Udostępnij

Ozon. Skąd się bierze i kiedy jest go najwięcej?

03.08.2021

Środek lata to dobry czas, by napisać coś o ozonie.

Ozon to tzw. odmiana alotropowa tlenu. „Normalna” cząsteczka tlenu składa się z dwóch atomów tego pierwiastka (wzór chemiczny O₂), cząsteczka ozonu zaś z trzech (O₃). Dodatkowy atom tlenu łatwo się odłącza, dlatego ozon chętnie wchodzi w reakcje chemiczne, jest silnym utleniaczem.

Wiele osób kojarzy ozon przede wszystkim z chroniącą nas przed promieniowaniem ultrafioletowym warstwą ozonową i problemem „dziury ozonowej”. To dobre skojarzenie. Tyle że warstwa ozonowa znajduje się w stratosferze (w zależności od szerokości geograficznej od 12 do 30 km nad powierzchnią Ziemi). A nas tu akurat bardziej interesuje ozon występujący przy powierzchni ziemi, czyli tzw. ozon troposferyczny.

Dlaczego powinniśmy interesować się ozonem?

Przede wszystkim dlatego, że szkodzi on naszemu zdrowiu. A także dlatego, że szkodzi roślinom, w tym roślinom uprawnym, co może wpływać na wysokość plonów. Wreszcie dlatego, że jest ważnym gazem cieplarnianym.

Czytaj także: Ozon: groźny dla dzieci, osób starszych i astmatyków

Ozon w atmosferze

Skąd bierze się ozon w dolnych warstwach atmosfery? Część spływa ze stratosfery, ale część powstaje z innych zanieczyszczeń w reakcjach chemicznych zachodzących pod wpływem światła słonecznego. Te „inne zanieczyszczenia”, tzw. prekursory ozonu, to przede wszystkim dwutlenek azotu (NO₂), tlenek węgla (CO) i metan (CH₄). A także lotne związki organiczne (LZO, ang. volatile organic compounds, VOCs) – na przykład niedopalone składniki benzyny czy oleju napędowego. Ale również węglowodory pochodzące ze źródeł naturalnych, choćby emitowane przez rośliny związki z grupy izoprenów.

Powstawanie ozonu

Mam nadzieję, że nie zniechęca Państwa ta odrobina chemii. Ani nawet równania reakcji chemicznych.

Podstawowe reakcje prowadzące do powstawania ozonu są następujące: pod wpływem światła ultrafioletowego dwutlenek azotu rozpada się na tlenek azotu i rodnik tlenowy (tlen atomowy),

NO₂ + hν → NO + O,

gdzie hν to wyrażenie na energię fotonu, czyli kwantu promieniowania, tu akurat ultrafioletowego. W zapisie reakcji takie „hν” (czytaj „ha ni”, h to stała Plancka, a ν częstość promieniowania) symbolizuje po prostu foton, czyli reakcja wyżej opisuje oddziaływanie fotonu z cząsteczką NO₂.

Dalej, tlen atomowy reaguje z tlenem cząsteczkowym dając ozon:

O + O₂ → O₃.

Dlatego właśnie stężenia ozonu są duże, kiedy mocno świeci słońce: w ciągu roku na wiosnę i w lecie, zaś w ciągu doby sytuacja często wygląda z grubsza tak jak na załączonym wykresie:

class= — *Stężenia ozonu mierzone na stacji Konstancin-Jeziorna 5 lipca 2018. Źródło: Wojewódzki Inspektorat Ochrony Środowiska w Warszawie.*

Widać, że od rana stężenie gwałtownie rośnie gdzieś do wczesnego popołudnia, a mocno spadać zaczyna dopiero wieczorem.

W pokazanych wyżej reakcjach nigdzie nie występują wspomniane wcześniej LZO, metan i tlenek węgla. Biorą one jednak udział w innych reakcjach chemicznych, a ich obecność zwiększa stosunek stężenia NO₂ do stężenia NO. Sprawia to, że powstawanie ozonu z dwutlenku azotu jest bardziej wydajne.

Co ciekawe w pobliżu ruchliwych ulic, gdzie w powietrzu jest dużo tlenku azotu (NO), ozonu jest mniej niż z dala od miejsc z intensywnym ruchem samochodów. Dlaczego? Bo ozon reaguje z NO:

NO + O₃ → NO₂ + O₂.

Zjawisko to po angielsku określane jest trudnym do zgrabnego przetłumaczenia terminem scavenging (czyszczenie?) I dlatego na stacjach komunikacyjnych, np. na al. Niepodległości w Warszawie lub al. Krasińskiego w Krakowie ozon w ogóle nie jest mierzony. Jest za to mierzony na stacjach tła miejskiego i regionalnego.

Co robić, by ozonu w powietrzu było mniej?

Na nasłonecznienie wielkiego wpływu nie mamy. Trzeba więc zmniejszać stężenia prekursorów ozonu, w tym dwutlenku azotu. Za emisję NO₂ odpowiadają w Polsce przede wszystkim – mniej więcej po równo – energetyka i transport: silniki spalinowe, zwłaszcza silniki Diesla.

Poznaj również niezbędne informacje dotyczące szkodliwości dwutlenku azotu w powietrzu.

Za emisję tlenku węgla i lotnych związków organicznych – także przede wszystkim motoryzacja, przynajmniej w interesującym nas tutaj okresie – czyli poza sezonem grzewczym. Głównymi związanymi z działalnością człowieka źródłami metanu w powietrzu są rolnictwo, emisje z kopalń węgla kamiennego i wycieki gazu ziemnego.

Prognozy dla stężeń ozonu w Europie

W wielu miejscach w Europie prognozuje się w przyszłości występowanie wyższych niż obecnie stężeń ozonu, choć tego typu szacunki obarczone są sporą niepewnością (patrz mapa EEA). Przewidywany wzrost stężeń ozonu jest jedną z licznych konsekwencji zmiany klimatu.

Przewidywany wzrost stężeń ozonu w Europie pod koniec stulecia. Źródło: Europejska Agencja Środowiska.