Текст книги "Дышите мной и наслаждайтесь. Информационно-познавательное пособие"

1.4. Озон полезный или вредный?

Озон, или трехвалентный кислород, возможно, является одним из самых загадочных компонентов воздуха, которым мы дышим. С одной стороны, его считают вредным, так как большие его концентрации могут плохо воздействовать на наши лёгкие. С другой стороны, этот газ является великолепным природным очистителем воздуха [62]. Истина кроется в понимании природы озона и механизма его образования, а также его участия в решении проблем загрязнения окружающего нас воздуха. Кроме того, надо сравнивать неблагоприятные для здоровья человека последствия, которые вызваны озоном и те, что вызваны окружающей нас загрязнённой средой. Это сравнение, по нашему мнению, «работает» в пользу озона; читатель после анализа и сопоставления приведённых ниже фактов, возможно, примет другое решение.

Озон обычно относят к веществам, загрязняющим воздух, приводя в пример такие большие города, как Лос-Анжелес. Озон действительно входит в состав смога, но он также является важнейшим компонентом и самого чистого наружного воздуха. В районах с незагрязнённым воздухом озон получается под действием ультрафиолетового спектра солнечного излучения в результате вступления оксида азота в реакцию с природными источниками метана (сельскохозяйственными и животноводческими), а также с гидрокарбонатными составляющими изопрена, выделяемыми деревьями и кустарниками. Кстати, озон всегда выделяется там, где имеются гидрокарбонаты, сильное солнечное излучение, а также источник тепла и влаги. Все районы, считающиеся наиболее благоприятными с точки зрения чистоты воздуха, имеют относительно высокий уровень содержания в них естественного озона.

Озон также получается в природных условиях во время грозы в результате электрических разрядов. Такие разряды создают тот свежий запах, который мы называем "чистым воздухом" или "запахом свежевыстиранного белья".

В районах мегаполисов озон тоже получается двумя путями. Первый из них – это прямой выброс в атмосферу из химикатов, получаемых в ходе технологических процессов. В частности, под действием ультрафиолетовых лучей в результате реакций формальдегида, ксилена и олефина с оксидами азота. При этом количество вредных выбросов уменьшается. Второй путь получения озона связан с фотохимическими реакциями, происходящими во время автомобильных выхлопов или сжигания мусора. В последнем случае озон получается из выбросов гидрокарбонатов, но и здесь это помогает уменьшить количество вредных химикатов.

Естественно, самая большая концентрация озона будет присутствовать в районах с высоким содержанием неокисленных или несгоревших гидрокарбонатов. Это обстоятельство стало причиной рассмотрения озона как источника смога, тем более что он является одним из веществ, получаемых в этом процессе.

Ещё одной проблемой, связанной с качеством воздуха, которым мы дышим, является большое количество присутствующих в нём несгоревших гидрокарбонатов. Количество вредных выбросов, получаемых в результате технологических процессов тяжёлой промышленности и автомобильного транспорта, является огромным. Несмотря на то, что озон и гидрокарбонаты уничтожают друг друга, в атмосфере существует достаточное количество и того, и другого, чтобы создавать проблемы.

Как заметил в своей монографии "Токсичность и эволюция" специалист-токсиколог, д-р Роберт Олсерст (токсикология – это наука о ядах) каждое химическое вещество имеет различную степень воздействия на биологическую систему – от нулевого эффекта до летального". Добавим к сказанному: каждое химическое вещество может быть токсичным, всё дело в его дозе. Слишком большое количество любого вещества может нанести вред живому организму.

Озон не является исключением – чрезмерно высокая его концентрация вредна для организма. Однако, в случае смога, исследования показывают, что не озон, а другие компоненты смога (оксиды азота, оксиды серы, серная кислота, молекулы азотной кислоты и гидрокарбонатная суспензия) являются действительно опасными для здоровья. К сожалению, тема смога и озона сменилась в человеческом понимании на обсуждение темы загрязнения воздуха, тем самым оставив без внимания положительные свойства озона как природного вещества, очищающего воздух. Упор, сделанный на смоге как на факторе загрязнения воздуха, не дал людям возможности увидеть гораздо большую по важности проблему – проблему качества воздуха в помещениях.

