Озон приземный что это
Одуваны-убийцы
Через пару дней начнётся лето. Хорошо, когда есть возможность на летнюю пору уехать куда-нибудь подальше от плавящегося от жары асфальта городов – к морю, например, или на дачу. К сожалению, для многих эта роскошь недоступна: как минимум, пять дней в неделю горожане вынуждены проводить своё время в «каменных джунглях». Жители городов стремятся при первой удачной возможности, если не получается выбраться в лес, то хотя бы почаще посещать городские парки и скверы.
Растения в городе
Мы привыкли считать, что зелёные насаждения в городах благотворно влияют на жизнь человека в непростых экологических условиях мегаполисов. Растения способствуют очищению воздуха, выделяют полезные фитонциды.
Но не всё так радужно. От растений в городах, конечно, масса пользы. Но, как оказалось, есть и вполне ощутимый вред. Этот вред смогла оценить международная группа учёных-экологов из немецкого Университета Гумбольдта, среди которых есть и наша соотечественница, доктор наук Галина Чуркина. О результатах своих исследований группа учёных и заявила.
Городские растения виновны в 225 тыс. смертей в год
Оказалось, что городские растения способствуют увеличению приземного (тропосферного) озона. Этот газ по классификации вредных веществ относится к веществам высшего класса опасности, представляющих серьёзный риск для человека – вплоть до возможного летального исхода.
Городские растения увеличивают приземное количество озона
Увеличению количества озона способствуют все растения. Однако особенно этим отличаются представители рутовых, кизиловых и астровых. И если апельсины и лимоны (семейство рутовые) – не слишком частые гости на наших улицах, то дёрен (семейство кизиловые) и лопух с одуванчиками (астровые) у нас распространены изрядно.
О полезном и вредном озоне
Учёные выделяют два вида озона. Точнее, озон-то один и тот же: это газообразное вещество, состоящее из трёх атомов кислорода. Озон, образующий в стратосфере слой, защищающий жизнь на нашей планете от воздействия солнечной радиации, полезен. Более того, без него невозможно было бы существование и само зарождение жизни на Земле.
Все мы слышали об озоновых дырах – истончении слоя озона в результате выброса в атмосферу хлорфторуглеродов, бромистого метила, четыреххлористого углерода, гидрохлорфторуглеродов и прочего.
Городские растения увеличивают приземное количество озона
Но трёхатомное соединение кислорода по токсичности превосходит боевые отравляющие вещества, такие, например, как хлор. Поэтому тот озон, который находится в нижних слоях атмосферы – в тропосфере – смертельно опасен. К тому же ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) относит озон к веществам беспорогового действия. То есть любая концентрация этого вещества опасна для здоровья человека.
В чём «вина» растений, или Как происходит образование «вредного» озона
В общем-то, растения не виноваты. Вина за появление тропосферного озона, впрочем, как и разрушение слоя стратосферного, лежит на человеке, на его разрушительном влиянии на экологию планеты.
Образование озона – это нормальная для нашей планеты фотохимическая реакция. Реакция между окислами азота и летучими органическими соединениями при воздействии ультрафиолетового излучения. Именно так, с помощью растений, миллионы лет назад и образовался этот защитный экран нашей планеты – озоновый слой.
Растения выделяют органические соединения – монотерпены и сесквитерпены, изопрен и прочее. Благодаря им, пахнет сосновая хвоя, болотный багульник, апельсин. Чем жарче светит солнце, тем сильнее происходит выделение растениями летучих органических соединений, и как следствие – образование озона, который потом поднимается в верхние слои атмосферы.
Выхлопные газы содержат оксиды азота, в десять раз более опасные, чем угарный газ
Но беда в том, что эти летучие органические соединения реагируют с оксидами азота, которые содержатся в выхлопных газах автомобилей. В результате, кроме опасности от самих выхлопных газов (оксиды азота в десять раз более ядовиты, чем угарный газ), происходит образование озона.
По подсчётам учёных, присутствие растений увеличивает почти на 60 % количество озона в городах. Учитывая количество автомобилей в мегаполисах, такой объём образовавшегося озона не успевает удалиться в стратосферу.
Чем опасен озон
Являясь химически активным соединением – окислителем, озон, попадая в организм, вызывает оксидативный стресс. В результате происходит лавинообразное образование свободных радикалов, отрицательно влияющих на живые организмы, вызывая их деградацию.
Озон в первую очередь влияет на дыхательные пути, вызывая кашель, воспаление лёгких, обострение приступов у астматиков, эмфизему и отёк лёгких. У людей, не склонных к респираторным заболеваниям, озон вызывает повышенную утомляемость, тошноту, головную боль. И они тоже рискуют получить астму, бронхит и прочие проблемы.
