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

Kliknij na obrazek, aby uzyskać dostęp do czterodniowej prognozy ozonu na poziomie przyziemnym przez usługę monitorowania atmosfery programu Copernicus

Problemy zdrowotne

Ozon na poziomie przyziemnym wpływa na zdrowie człowieka poprzez upośledzenie funkcji oddechowych i sercowo-naczyniowych, co prowadzi do większej liczby przyjęć do szpitala, nieobecności w szkole i pracy, stosowania leków, a nawet przedwczesnej śmiertelności. Krótkotrwała ekspozycja na ozon wiąże się z objawami oddechowymi, zmniejszoną czynnością płuc i zapaleniem dróg oddechowych; długotrwałe narażenie na astmę pogarszającą się i zwiększoną częstość występowania udarów. W przeciwieństwie do szkodliwego wpływu ozonu troposferycznego lub przyziemnego – ozonu, którym oddychamy – ozon stratosferyczny jest korzystny dla zdrowia ludzkiego poprzez blokowanie promieniowania UV.

Obserwowane efekty

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 działalności transportowej i przemysłowej, która jest w dużej mierze związana z obszarami miejskimi. Tlenek węgla (CO) i metan (CH₄) emitowane przez źródła mieszkaniowe i rolnicze zwykle odgrywają niewielką rolę w tworzeniu ozonu. Prekursory ozonu mogą również mieć naturalne pochodzenie, takie jak biogenne emisje LZO, emisje NOx do gleby, emisje CO i biosfery metanu (Cooper i in., 2014; Mnisi i in., 2015).

Maksymalne stężenia ozonu zwykle występują dziesiątki kilometrów od obszarów miejskich, gdzie główne źródła prekursorów ozonu są, w przeciwieństwie do innych zanieczyszczeń powietrza (takich jak cząstki stałe i dwutlenek azotu), które w dużej mierze koncentrują się w miastach. Ponieważ fotochemiczne powstawanie ozonu trwa kilka godzin, wiatry mogą transportować pióropusz zanieczyszczenia przed utworzeniem ozonu. Ponadto niektóre gatunki NOx degradują ozon w określonych warunkach (tj. w pobliżu źródeł emisji, w nocy lub w zimie), co powoduje ogólnie niższe stężenie ozonu w centrach miast, w których emitowany jest NOx. Po uformowaniu ozon może być utrzymywany w atmosferze przez kilka dni lub tygodni, często przechodząc transport dalekobieżny lub transgraniczny. Niemniej jednak, również na obszarach miejskich – a zwłaszcza podmiejskich – można zaobserwować wysoki poziom ozonu.

Ponieważ wytwarzanie ozonu wymaga promieniowania słonecznego, stężenia ozonu zwykle osiągają codziennie maksymalnie kilka godzin po południu. Koncentracja następuje 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 ​​południowa Europa ma tendencję do wyższych stężeń ozonu niż Europa Północna (EOG, 2022a).

Koncentracje i narażenie ludności

Stwierdzono, żeroczne stężenia ozonu nieznacznie wzrosły w Europie w latach 2005–2019, podczas gdy najwyższe szczyty ozonu spadły (Solberg i in., 2022). W 2020 r. tylko 19 % wszystkich stacji monitorowania ozonu na poziomie przyziemnym 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 stężenie ozonu przekraczające wartość docelową UE dla ochrony zdrowia ludzkiego (maksymalna ośmiogodzinna średnia dobowa wynosząca 120 µg/m³) (EOG, 2022a). Odsetek ludności narażonej na działanie ozonu powierzchniowego powyżej poziomów docelowych UE wahał się między 64 % szczytem w 2003 r. a 9 % w 2014 r. (EOG, 2022b). Odsetek populacji narażonych na stężenia powyżej krótkoterminowej wartości orientacyjnej WHO z 2021 r. (maksymalnaśrednia ośmiogodzinna dobowa wynosząca 100 µg/m³) wahał się między 93 % a 98 % w okresie 2013–2020, bez tendencji spadkowej w czasie.

