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

Fnasza dzisiejsza prognoza dotycząca ozonu w warstwie przyziemnej
^{Źródło: Usługa monitorowania atmosfery programu Copernicus (CAMS)}
Kliknij na obrazek, aby uzyskać dostęp do prognozy

Kwestie zdrowotne

Ozon w warstwie przyziemnej wpływa na zdrowie człowieka 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; długotrwałe narażenie na zaostrzoną astmę i zwiększoną częstość występowania udarów. W przeciwieństwie do szkodliwego wpływu ozonu troposferycznego lub ozonu w warstwie przyziemnej – ozonu, którym oddychamy – ozon stratosferyczny jest korzystny dla zdrowia ludzkiego, ponieważ blokuje promieniowanie UV.

Obserwowane efekty

Tworzenie się ozonu w warstwie przyziemnej i jego czułość 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 (VOC), które pochodzą głównie z transportu i działalności przemysłowej, które są w dużej mierze związane z obszarami miejskimi. Tlenek węgla (CO) i metan (CH₄) emitowane przez źródła mieszkaniowe i rolnicze odgrywają zazwyczaj niewielką rolę w tworzeniu się ozonu. Prekursory ozonu mogą również mieć 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 stężenia ozonu występują zazwyczaj dziesiątki 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 ozonu trwa kilka godzin, wiatry mogą transportować pióropusz zanieczyszczenia przed powstaniem ozonu. Ponadto niektóre gatunki NOx degradują ozon w określonych warunkach (tj. w pobliżu źródeł emisji, w nocy lub zimą), co skutkuje ogólnie niższym stężeniem ozonu w centrach miast, w których emitowany jest NOx. Po utworzeniu ozon może być utrzymywany w atmosferze przez dni do tygodni, często poddawany transportowi na dalekie odległości lub transgranicznemu. Niemniej jednak również na obszarach miejskich, a zwłaszcza podmiejskich, można zaobserwować wysoki poziom ozonu.

Ponieważ wytwarzanie ozonu wymaga promieniowania słonecznego, stężenia ozonu zwykle osiągają maksimum dzienne kilka godzin po południu. Stężenia występują 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 zwykle wyższe stężenie ozonu niż północna Europa (EEA, 2022a).

Stężenia i narażenie ludności

Stwierdzono, że roczne 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 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 przekraczać 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 między szczytowym poziomem 64 % w 2003 r. a 9 % w 2014 r. (EEA, 2022b). Odsetek populacji narażonej na stężenia przekraczające krótkoterminową wartość wytyczną WHO z 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

Wysokie poziomy ozonu powodują problemy z oddychaniem, wywołują astmę, zmniejszają czynność płuc i powodują choroby płuc (WHO, 2008). W 2019 r. 12 253 osoby w 23 państwach europejskich były hospitalizowane z powodu chorób układu oddechowego spowodowanych lub zaostrzonych przez ostre narażenie na działanie ozonu. Obciążenie 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 działanie ozonu powyżej 70 μg/m3. Państwami o najwyższym wskaźniku śmiertelności w 2020 r. z powodu narażenia na działanie ozonu były Albania, Czarnogóra, Grecja, Bośnia i Hercegowina oraz Macedonia Północna, w kolejności malejącej (EEA, 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 w okresie letnim (Solberg i in., 2022).

Oprócz bezpośredniego wpływu na zdrowie, ozon powierzchniowy jest wchłaniany przez błonę śluzową roślin i może niekorzystnie wpływać na plony roślin uprawnych i leśnych, co wpływa na zaopatrzenie w żywność. Szacuje się, że w 2019 r. plony pszenicy w Europie zmniejszyły się do 9 %. Jeżeli chodzi o straty gospodarcze, w 35 państwach utracono 1,4 mld EUR (EEA, 2022c).

Przewidywane efekty

Przyszłe stężenia ozonu w warstwie przyziemnej

Na zmienność z roku na rok stężeń ozonu i jego wartości szczytowych w złożony sposób wpływają bieżące i przyszłe zmiany kluczowych parametrów atmosferycznych (tabela 1). Większe prawdopodobieństwo fal upałów prawdopodobnie doprowadzi do wzrostu szczytów stężenia ozonu w warstwie przyziemnej. Zwiększone promieniowanie słoneczne i temperatury w okresie letnim przyspieszą również chemiczny proces tworzenia się ozonu. Emisja LZO (prekursora 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 absorpcję przez roślinność – która sama w sobie jest szkodliwa dla roślin – można ograniczyć poprzez deficyt ciepła i wody w 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 z przyszłymi zmianami klimatu, oraz ich wpływ na poziom ozonu

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

Oczekuje się, że w przyszłości 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. Jednak prognozy z końca stulecia sugerują wzrost stężenia ozonu nawet o 8 μg/m3. Spadki prognozowane są jedynie na obszarach oceanicznych i najbardziej wysuniętych na północ (Wyspy Brytyjskie, kraje skandynawskie i bałtyckie) (wykres 1).

Rysunek 1. Modelowane przyszłe zmiany stężeń ozonu w warstwie przyziemnej w okresie letnim (maksymalne wartości dzienne) w Europie w połowie stulecia (po lewej) i pod koniec stulecia (po prawej). Źródło: ETC/ACM (2015 r.)

