Alailmakehän otsoni

Wikipedia

Savusumua New Yorkissa. Fotokemiallinen savusumu eli smog muodostuu alailmakehän otsonista ja muista ilmansaasteista.

Alailmakehän otsoni on Maan ilmakehän alimmassa kerroksessa eli troposfäärissä sijaitsevaa otsonia (O₃). Ilmakehän otsonista vain pieni osa (noin 10 %) sijaitsee alailmakehässä, suurin osa muodostaa stratosfäärin otsonikerroksen. Otsonia syntyy alailmakehässä valokemiallisissa reaktioissa. Ihmisen toiminta on lisännyt alailmakehän otsonin määrää. Tätä pidetään ongelmana, koska otsoni on voimakas hapetin ja siksi vahingollista kasveille, eläimille ja materiaaleille.

Otsoniin liittyy kaksi ympäristöongelmaa. Stratosfäärissä otsonikerros suojaa Maata elämälle vaaralliselta lyhytaaltoiselta ultraviolettisäteilyltä. Sen takia yläilmakehän otsonin vähenemisestä (otsonikadosta) ollaan huolestuneita. Suurina pitoisuuksina otsoni on kuitenkin myrkyllistä, joten sen pitoisuuksien kasvu alailmakehässä on samaten haitallista.

Alailmakehän otsoni ärsyttää limakalvoja ja haittaa hengityselimistön toimintaa. Kasveilla se alentaa vastustuskykyä ja vaikeuttaa yhteyttämistä. Yhdysvalloissa otsonin aiheuttamien satotappioiden on arveltu olevan 500 miljoonaa dollaria vuodessa^[1]. Alatroposfäärin otsonipitoisuuden on arvioitu lisääntyneen pohjoisella pallonpuoliskolla viimeisen sadan vuoden aikana noin 20–100 %, mutta tulos on aikaisempien mittausten puuttuessa epävarma^[2].

[muokkaa] Otsonin synty troposfäärissä

Suurin osa troposfäärin otsonista syntyy, kun typen oksidit (NO_x), hiilimonoksidi (CO), metaani (CH₄) ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet (ns. VOC-yhdisteet, Volatile organic compounds) reagoivat auringon säteilyn vaikutuksesta. Autojen pakokaasut ja teollisuuden päästöt ovat näiden kemikaalien suurimmat ihmisperäiset lähteet. Niitä esiintyy yleensä kaupunkialueilla, mutta tuulet voivat kuljettaa typen oksideja satojen kilometrien päähän. Siksi otsonia muodostuu myös asutuskeskusten ulkopuolella. Lisäksi troposfääriin kulkeutuu otsonia stratosfääristä.

Alailmakehän otsonia syntyy monimutkaisissa kemiallisissa reaktioissa, joissa hiilimonoksidi ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet hapettuvat typen oksidien vaikutuksesta. Esimerkiksi hiilimonoksidi reagoi ensin hydroksyyliradikaalin OH kanssa. Näin syntynyt vetyatomi reagoi nopeasti happimolekyylin kanssa, jolloin syntyy vetyperoksidiradikaali HO₂

OH + CO → H + CO₂

H + O₂ → HO₂

Tämä radikaali reagoi sitten typpimonoksidin NO kanssa, jolloin syntyy typpidioksidia NO₂. Typpidioksidi hajoaa auringon säteilyn vaikutuksesta, ja syntynyt vapaa happiatomi reagoi happimolekyylin kanssa muodostaen otsonia:

HO₂ + NO → OH + NO₂

NO₂→ NO + O

O + O₂ → O₃

Nettoreaktio on

CO + 2O₂ → CO₂ + O₃

Metaanin otsonia synnyttävät reaktiot ovat samankaltaiset.

[muokkaa] Otsonia synnyttävät päästöt

Typen oksidien päästöt ovat keskeisessä asemassa otsonin muodostumisessa. Ihmisperäisistä typpioksidipäästöistä noin 40 % aiheutuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Toisaalta typpimonoksidi reagoi myös otsonin kanssa tuhoten sitä: kaupungeissa otsonipitoisuudet voivat jopa olla ympäröivää aluetta pienempiä, koska pakokaasujen typpimonoksidi vähentää otsonia. Sopivissa sääolosuhteissa otsonia muodostuu kuitenkin runsaasti ja pitoisuudet kaupungeissa voivat nousta hälyttävän korkeiksi.^[3]

Toinen otsonipitoisuuksiin suuresti vaikuttava päästöryhmä ovat VOC-yhdisteet. Niitä vapautuu ilmakehään muun muassa liikenteestä, energiantuotannosta, bensiinistä haihtumalla, teollisuusprosesseista ja jätteiden hävityksestä. VOC-yhdisteiden merkitys on suuri etenkin saastuneessa kaupunki-ilmassa: puhtaammilla alueilla otsonia syntyy metaanin ja hiilimonoksidin reaktioissa. Hiilimonoksidia vapautuu samoin liikenteestä, energiantuotannosta ja jätteenpoltosta, metaania puolestaan fossiilisten polttoaineiden käytöstä, riisipelloista, kaatopaikoilta ja kotieläimistä.

[muokkaa] Terveysvaikutukset

Otsoni voi liian suurina pitoisuuksina aiheuttaa monenlaisia terveysongelmia. Se ärsyttää hengityselimiä aiheuttaen yskää ja kurkkukipua. Keuhkojen toiminta vaikeutuu ja niissä voi tapahtua kudosvaurioita. Lisäksi otsoni saattaa pahentaa astmaoireita. Hengityselinsairauksia potevat ja lapset ovat erityisen alttiita otsonipitoisuuksien kohoamiselle.

Otsonipitoisuuksille asetetut raja-arvot ylittyvät usein suurkaupungeissa erityisesti aurinkoisella ja lämpimällä säällä, jolloin sääolosuhteet ovat suotuisat otsonin muodostumiselle. Suomessa Ilmatieteen laitos seuraa hengitysilman otsonipitoisuuksia kymmenellä mittausasemalla eri puolilla Suomea. Se antaa otsonivaroituksen, jos pitoisuus ylittää EU:n määrittelemän kynnysarvon 180 µg/m³.^[4] Suomeen tulee otsonipitoista ilmaa usein kaukokulkeumana muualta Euroopasta.

[muokkaa] Lähteet

• Kulmala, Markku, Jukka Hienola, Kaarle Hämeri, Liisa Pirjola ja Timo Vesala: Fysiikka, kemia ja ympäristöongelmat. Helsinki:Aerosolitutkimusseura ry, 1999. ISBN 952-5027-19-8. Luku 5: Otsoni.
• Gustafsson, Jaana (toim.): Maailmanlaajuiset ympäristöongelmat – uhkakuvista yhteistyöhön. Turun yliopiston täydennyskoulutuskeskus, 1999. ISBN 951-29-1516-2. Luku 5: Happamoituminen ja alailmakehän otsoni (Pia Anttila).

[muokkaa] Viitteet

1. ↑ Gustafsson ym. 1999, s.173
2. ↑ Kulmala ym. 1999, s.83
3. ↑ Gustafsson ym. 1999, s.169
4. ↑ Ilmatieteen laitoksen otsoniseuranta Ilmatieteen laitos. Viitattu 24.1.2007.

[muokkaa] Aiheesta muualla

• Otsonia syntyy troposfäärin valokemiallisissa reaktioissa Ilmatieteen laitos.