Wpływ na zdrowie

Wysoki poziom ozonu powoduje problemy z oddychaniem, wyzwala astmę, zmniejsza czynność płuc i powoduje choroby płuc (WHO, 2008). W 2019 r. 12 253 osoby w 23 krajach europejskich były hospitalizowane z chorobami układu oddechowego spowodowanymi lub zaostrzonymi przez ostrą ekspozycję na ozon. Obciążenie śmiertelnością i zachorowalnością spowodowane narażeniem na poziom ozonu jest zazwyczaj niższe w krajach Europy Północnej w porównaniu z resztą Europy (EOG, 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 /m 3^. Kraje o najwyższym wskaźniku śmiertelności w 2020 r. z powodu narażenia na ozon to Albania, Czarnogóra, Grecja, Bośnia i Hercegowina oraz Macedonia Północna, w kolejności malejącej rangi (EOG, 2022a). Od 2005 r. nie odnotowano żadnej szczególnej 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).

Oprócz bezpośrednich skutków zdrowotnych, ozon powierzchniowy jest wchłaniany przez stomatę roślin i może niekorzystnie wpływać na uprawy i plony leśne, co wpływa na podaż żywności. Szacuje się, że plony pszenicy w Europie zmniejszyły się do 9 % w 2019 r. Pod względem strat gospodarczych w 35 państwach utracono 1,4 mld EUR (EOG, 2022c).

Przewidywane efekty

Przyszłe stężenia ozonu w warstwie przyziemnej

Zmienność stężeń ozonu i jego wartości szczytowych zroku na rok mają wpływ na bieżące i przyszłe zmiany kluczowych parametrów atmosferycznych w sposób złożony (tabela 1). Większe prawdopodobieństwo wystąpienia fal upałów prawdopodobnie doprowadzi do wzrostu szczytów stężenia ozonu w warstwie przyziemnej. Zwiększone promieniowanie słoneczne i letnie temperatury przyspieszą również proces chemiczny powstawania ozonu. Emisja LZO (prekursor ozonu) zostanie zwiększona o cieplejsze lata (Langner i in., 2012), ale również zmniejszona o wyższe poziomy CO₂ w atmosferze (Szopa i in., 2021). Częstsze pożary w okresie letnim będą stanowić źródło zarówno emisji LZO, jak i CO (Parrington i in., 2013). Usuwanie ozonu z atmosfery poprzez wchłanianie przez roślinność – sama szkodliwa dla roślin – może być zmniejszone przez stres cieplny i wodny na roślinach (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 ze zmianą klimatu w przyszłości oraz ich wpływ na poziom ozonu

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

Oczekuje się, że przyszłe zmianyklimatu zwiększą stężenie ozonu, ale wzrost ten nie powinien przekroczyć 5 µg/m³ w ciągu dnia do połowy stulecia i w związku z tym prawdopodobnie zostanie przeważony przez redukcję poziomów ozonu ze względu na planowaną w przyszłości redukcję emisji prekursorów ozonu. Jednak prognozy z końca stulecia sugerują wzrost do 8 µg/m³ stężeń ozonu. Spadki są prognozowane tylko w odniesieniu do obszarów oceanicznych i najbardziej wysuniętych na północ (wyspy brytyjskie, skandynawskie i bałtyckie) (rysunek 1).

Rysunek 1. Modelowała przyszłe zmiany stężenia ozonu w okresie letnim (codziennie maksymalne) w Europie w połowie stulecia (po lewej) i pod koniec stulecia (po prawej). Źródło: ETC/ACM (2015)

Wpływ na zdrowie

Przewiduje się, że śmiertelność związana z ostrym narażeniem 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 et al. (2015 r.) oszacowano, że sama zmiana klimatu doprowadzi do 15 % wzrostuliczby przedwczesnych zgonów spowodowanych ozonem w Europie w latach 80. w ramach scenariusza klimatycznego 4,5 RCP. Straty netto w zakresie dobrobytu ekonomicznego (w tym koszty śmiertelności i straty w czasie wypoczynku) wynikające ze zmian klimatu i emisji prekursorów w związku ze zmianami klimatu i emisji prekursorów mogą skumulować się do 9,1 mld EUR w latach 2000–2050. Wpływ na koszty przewidywanych zmian emisji w dużej mierze przewyższyłby wpływ na klimat (Selin i in., 2009).