В воздухе помещений существует та же смесь химических веществ, что и в смоге. Единственное отличие заключается в их концентрации и недостатке средств очистки воздуха. Какие же источники загрязнения существуют? Вот наиболее встречающиеся:

• само здание и его обстановка выделяют опасные для здоровья вещества, такие как формальдегид и старин. Источниками загрязнения могут служить и стены, потолки, ковры, а также всевозможные искусственные покрытия;

• химические вещества, случайно попавшие в помещение, в том числе оставшиеся на одежде после химчистки, гидрокарбонаты от автомобильных выхлопов, осевшие на одежде и другие;

• всевозможные чистящие средства;

• табачный дым и 3600 химических веществ из этого дыма;

• органические вещества от насекомых, домашних животных и т. п.;

• плесень, грибки и бактерии.

Интересно отметить, что большинство загрязняющих воздух веществ имеет органическую природу, и наоборот, многие химические вещества, которые мы считаем проблемными, являются природными компонентами воздуха и не загрязняют его. Для того, чтобы химические вещества стали опасными, их доза должна превысить предельно допускаемый уровень. Дозировка – это зависимость концентрации от времени воздействия. Даже небольшое количество загрязняющих воздух веществ вызовет неблагоприятные последствия, если время их воздействия достаточно велико. Эти неблагоприятные последствия сказываются настолько постепенно, что их порой невозможно связать с той причиной, которая их вызвала. Так, например, постепенное учащение приступов головной боли у человека мало кто может связать с переездом в новый дом или установкой новой мебели, так же как причиной детской аллергии вряд будет, по мнению взрослых, загрязнённый воздух в детской, которым ребенок дышит с самого рождения. Сверхподвижность детей никто не связывает с изменениями в окружающей среде.

Если форточки и двери помещений долго не открываются, то воздух в них быстро лишается озона и теряет свою непередаваемую словами, но хорошо ощущаемую носом свежесть.

Как только намеренно уничтожается весь свежий воздух в помещениях, то фактически «запираются» все вредные вещества в комнате и уничтожается озон – единственный химический элемент, обладающий способностью восстанавливать чистоту воздуха.

Озон, наиболее мощный из встречающихся в природе окислителей, обладает способностью разрушать большинство органических соединений, загрязняющих воздух в помещениях. Этот газ, присутствующий в наружном воздухе, исчезает из него внутри зданий. Из-за своей исключительно высокой активности он постоянно реагирует с другими химическими соединениями, и его количество постоянно уменьшается. При концентрации 30 частиц на миллиард озон полностью превращается в кислород за период от 20 до 50 минут (в зависимости от различных условий). До тех пор, пока первоначальный уровень озона в помещении не будет искусственно или естественным путём восстановлен, его концентрация в нём будет равна нулю. Таким образом, для нормального самочувствия живых организмов в закрытом помещении его следует регулярно проветривать или держать открытой форточку.

До тех пор, пока уровень загрязнённости воздуха остается низким, требуется лишь небольшое количество озона, чтобы уменьшить число вредных примесей. Это, в свою очередь, уменьшает время их неблагоприятного воздействия на здоровье человека. К тому же, исследования показали, что добавление в воздух озона в концентрации 50 частиц на миллиард значительно уменьшает число бактерий плесени, грибка и дрожжей в домашнем воздухе. Особенно большое снижение популяции наблюдается у таких бактерий, как Escherichia Coli, Salmonella Choleraesuis, Slaphylococcus Aureus, Candida Albicans и Aspergillus Niger [62].

В серии статей, опубликованных в 1976 году в журнале "Природа" (органе Министерства здравоохранения СССР), приводится ряд важных фактов, касающихся использования озона для очистки воздуха закрытых помещений. Было установлено, что воздух теряет свою "свежесть" после прохождения через кондиционеры и нагревательные приборы. В результате уровень содержания озона и ионов снижается на 90 %. Последствием недостатка этих природных компонентов воздуха стали жалобы людей на частую головную боль, слабость и плохое самочувствие (что у нас называется "синдромом закрытых помещений"). Был проведён эксперимент, в котором участвовали две группы людей – контрольная и тестируемая. После 5 месяцев эксперимента было установлено, что к тем, кто постоянно подвергался воздействию озона в концентрации 15 частиц на миллиард, вернулось хорошее самочувствие. Помимо того, у этих людей наблюдалось укрепление иммунной системы, повышение содержания кислорода в крови, улучшение кровяного давления и исчезновение многих симптомов стресса, которые обычно ассоциируются с работой в обстановке современного офиса. Было обнаружено, что при реактивации воздуха (при добавлении в него озона до уровня 15 частиц на миллиард), полученный эффект соответствует прогулке на свежем воздухе в течение двух часов.