Дети наиболее уязвимы перед воздействием озона
Озон способствует обострению или появлению аллергии. А самое главное – озон генотоксичен. Это значит, что он является мутагеном или канцерогеном. То есть, озон – вещество, вызывающее мутации генов или появление опухолей.
Наиболее опасно воздействие озона на детей, пожилых, людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями и, как уже говорилось выше, имеющих проблемы с дыхательными путями.
Экономическое выражение негативного влияния озона – потерь от заболеваемости и смертности – для России выражается почти в 2401 миллиарде рублей в год, что составляет около 6 % от ВВП. Ну, и в качестве «бонуса»: озон разрушает не только живые организмы, но и строительные материалы и конструкции.
Как уберечься от озона
К сожалению, жизнь наша устроена таким образом, что большинство людей вынуждено жить в городах. Против природных законов идти сложно, и процесс образования озона не остановить. Можно лишь уменьшить его количество, снизив количество выхлопных газов. Правда, это по большей части тоже вне власти обывателя.
Единственное, что вы можете сделать для своего здоровья и здоровья близких – находиться как можно меньше на открытом солнце, и тем более не заниматься на жаре активной физической деятельностью: чем жарче светит солнце, тем более активно идёт процесс образования озона. Максимум приходится на полуденные часы, минимум – на раннее утро.
По данным исследований, во время аномальной жары 2010 года уровень озона в Московской области достигал 500 мкг/м3, при предельно допустимой концентрации в 100 мкг/м3. Такое количество озона (500 мкг/м3) убивает 20% лабораторных крыс всего лишь в течении часа.
Найдите местечко в тени для полуденной сиесты
Про Володю и озонатор
Писал я недавно в свой канал заметку насчет комнатных растений, по мнению NASA очищающих воздух от формальдегида/аммиака/паров растворителей (бензола, трихлорэтилена, ксилола и толуола). И сразу от подписчиков получил вопрос по поводу озона в воздухе. Набросал черновик ответа, но за пару дней он внезапно «растолстел» и попросился на хабр. Тем более антропогенный озон — это в определенной степени и лазерные принтеры и копиры, коих в офисах и компаниях тысячи…
Поэтому сегодня под катом читаем про тропосферный (или приземный) озон, кустарные методы определения его в воздухе и конечно же про растения, которые способны озон этот дезактивировать (и не только его). Как повысить продуктивность с помощью комнатных растений и защититься от заболеваний легких.
От автора: надеюсь, статью прочитают те, кто среди зимы занимается «кронированием» городских деревьев, срезая две трети ствола и, хоть о чем-то задумается…
Предыстория. Захотел однажды некий научный сотрудник задействовать в своих изысканиях озон. Приобрел озонатор для этой цели и поручил своему аспиранту прибор наладить и приступить к генерации этого самого озона для целей народного хозяйства. Но аспирант оказался не промах и затребовал к озонатору еще и прибор для контроля уровня озона в воздухе. Ну а зачем, спросили аспиранта, «озон ведь полезен». Но тот остался верен себе «индикатора озона нет — работы нет». Храброй, уверенной в своих знаниях молодежи посвящается! А тем кто не уверен — может быть статья и поможет.
Чем озон хорош?
Хорош он в первую очередь конечно же тем, что является основным защитником земли от жесткого ультрафиолета Солнца. Тонкий (около 3 мм — прим. SilverHorse «3 мм — это приведенная толщина озонового слоя, то есть толщина этого слоя, если весь озон в атмосфере Земли сконцентрировать на уровне моря при н.у.» = при температуре 273К/0С и давлении 10 5 Па/1 атм — уточнение от tvl ) слой этого газа в стратосфере фильтрует УФ от 200 до 315 нм (пик поглощения 250 нм).
Благодаря очень высокой окислительной активности озон используется во многих отраслях промышленности и медицины. В качестве примера можно привести водоподготовку, где пропускание озона через загрязненную воду позволяет убирать из нее железо и марганец (обезжелезивание и деманганация):
Озон окисляет растворенный сероводород в воде до сернистой кислоты:
Озон нейтрализует цианиды в пирожных, переводя их в безопасные цианаты (а дальше и вообще в углекислый газ):
Этот способ можно использовать на аффинажных предприятиях (= по добыче золота и серебра).
