 r. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) opublikowała nowe wytyczne dotyczące jakości powietrza w celu ochrony zdrowia ludzkiego, aktualizując wytyczne dotyczące jakości powietrza z 2005 r. na podstawie systematycznego przeglądu najnowszych dowodów naukowych na to, w jaki sposób zanieczyszczenie powietrza szkodzi zdrowiu ludzkiemu. W październiku 2022 r. Komisja Europejska opublikowała wniosek dotyczący przeglądu dyrektywy w sprawie jakości powietrza, który w większym stopniu dostosowuje unijne normy jakości powietrza do zaleceń WHO z 2021 r. i wprowadza wartości dopuszczalne dla wszystkich zanieczyszczeń powietrza podlegających obecnie wartościom docelowym, z wyjątkiem ozonu. Ozon jest zwolniony z tej zmiany z wartości docelowej na wartość dopuszczalną ze względu na złożone cechy jego powstawania w atmosferze, które komplikują zadanie oceny wykonalności przestrzegania ścisłych wartości dopuszczalnych.

Skutki zmiany klimatu zaostrzające powstawanie ozonu mogłyby częściowo zrównoważyć wysiłki na rzecz ograniczenia emisji prekursorów ozonu. Nazywa się to karą klimatyczną za ozon. Rekompensata tej kary klimatycznej w stosunku do kontynentu europejskiego wymagałaby ambitnych środków łagodzących (redukcja emisji NOx i LZO o 30–50 %). W dłuższej perspektywie redukcja emisji metanu może również skutecznie ograniczyć powstawanie ozonu. Ponieważ metan jest również ważnym gazem cieplarnianym, jego redukcja jest również korzystna dla łagodzenia zmiany klimatu (UNEP, 2021; JRC, 2018 r.).

Odniesienia

• Colette, A. i in., 2013, European atmosphere in 2050, a regional air quality and climate perspective under CMIP5 scenarios [Europejska atmosfera w 2050 r., regionalna perspektywa jakości powietrza i klimatu w ramach scenariuszy CMIP5], Atmos. Chemia. Zdrowy rozsądek. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. i in., 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. i in., 2014, Global distribution and trends of tropospheric ozone: Przegląd oparty na obserwacji, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• EEA, 2022a, Air quality in Europe 2022 [Jakość powietrza w Europie w 2022 r.], briefing nr 05/2022. Sprawozdanie internetowe Europejskiej Agencji Środowiska
• EEA, 2022b, „Exceedance of air quality standards in Europe” [Przekroczenie norm jakości powietrza w Europie]. Europejska Agencja Środowiska
• EEA, 2022c, Impacts of air pollution on ecosystems [Wpływ zanieczyszczenia powietrza na ekosystemy], sprawozdanie internetowe Europejskiej Agencji Środowiska
• ETC/ACM, 2015, Modelowane przyszłe zmiany stężenia ozonu na powierzchni w okresie letnim
• Geels, C. i in., 2015, Future early mortality due to air pollution in Europe –sensitivity to changes in climate, anthropogenic emissions, population and building stock [Przyszła przedwczesna śmiertelność spowodowana zanieczyszczeniem powietrza w Europie – wrażliwość na zmiany klimatu, emisje antropogeniczne, ludność i zasoby budowlane], International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837-2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837
• Jacob D.J. i Winner D.A., 2009, Wpływ zmian klimatu na jakość powietrza, 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 [Globalne tendencje w zakresie emisji metanu i ich wpływ na stężenia ozonu], Wspólne Centrum Badawcze, Komisja Europejska.
• Langner, J. i in., 2012, A multi-model study of impacts of climate change on surface ozone in Europe [Multimodelowe badanie wpływu zmiany klimatu na ozon powierzchniowy w Europie], Atmospheric Chemistry and Physics 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012.
• Lin, M. i in., 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. i in., 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.
• Orru, H. i in., 2019, Ozone and heat-related mortality in Europe in 2050 significant affected by changes in climate, population and greenhouse gas emission [Ozon i śmiertelność związana z ciepłem w Europie w 2050 r. w znacznym stopniu dotknięta zmianami klimatu, ludności i emisji gazów cieplarnianych], Environmental Research Letters 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9.
• Parrington, M. i in., 2013, Fotochemia ozonowa w smugach spalania biomasy borealnej, Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7321-7341. https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013
• Selin, N.E. i in., 2009, Global health and economic impacts of future ozone pollution [Globalne skutki zdrowotne i gospodarcze przyszłego zanieczyszczenia ozonem], Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/044014
• Solberg, S. i in., 2021, Long-term trends of air pollutants at national level 2005-2019 [Długoterminowe tendencje w zakresie zanieczyszczeń powietrza na poziomie krajowym w latach 2005–2019], sprawozdanie ETC/ATNI 9/2021.
• Szopa, S. i in., 2021, Short-Lived Climate Forcers. w: Masson-Delmotte V. i in., 2021, Climate Change 2021: Podstawy fizyki. Wkład grupy roboczej I w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu.
• Towarzystwo Królewskie, 2008, Ozon w warstwie przyziemnej w XXI wieku: przyszłe tendencje, skutki i implikacje polityczne, The Royal Society Policy Document
• UNEP, 2021 r., Global Methane Assessment: Korzyści i koszty związane z ograniczeniem emisji metanu. UNEP CCAC
• WHO Europe, 2008, Health Risks of Ozone from Long-range Transborder Air Pollution [Zagrożenia dla zdrowia związane z ozonem w wyniku transgranicznego zanieczyszczenia powietrza na dalekie odległości]. Biuro Regionalne Światowej Organizacji Zdrowia dla Europy
  
  

Linki do dalszych informacji

• Prognoza dotycząca ozonu w warstwie przyziemnej
  
  

• Stan jakości powietrza w Europie w 2023 r.
  
  

• Przeglądarka statystyk EEA dotyczących jakości powietrza
  
  

• Aktualna przeglądarka danych EEA dotyczących jakości powietrza
  
  

• Pozycje w katalogu zasobów