OdpowiedziPolicy

Monitorowanie, cele i ostrzeżenia

Zgodnie z dyrektywą w sprawie jakości powietrza z 2008 r. europejskie państwa członkowskie są odpowiedzialne za monitorowanie i przekazywanie Europejskiej Agencji Środowiska danych dotyczących ozonu na poziomie przyziemnym. Monitorowanie godzinowych stężeń ozonu odbywa się na prawie 2000 stacjach w całej Europie, w tym na wiejskich, podmiejskich i miejskich stacjach tła – w celu udokumentowania narażenia ludności. Stężenia ozonu są również mierzone na stacjach przemysłowych i drogowych, znajdujących się w pobliżu głównej drogi lub obszaru przemysłowego/źródła.

Dyrektywa w sprawie jakości powietrza z 2008 r. określawartość docelową i długofalową wartość obiektywną dla ozonu dla ochrony zdrowia ludzkiego. Przegląd norm prawnych dotyczących ozonu przyziemnego określonych w dyrektywie w celu ochrony zdrowia ludzi i środowiska przedstawiono w tabeli 2.

Tabela 2: Przegląd wartości progowych i docelowych oraz celów długoterminowych w odniesieniu do atmosferycznego ozonu w warstwie przyziemnej

^{* AOT40 (µg/m³ x godziny) jest sumą różnicy między stężeniami godzinowymi większymi niż 80 µg/m³ i 80 µg/m³ w danym okresie, stosując tylko wartości 1-godzinne zmierzone między 8.00 a 20.00 czasu środkowoeuropejskiego (CET) każdego dnia}

Dyrektywa w sprawie jakości powietrza z 2008 r. zawiera równieżobowiązki regulacyjne w zakresie informowania ludności o wysokim stężeniu ozonu w warstwie przyziemnej (tabela 2). Próg informacyjny odzwierciedla „poziom, powyżej którego istnieje ryzyko dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkiego narażenia w przypadku szczególnie wrażliwych grup ludności”. Po przekroczeniu progu organy krajowe są zobowiązane do informowania społeczeństwa. Próg ostrzegania odzwierciedla „poziom, powyżej którego istnieje ryzyko dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkiego narażenia ogółu ludności”. Organy krajowe są zobowiązane do informowania społeczeństwa, udzielania porad i wdrażania krótkoterminowych planów działania w przypadku przekroczenia tego progu. Przekroczenie obu progów powinno być zgłaszane Komisji Europejskiej przez państwa członkowskie.

Informacje na temat rocznych stężeń ozonu są dostępne w przeglądzie statystyk dotyczących jakości powietrza w EOG. Aktualne informacje na temat jakości powietrza są dostępne w przeglądarce UTD EEA oraz za pośrednictwem europejskiego wskaźnika jakości powietrza. Usługa monitorowania atmosfery Copernicus zapewnia czterodniową prognozę stężeń ozonu na poziomie przyziemnym. W kilku krajach europejskich poziomy stężenia ozonu są uwzględnione w planach działania na rzecz zdrowia cieplnego. Zobacz przykład z Belgii.

Redukcja stężeń

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 temat tego, w jaki sposób zanieczyszczenie powietrza szkodzi zdrowiu ludzkiemu. Komisja Europejska opublikowała wniosek dotyczący przeglądu dyrektywy w sprawie jakości powietrza w październiku 2022 r., która ściślej 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 do dopuszczalnej ze względu na złożone cechy jego powstawania w atmosferze, które komplikują zadanie oceny wykonalności przestrzegania ścisłych wartości dopuszczalnych.

Skutki zmiany klimatu pogłębiające powstawanie ozonu mogłyby częściowo zrównoważyć wysiłki na rzecz ograniczenia emisji prekursorów ozonu. Nazywa się to karą klimatyczną ozonu. Zrekompensowanie tej kary klimatycznej w stosunku do kontynentu europejskiego wymagałoby ambitnych środków łagodzących (30–50 % redukcji emisji NOx i LZO). W dłuższej perspektywie redukcja emisji metanu może również skutecznie zmniejszyć powstawanie ozonu. Ponieważ metan jest również ważnym gazem cieplarnianym, jego redukcja przynosi również korzyści łagodzeniu zmiany klimatu (UNEP, 2021; JRC, 2018 R.).