Озонирование довольно активно используется в водоподготовке (как замена хлору), т.к озон не образует опасных хлорорганических соединений и не остается в воде после обработки (прим. — но если в воде есть бромиды (вроде «армейского брома») то обработка озоном может привести к образованию канцерогенного бромата). Там где есть достаточное количество электроэнергии — озон «препарат выбора» для обеззараживания воды. Не требует затрат на транспортировку, на специальное оборудование для хранения опасных газов, и никак не меняет органолептические качества воды (вкус и запах).
Озон может убивать бактерии/грибы/насекомых, чем активно пользуются, например для дезинфекции белья в больницах/дезинфекции операционных, для обработки бассейнов и бань (+ морских кораблей), для очистки воздуха пищевых производств от спор дрожжей и плесени, для ликвидации возбудителей лямблиоза и криптоспоридиоза в воде. Озоном, в конце концов уничтожают жучков в зерне.
Прекрасный окислитель, озон вполне может быть использован для дезодорирования помещений/предметов после пожара, для отбеливания тканей, древесины, бумаги (как замена хлору). Озон используется при травлении пластмасс, чтобы увеличить адгезию красителей и чернил. Интересное применение — удаление остатков пестицидов из фруктов и овощей.
Чем озон плох?
А плох он тем же, чем и хорош. Своей высокой окисляющей способностью. Именно благодаря этому происходит ускоренное старение полимеров, особенно резин (натуральный каучук, нитрильный каучук и стирол-бутадиеновый каучук). Изделия растрескиваются, теряют эластичность и т.д. и т.п. Поэтому в полимеры, работающие в условиях повышенного содержания озона добавляют «антиозоновые» добавки (в основном воски, которые создают защитную пленку). В жизни примером «озоновых трещин» могут стать топливные шланги в моторном отсеке. Озон там образуется из-за работы электрических компонентов с искрением в них (щетки, электромеханические реле, контакторы и т.п.).
Так же как расправляется с микроорганизмами и резинами, озон может расправится и с легочной тканью человека.
Традиционно принято считать, что «любой природный запах свежести» — это озон. Хотя, если уж начистоту, мне запах озона напоминает запах хлора, который далек от понятия «приятно». Есть мнения, что свежесть воздуха около моря — это заслуга озона. На самом деле — это запах связан со старым добрым диметилсульфоксидом (лекарственное средство димексид, ага). Запахи это вообще материя такая странная, неуловимая…
Тропосферный озон оказывает влияние в основном на легкие при вдыхании, хотя при определенных условиях может оказывать и раздражающее действие на кожные покровы. «Газовая атака» может выражаться в следующих симптомах:
— Раздражение дыхательной системы: кашель, раздражение горла и/или неприятные ощущения в груди. В группу риска попадают и люди, проводящие много времени на улице у которых повышается восприимчивость к респираторным инфекциям.
— Снижение физиологической активности легких, сложность с глубоким и энергичным дыханием. Озон заставляет мышцы дыхательных путей сжиматься, что задерживает воздух в альвеолах, а в итоге появляются хрипы и одышка
— Воспаление и повреждение слизистой оболочки легких. При отравлении озоном в течении нескольких дней поврежденные клетки отмирают так же, как кожа после загара. Но если этот тип воспаления повторяется в течение длительного периода времени (месяцы, годы и т.п.), на ткани легкого образуются рубцы, что в итоге приводит к потере определенной части функционала легкого.
— Обострение хронических заболеваний. Наиболее уязвимы для озона люди с хроническими респираторными заболеваниями, вроде астмы, хронической обструктивной болезни легких, рака легких и т.п. При повышении уровня озона у астматиков возрастает количество приступов, они становятся более чувствительны к различным аллергенам в воздухе.
На картинке ниже показано взаимодействие озона с дыхательной жидкостью и клетками легких
Острые и хронические последствия для здоровья и роль озона в заболеваемости и смертности обобщены в документе ВОЗ. Исследования последних лет показывают, что ежедневное воздействие высоких уровней озона может вызвать повреждение ДНК у операторов в копировальных центрах. Особое внимание многие авторы обращают на опасность повышенного содержания озона для детей из-за более высокого потребления воздуха на килограмм массы тела. EPA США (за 2017) утверждает, что длительное воздействие озона в высоких концентрациях приводит к постоянному повреждению легочной ткани. В качестве примера факт, что увеличение максимальной концентрации озона за 1 ч на 10 мкг/м 3 приводит к увеличению смертности на 0,21% без учета других загрязнителей воздуха. Исследование показало, что сокращение концентрации озона в городах на одну треть спасло бы примерно 4000 жизней в год. Сюда же информация о том, что один только тропосферный озон вызывает приблизительно 22 000 преждевременных смертей в год в 25 странах Европейского союза.