Wpływ na zdrowie

Oczekuje 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 i wsp. (2015) oszacował, 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 rekreacyjne) wynikające z wpływu zmian klimatu i emisji prekursorów na zdrowie związane z ozonem mogą w latach 2000–2050 osiągnąć wartość 9,1 mld EUR. Wpływ na koszty przewidywanych zmian emisji w znacznym stopniu przewyższyłby wpływ na klimat (Selin i in., 2009).

OdpowiedziP olicy

Monitorowanie, cele i ostrzeżenia

Na mocy dyrektywy 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 godzinowego stężenia ozonu odbywa się na prawie 2000 stacjach w całej Europie, w tym na stacjach tła wiejskiego, podmiejskiego i miejskiego – w celu udokumentowania narażenia ludności. Stężenia ozonu są również mierzone 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 obiektywną 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 godziny) jest sumą różnicy między stężeniami godzinowymi większymi niż 80 μg/m3 i 80 μg/m3 w danym okresie, przy użyciu wyłącznie wartości jednogodzinnych zmierzonych między 8:00 a 20:00 czasu środkowoeuropejskiego (CET) każdego dnia}

Dyrektywa w sprawie jakości powietrza z 2008 r. zawiera również obowiązki regulacyjne dotyczące informowania ludności o wysokich stężeniach ozonu w warstwie przyziemnej (tabela 2). Próg informowania odzwierciedla "poziom, powyżej którego istnieje ryzyko dla zdrowia ludzkiego wynikające z krótkotrwałego narażenia szczególnie wrażliwych grup ludności". W przypadku przekroczenia progu organy krajowe są zobowiązane do poinformowania 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. Państwa członkowskie powinny zgłaszać Komisji Europejskiej przekroczenie obu progów.

Informacje na temat rocznych stężeń ozonu są dostępne w przeglądarce statystyk jakości powietrza EEA. Aktualne informacje na temat jakości powietrza są dostępne w przeglądarce jakości powietrza UTD EEA 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 w zakresie zdrowia cieplnego. Zob. przykład z Belgii tutaj.

Zmniejszenie 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, w którym dostosowano unijne normy jakości powietrza do zaleceń WHO z 2021 r. i wprowadzono wartości dopuszczalne dla wszystkich zanieczyszczeń powietrza podlegających obecnie wartościom docelowym, z wyjątkiem ozonu. Ozon jest zwolniony z tej zmiany z wartości docelowej na dopuszczalną ze względu na złożone cechy jego powstawania w atmosferze, które komplikują zadanie oceny wykonalności przestrzegania ścisłych wartości dopuszczalnych.

Wpływ zmiany klimatu pogłębiający tworzenie się ozonu mógłby częściowo zrównoważyć wysiłki na rzecz ograniczenia emisji prekursorów ozonu. Jest to nazywane karą klimatyczną dla ozonu. Zrekompensowanie tej kary klimatycznej w Europie kontynentalnej wymagałoby ambitnych środków łagodzących (30–50 % redukcji emisji NOx i LZO). W perspektywie długoterminowej redukcja emisji metanu może również skutecznie ograniczyć powstawanie ozonu. Ponieważ metan jest również ważnym gazem cieplarnianym, jego redukcja przynosi również korzyści w zakresie łagodzenia zmiany klimatu (UNEP, 2021; JRC, 2018 r.).

Linki do dalszych informacji

• Prognoza dotycząca ozonu w warstwie przyziemnej
  

• Stan jakości powietrza w Europie w 2023 r.
  

• Przeglądarka statystyk jakości powietrza EEA
  

• Aktualna przeglądarka danych EEA dotyczących jakości powietrza
  

• Pozycje w katalogu zasobów

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 jakość powietrza i perspektywa klimatyczna w scenariuszach CMIP5], Atmos. Chemia. Fizyczne. 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 obserwacjach, 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 w powierzchniowych stężeniach ozonu w okresie letnim
• Geels, C. i in., 2015, Future premature mortality due to air pollution in Europe–sensitivity to changes in climate, antropogenic emissions, population and building stock [Przyszła przedwczesna śmiertelność z powodu zanieczyszczenia 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, Effect of climate change on air quality [Wpływ zmiany 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 [Wielomodelowe 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 [Sprzężenie zwrotne roślinności podczas suszy pogłębia ekstremalne zanieczyszczenie powietrza ozonem w Europie], 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 prekursors from the urban to the global scale from air quality to short-lived climate forcer [Ozon troposferyczny i jego prekursory od skali miejskiej do globalnej od jakości powietrza do krótkotrwałego forcer], Atmospheric Chemistry and Physics 15, 8889-8973. https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015
• Orru, H. i in., 2019, Ozon i śmiertelność związana z ciepłem w Europie w 2050 r. znacząco dotknięte 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 ozonu w pióropuszach spalających biomasę borealną, 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 nr 9/2021.
• Szopa, S. i in., 2021, Short-Lived Climate Forcers. w: Masson-Delmotte V. i in., 2021, Climate Change 2021: Podstawy nauk fizycznych. Wkład grupy roboczej I w szóste sprawozdanie oceniające Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu.
• The Royal Society, 2008, Ozon w warstwie przyziemnej w XXI wieku: przyszłe tendencje, skutki i implikacje polityczne, The Royal Society Policy Document
• UNEP, 2021, Global Methane Assessment: Korzyści i koszty ograniczenia 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