Troposfera

Wiadomości podstawowe

Ozon w troposferze

Ozon jest prawdopodobnie najbardziej znanym gazem w klimatologii. Dlaczego?

Jest to bardzo "przekorny" gaz. Jest niezbędny w stratosferze, gdzie chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem słonecznym UV. W troposferze jest jednak szkodliwy i wywołuje problemy zdrowotne. W niektórych wielkich miastach zdarza się, że zakazuje się używania samochodów, ponieważ istnieje niebezpieczeństwo przekroczenia wartości dopuszczalnych ozonu w atmosferze i powstania smogu ozonowego.
 

Oprócz wywoływania niekorzystnego wpływu na zdrowie, ozon troposferyczny jest także silnym gazem cieplarnianym i przyczynia się do globalnego ocieplenia.

W tej części Encyklopedii przyjrzymy się, jak ozon przy powierzchni ziemi szkodzi roślinom i ludziom, działając także jako gaz cieplarniany. W temacie "Stratosfera" natomiast zobaczymy jak ozon chroni nas przed szkodliwym zakresem promieniowania ultrafioletowego. 
 

1 a- e) trwałe  uszkodzenie liścia jest typowym przykładem szkodliwego wpływu ozonu na roślinność. Na zdjęciach: Serotina Prunus (Czeremcha późna) uszkodzenie 0%, 4,4%, 7,8%, 12,3% i 24,5%.
Źródło: Innes, Skelly, Schaub-Ozon, Laubholz-und Krautpflanzen, ISBN 3-258-0638 4-2, Copyright by Haupt Verlag AG / Szwajcaria. Kliknij na zdjęcie, aby uzyskać powiększenie! (około 25 kB)
 

Ozon jest gazem o różnorakich właściwościach. Niektóre z nich są pożyteczne, a inne nie. Ozon występuje w różnych warstwach atmosfery. Warstwa ozonowa w stratosferze znajduje się na wysokości powyżej 10 km. Na tej właśnie wysokości ozon jest pożyteczny, bo pochłania szkodliwe zakresy UV i chroni nas przed rakiem skóry. Pewna niewielka ilość ozonu jest potrzebna także w troposferze, aby pomóc w procesach usuwania szkodliwych substancji chemicznych z powietrza. Niestety, w ostatnich dekadach stężenie ozonu w troposferze stale się powiększało. Czasami, w przypadkach wystąpienia smogu ozonowego, stężenie ozonu na pewnych obszarach bywa tak wysokie, że zagraża naszemu zdrowiu.
 

Zagrożenie dla układu oddechowego

Ozon jest gazem reaktywnym i drażniącym, i w wysokich stężeniach prowadzi do problemów z układem oddechowym. Może spowodować zapalenie  płuc i oskrzeli. Nasz organizm próbuje chronić przed ozonem pęcherzyki płucne. Jednak nie wchłanianie ozonu oznacza także dostarczanie mniejszych ilości tlenu. Mniej tlenu powoduje, że serce musi ciężej pracować. Narażeni na to ryzyko są przede wszystkim ci ludzie, którzy już mają problemy zdrowotne (np. astmę). W najgorszym wypadku ozon może stać się przyczyną śmierci.
 

Ozon: szczególna postać tlenu

Ozon jest szczególną postacią tlenu. Normalny tlen (O₂) składa się dwóch atomów tlenu, natomiast ozon składa się trzech (O₃), jest mniej trwały i bardziej reaktywny, można nawt powiedzieć agresywny. Ozon może powodować uszkodzenia tkanek organizmów żywych, co szerzej jest omówione w części "więcej", tekst 3. To dlatego ozon ma szkodliwy wpływ nie tylko na organizm ludzki, ale także na roślinność, jak pokazano na ilustracji 1. 
 

Postacie tlenu w powietrzu

postać tlenu liczba atomów trwałość chemiczna występowanie w powietrzu tlen atomowy 1 atom nietrwały/bardzo reaktywny śladowe ilości "normalny" tlen 2 atomy trwały 21% powietrza ozon 3 atomy raczej trwały/reaktywny 10 - 100 ppb

ppb = części na miliard

Ozon jako gaz cieplarniany

Podobnie jak dwutlenek węgla (CO₂) i metan (CH₄), ozon troposferyczny pochłania promieniowanie cieplne docierające do atmosfery z powierzchni ziemi i przyczynia się do efektu cieplarnianego. Jest trzecim najważniejszym gazem cieplarnianym. Dodatkowe wymuszanie promieniowania F mierzone od początków ery przemysłowej (około 1750 r.) jest miarą używaną po to, aby zbadać udział człowieka w ociepleniu Ziemi. Ryc. 4 pokazuje wpływ ozonu troposferycznego w porównaniu z innymi gazami cieplarnianymi.

Z tych właśnie przyczyn wysokie stężenia ozonu w troposferze są niepożądane.
 

Oblicz udział gazów w globalnym ociepleniu!

Rycina 4 ukazuje udział kilku gazów cieplarnianych we wzroście wymuszenia promieniowania F przy tropopauzie podanym w Wm^-2. Raport IPCC (rozdział 6.2.1 w "Podstawa naukowa") omawia zmiany średniej temperatury powierzchni Ziemi T_S. Wzajemny stosunek obu parametrów z grubsza wygląda tak:

T_S / F = 0,5 °C / Wm^-2 

Czy potrafisz obliczyć zmianę temperatury T_S wywołaną przez dwutlenek węgla, metan, ozon i podtlenek azotu? 
 

Zajrzyj także na te strony!

Więcej informacji na temat ozonu w troposferze znajdziesz w:
Troposfera - Dowiedz się więcej - Część 3
Ozon w stratosferze i warstwa ozonowa są omówione szczegółowo w:
Stratosfera - Wiadomości podstawowe - Część 2
Stratosfera - Dowiedz się więcej - Część 2
 

O tej stronie:

Autor: dr Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Recenzent: dr Rolf von Kuhlmann, Max Planck Institute for Chemistry, Moguncja, Niemcy
Konsultacja dydaktyczna: Michael Seesing - University of Duisburg, Niemcy - 2003-07-02
Ostatnia aktualizacja: 2004-04-30
Tłumaczenie na język polski: mgr Jerzy Bojan, Zespół Szkół, Proszowice; dr Anita Bokwa, Uniwersytet Jagielloński, Kraków