Теоретически, большая часть людей могут обнаружить присутствие
0,01 мкмоль/моль озона в воздухе, благодаря резкому запаху, напоминающему запах хлора. Если в воздухе содержится от 0,1 до 1 мкмоль/моль озона в воздухе — тогда возникают головные боли, жжение в глазах и раздражение дыхательных путей.
Источники тропосферного озона
В городских условиях озон чаще всего образуется в результате реакции между летучими органическими соединениями и оксидами азота в присутствии ультрафиолета солнечного света (фотохимическая реакция). Летучая органика (VOC по английски) — это любые органические вещества, которые кипят при низкой температуре и соответственно легко испаряются из жидкой или твердой формы и поступают в окружающую среду. Сюда относится формальдегид, бутан, бензол, метиленхлорид, стирол, лимонен и т.д. и т.п. Тысячи их. Считается, что предшественниками тропосферного озона являются СО (угарный газ), летучая органика и оксиды азота (NOx). Основными поставщиками прекурсоров являются выхлопные газы автомобилей, промышленные выбросы и химические растворители (+ курильщики). И хотя прекурсоры озона часто возникают в городских районах, ветер может переносить NOx на сотни километров, и добавить «озоньку» даже в достаточно отдаленных районах крайнего Севера.
Тропосферный озон начинается с того, что угарный газ или летучая органика окисляется с помощью гидроксильного радикала. В случае СО получается нестабильный радикальный аддукт *HOCO, который в реакции с кислородом воздуха образует пероксидный радикал, а летучие углеводороды так те сразу дадут пероксосоединения.
Затем пероксидные радикалы начнут реагировать с оксидом азота NO c образование оксида азота NO2 и старого доброго гидроксильного радикала с которого все началось.
Ну а дальше уже получившийся NO2 под воздействием оставшегося после прохождения стратосферного озонового слоя ультрафиолета будет распадаться обратно на NO и атомарный кислород О.
NO2 + hv = NO + O, λ для тех кому бумажек мало
Когда озон измерен, самое время задуматься о том, что теперь с ним делать. Лучший вариант — переместиться куда-нибудь территориально (на дачу, например). Связано это с тем, что именно наружный воздух является основным источником озона внутри помещений. В зависимости от скорости воздухообмена/скорости распада озона его концентрация в помещении может составлять примерно от 30 до 70% от концентраций в наружном воздухе (при условии отсутствия антропогенных источников озона, вроде очистителей воздуха, лазерных принтеров или копиров).
Замечание от teakettle по поводу принтеров/копиров:
В настоящее время надо суметь найти лазерный принтер, загрязняющий воздух озоном. Это было актуально лет, примерно, 20 назад: тогда для заряда фотобарабана и переноса тонера на бумагу в них применялись коронаторы (коротроны, скоротроны — каждый переводчик переводил charge corona unit по своему) с рабочим напряжением 4,5-5 кВ, при котором возникал коронный разряд (который и обеспечил название детали и образование озона). В настоящее время в большинстве принтеров (копиров, МФУ) применяется ролик заряда под напряжением 1,3-1,7 кВ. Такого напряжения недостаточно для образования озона.
Коронаторы в лазерной печатающей технике встретить все еще можно, обычно при скоростях печати 70 страниц в минуту и выше, но обычно это немаленький такой шкаф, который мало кто поставит у себя под боком (он еще и шумит изрядно), либо в «инженерках» — копировальных аппаратах формата А0, тоже не особо распространенных. Самое забавное случалось при периодической замене озоновых фильтров в аналоговых копирах (в цифровиках почему-то обычно стояли ролики, уже тогда): аппарат работает нормально, меняем старый пыльный фильтр на новый — начинает вонять озоном, прекращает через несколько дней.
Если изменить свое местоположение не представляется возможным — остается с озоном бороться. Технологически, сегодня известны активные и пассивные методы удаления озона в помещении. Активные — это принудительный прогон воздуха в помещении через фильтры с активированным углем. Пассивные — это использование специализированных покрытий на стенах/потолке, способных снижать содержание озона в воздухе. На сегодня это открытая тема на острие науки. Чаще всего для этой цели используются неорганические материалы, например, краски/штукатурки на основе глин, глиняный и известняковый облицовочный камень, потолочные плиты на основе перлита, листы гипсокартона без армирующей бумажной стенки и т.п. Эти методы чаще всего сопряжены с высокими энергетическими и финансовыми затратами и не всегда обладают достаточной эффективностью (особенно в крупных мегаполисах).