Referencje

• Colette, A. i in., 2013, Europejska atmosfera w 2050 r., regionalna perspektywa jakości powietrza i klimatu w ramach scenariuszy CMIP5, Atmos. To jest Chem. To jest Phys. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. et al., 2015, Czy kara klimatyczna ozonu jest solidna w Europie?, Environmental Research Letters 10(8), 084015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/084015
• Cooper, O.R. et al., 2014, Globalna dystrybucja i trendy ozonu troposferycznego: Przegląd oparty na obserwacjach, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• EEA, 2022a, Jakość powietrza w Europie 2022, briefing nr 05/2022. Sprawozdanie internetowe Europejskiej Agencji Środowiska
• EEA, 2022b, Przekroczenie norm jakości powietrza w Europie. Europejska Agencja Środowiska
• EEA, 2022c, Wpływ zanieczyszczenia powietrza na ekosystemy, sprawozdanie Europejskiej Agencji Środowiska
• Etc/ACM, 2015, Modelowana przyszła zmiana stężenia ozonu na powierzchni w okresie letnim
• Geels, C. et al., 2015, Przyszła przedwczesna śmiertelność z powodu zanieczyszczenia powietrza w Europie – wrażliwość na zmiany klimatu, emisje antropogeniczne, populacja i zasoby budowlane, International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837-2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837
• Jacob D.J. i zwycięzca D.A., 2009, Wpływ zmian klimatu na jakość powietrza, Środowisko atmosferyczne 43, 51-63. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.09.051
• JRC, 2018, Globalne trendy emisji metanu i ich wpływ na stężenie ozonu, Wspólne Centrum Badawcze, Komisja Europejska.
• Langner J., et al., 2012, Wielomodelowe badanie wpływu zmian klimatu na ozon powierzchniowy w Europie, chemia atmosferyczna i fizyka 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012
• Lin, M. et al., 2020, Warzywa zwrotne podczas suszy pogłębiają ekstremalne zanieczyszczenie powietrza ozonu w Europie, Nature Climate Change 10, 444-451. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0743-y
• Mnisi, P.S., et al., 2015, Tropospheric ozon i jego prekursory od skali miejskiej do globalnej skali od jakości powietrza do krótkotrwałego forcera klimatycznego, chemii i fizyki atmosfery 15, 8889-8973. https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015
• Orru H., et al., 2019, Ozon i śmiertelność związana z ciepłem w Europie w 2050 r. znacząco dotknięta zmianami klimatu, populacji i emisji gazów cieplarnianych, Listy badań środowiskowych 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9
• Parrington, M., et al., 2013, fotochemia ozonowa w pióropuszach spalania biomasy borealnej, chemia atmosferyczna i fizyka 13, 7321-7341. https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013
• Selin, N.E., et al., 2009, Global health and economic impact of future ozon pollution, Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/4/044014
• Solberg, S. i in., 2021, Długoterminowe tendencje zanieczyszczeń powietrza na poziomie krajowym 2005–2019, ETC/ATNI Report 9/2021
• Szopa, S., et al., 2021, Short-Lived Climate Forcers. W języku angielskim: Masson-Delmotte V. et al., 2021, Climate Change 2021: Podstawy nauki fizycznej. Wkład grupy roboczej I do szóstego sprawozdania oceniającego Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu.
• The Royal Society, 2008, Przyziemny poziom ozonu w XXI wieku: przyszłe trendy, skutki i implikacje polityczne, The Royal Society Policy Document
• UNEP, 2021, Globalna ocena metanu: Korzyści i koszty ograniczenia emisji metanu. UNEP CCAC
• WHO Europe, 2008, Zagrożenia zdrowotne związane z ozonem wynikającym z transgranicznego zanieczyszczania powietrza na dalekie odległości. Biuro Regionalne Światowej Organizacji Zdrowia dla Europy
  
  

Linki do dalszych informacji

• Prognoza ozonu w warstwie przyziemnej
  
  

• Status jakości powietrza w Europie 2022
  
  

• Przeglądarka statystyk dotyczących jakości powietrza w EOG
  
  

• Aktualna przeglądarka danych dotyczących jakości powietrzaw EEA
  
  

• Pozycje w katalogu zasobów