Дальнейшие исследования, проведенные специалистами Московского Института гигиены детей и подростков, позволили сделать вывод, что повышение концентрации озона до уровня 15 частиц на миллиард в воздухе школ оказало положительное влияние на здоровье школьников. 69 % детей, принявшим участие в эксперименте по нахождению в помещении с таким уровнем озона, потребовалось гораздо меньше времени, чтобы выполнить задания, требующие особой сосредоточенности. Кроме того, наблюдался рост мыслительных способностей и улучшение общего самочувствия.

Такие результаты в США подтверждаются теми, кто использует у себя в помещении различные очистители воздуха и другое оборудование, работа которого основана на повышении концентрации озона. Результаты исследований показывают, что при использовании приборов такого типа:

• уменьшаются аллергические реакции;

• улучшается сон;

• уменьшается частота головных болей;

• улучшается общее самочувствие;

• снижается вероятность депрессивных состояний;

• облегчается состояние людей с болезнями дыхательных путей.

В целом, эффект от использования приборов для реактивации воздуха приравнивается к эффекту от пребывания на свежем воздухе в незагрязнённой среде. Указанные преимущества должны давать основания каждому использовать такие приборы. Однако этого пока не происходит, в частности, из-за того, что бытует мнение о вредности озона, а его положительные качества игнорируются.

Восприятие проблемы озоновых дыр со временем несколько притупилось, и о ней перестали говорить, после того как в России уничтожили последний завод по производству фреонов. На этом фоне совсем невинной выглядит проблема «другого» озона – газа, находящегося в приземном воздухе, которым мы дышим.

Напомним [2], что озон – резко пахнущий взрывчатый газ синего цвета, образующийся в атмосфере при электрических разрядах во время грозы или под действием ультрафиолетовых (УФ) лучей Солнца, задерживает вредное для организма УФ излучение. В воздухе допустимы лишь очень малые концентрации озона, так как в концентрированном виде он ядовит.

Озон химически один и тот же (его формула О₃), но некоторые исследователи его подразделяют на вредный и полезный в зависимости от места нахождения в атмосфере. Этот газ в заметных концентрациях присутствует в двух слоях атмосферы. Слой, ближайший к поверхности Земли, называется тропосферой, и находящийся в нём приземный («вредный») озон потенциально является опаснейшим загрязнителем. При относительно высоких концентрациях он уничтожает всё живое и неживое (автомобильная резина, например, превращается в труху). Это один из главных и опасных компонентов фотохимического смога.

Тропосфера в целом простирается до высоты 10÷11 км, а выше начинается другой воздушный слой – стратосфера. Стратосферный («полезный») озон простирается от 10 до 50 км над поверхностью Земли и защищает жизнь на планете от губительного ультрафиолетового излучения Солнца.

В таблице классификации веществ по степени опасности озону присвоен высший класс опасности – первый (у известного всем хлора – второй). В справочнике можно прочитать:

«Токсичность озона (О₃) проявляется на практике прежде всего в результате контакта с ним в газовой среде, т. е. во вдыхаемом воздухе. Ввиду высокой химической активности для проявления токсического действия требуется минимум концентрации. В этом плане озон является почти идеальным боевым отравляющим веществом и, видимо, только по причине технических трудностей его получения и удержания в сосудах он не оказался первым в истории применения химического оружия в Первую мировую войну. К счастью, с точки зрения военных, у озона есть крупный недостаток – резкий запах…». Повышенный уровень приземного «вредного» озона отмечается лишь при определенных метеоусловиях, а именно в грозу и в солнечную жаркую погоду.

Когда уровень солнечной радиации у поверхности земли мал (пасмурная погода, дождливая и холодная осень, зима), фотохимические реакции в приземной атмосфере отсутствуют или протекают очень вяло. В пасмурную и холодную погоду озона нет в воздухе, которым мы дышим, даже при достаточном количестве его предшественников, или же его содержание совсем незначительно. Но стоит появиться Солнцу, особенно при безветренной жаркой погоде, как воздух может приобрести ядовитые свойства, причём фотохимическое образование озона в тёплой атмосфере протекает более интенсивно.