Единого мнения о времени полураспада озона нет, что не удивительно, т.к. этот параметр будет зависеть от температуры, влажности, материала стен и т.п. Например, в герметичной камере с вентилятором, который постоянно перемешивает газ, период полураспада составляет около одного дня при комнатной температуре. По некоторым данным, при атмосферных условиях период полураспада озона может составлять от тридцати минут до двух часов.
Про наших маленьких друзей
Ну и самый перспективный, экологичный и дешевый вариант — использовать растения. Озон может удаляться растениями, выделяющими монотерпены. Активно поглощают озон и дитерпеноиды, выделяемые устьицами растений. В качестве примера можно привести листья табака, которые выделяют дитерпенол цис-абиенол. При поглощении озона через устьица листа начинается механизм окисления с активацией нескольких растительных антиоксидантных систем (ферментных и т.п.), что вместе уменьшает окислительный стресс и позволяет растениям пережить высокий уровень озона в воздухе. Если смотреть в сторону доступных комнатных растений, то чемпионами по очистке воздуха от озона являются следующие растения:
— Хлорофитум хохлатый (Chlorophytum comosum, «растение-паук», «брызги шампанского»)
— Сансевиерия трёхполосная (Sansevieria trifasciata, «тещин язык»)
Так что, если вдруг так случилось, что вы много времени проводите в местах скопления оргтехники или попали летом под фотохимический смог — обязательно держите рядом с собой иодокрахмальные полоски со шкалой Шёйнбейна и хотя бы одно упомянутое выше растение.
Замечание про другие виды загрязнений
В публикации посвященной растениям-поглотителям летучих органических соединений (которые, напомню, являются предшественниками появления приземного озона) я ничего не сказал про то, каким способом растения это делают. А надо бы.
Убирают всю самую распространенную летучую органику (формальдегид, аммиак, пары бензола, трихлорэтилена, ксилола и толуола), не токсичны для котиков/пёсиков
Например, в работе было проанализировано 217 травянистых и древесных видов на предмет эффективности поглощения NO2. Было установлено, что наиболее эффективные древесные растения — это Eucalyptus viminalis, Populus nigra, Magnolia kob u и Robinia pseudoacacia, а среди травянистых — Erechtites hieracifolia, Crassocephalum crepidioides и Nicotiana tabacum.
Сложная органика (вроде бензола) окисляется по орто- или мета-положениям и превращается в полезные (людям) полифенолы.
Интересно, что по отношению к наночастицам РМ2.5 более активны растения с листьями в виде игл. Возможно это объясняется большим количеством игл по сравнению с количеством плоских листьев, и кроме того, очень большую роль играет наличие слоя воска, покрывающего лист и играющего роль адгезива для приклеивания твердых частиц. Также хорошей задерживающей способностью по отношению к твердым аэрозолям могут обладать все растения с высокой степень «оволоснения» листьев (Catalpa speciosa, Broussonetia papyrifera и Ulmus pumila, см. статью в Nature). Все упоминания об фиксации твердых частиц относятся в основном к листьям растений и не известно, могут ли микробы расщеплять накопленные на листьях частицы для дальнейшего использования в метаболизме растений. Это отдельная, неизученная пока, тема.
Несмотря на множество сугубо технических подходов для очистки воздуха (адсорбенты, каталитическое окисление, хемосорбция и катализ), постоянно идет поиск увеличения эффективности и, одновременно, снижения стоимости очистки воздуха. И все больше исследователей сходится в том, что лучше всего для этой задачи подходят леса (удивительно, да? 🙂 ). Поэтому достаточно активно финансируются работы, направленные на изучение биоремедиации (= использования организмов для накопления, разложения или превращения опасных веществ в менее токсичные или нетоксичные), и здесь уже фиторемедиация (использование растений в качестве биофильтров) занимает видное место в развитых странах.
Эта тема достаточно непростая. Пары ртути — это, фактически, элементарный металл. Листья некоторых растений способны поглощать газообразную ртуть через устьица листа. В статье исследователи на примере злаковых растений установили, что поглощение ртутных паров листом увеличивается с повышением концентрации паров, температуры и освещенности. Листья также способны поглощать ртуть после осаждения микрокапель на поверхности листьев. Но несмотря на присутствие определенного эффекта, чаще всего растения используются только для биоиндикации загрязнения ртутными парами, а не для очистки от них. Наиболее близким к «комнатному ртутному био-фильтру» можно считать использование такого интересного растения, как тилландсия уснеевидная (испанский мох), с помощью которого удалось снизить уровень ртутных паров в бразильских магазинах торгующих золотом. Так что пока это самый оптимальный вариант для использования в качестве комнатного вазона :). Кстати, именно это растение используют для создания кукол Вуду.