Такие благоприятные для возникновения озона дни чаще наблюдаются на юге, однако и в средней полосе России случаются такие дни. Например, в жаркое лето 2002 года в Подмосковьи в отдельные дни фиксировались уровни озона, превышающие 300 мкг/м³! Эти уровни озона в Московском регионе превышали все известные ПДК и аналогичные показатели на сети измерительных станций Европы. В 2006 г. было зафиксировано наибольшее число эпизодов с высоким содержанием озона за всё время наблюдений в Московском регионе.

А 2007 г. принес свои рекорды: аномально жаркая погода уже весной сопровождалась очень высокими концентрациями озона в дальнем курортном Подмосковье – концентрации озона в воздухе более 160 мкг/м³ держались много часов подряд.

Предельно допустимые концентрации озона в России установлены:

• для жилых зон – 30 мкг/м³ (среднее за сутки) и 160 мкг/м³ (среднее за 30 мин и не более 1 % повторяемости в год);

• для промышленных зон – не более 100 мкг/м³.

В странах Европейского Союза принят стандарт 110 мкг/м³ за 8 часов светлого времени.

К отрицательному воздействию озона чувствительны и растения. По оценкам американских учёных, например, в США ущерб, причинённый действием озона, составляет 90 % от общих потерь урожая, приходящихся на долю загрязняющих атмосферу веществ.

Потенциальная опасность озона при поступлении его в организм человека и животных через органы дыхания в том, что в больших концентрациях он оказывает общетоксическое, раздражающее, канцерогенное, мутагенное, генотоксическое действие. Кроме того, он вызывает усталость, головную боль, тошноту, рвоту, раздражение дыхательных путей, кашель, расстройство дыхания, хронический бронхит, эмфизему лёгких, приступы астмы, отёк лёгких, гемолитическую анемию [3]. Учёные изучили эффекты воздействия озона на здоровье людей и к настоящему времени установили [23], что озон:

♦ вызывает раздражение органов дыхания, кашель, тяжесть в груди; эти эффекты могут длиться несколько часов и переходить в болезненную фазу;

♦ снижает лёгочную функцию;

♦ способствует развитию астмы и увеличивает количество приступов этого заболевания;

♦ вызывает аллергию к наиболее распространённым веществам – пыли, пыльце, шерсти домашних животных;

♦ повреждает ткани лёгкого, а при повторении воздействия приводит к их необратимым изменениям;

♦ усугубляет бронхит и эмфизему лёгких;

♦ значительно понижает иммунитет к любой инфекции.

Очень опасно воздействие озона на детей; их лёгкие могут сильно пострадать от его воздействия, и это отрицательно скажется на дальнейшем развитии ребёнка.

Особенно чувствительны к озону 4 группы (группы риска) людей, ведущих активный образ жизни на открытом воздухе:

• дети (при глубоком дыхании озон проникает в глубинные области их лёгких, наиболее чувствительных к действию этого газа);

• взрослые с болезнями органов дыхания (могут пострадать даже от сравнительно низких концентраций озона);

• люди с повышенной чувствительностью к озону (в США, например, таких каждый третий);

• пожилые и люди с сердечными болезнями.

Некоторые учёные считают, что озон отрицательно влияет на здоровье даже и в том случае, когда человек не чувствует никаких признаков его воздействия. Исследователи из Йельского университета опубликовали новую информацию о негативном воздействии озона на здоровье человека. Они сопоставили данные о смертности людей с данными о выбросах озона в 95 городах за 1987–2000 гг. Оказалось, что повышение сверхнормативной концентрации озона на 20 мкг/м³ в воздухе приводит к увеличению смертности на следующей неделе более чем на полпроцента из общего количества смертей. Повышенные концентрации озона приводят и к мужскому бесплодию.

Авторы исследования [1] считают, что проведённые ими эксперименты показали, что проблема приземного озона не региональная, а гораздо больших масштабов, причём с каждым годом она только обостряется из-за эффекта глобального потепления. Озон наряду с углекислым газом и метаном является парниковым газом, и возрастание его концентраций в тропосфере увеличивает парниковый эффект. Отрицательное воздействие озона на рост растений приводит к снижению поглощения ими СО₂, что также увеличивает парниковый эффект и нарушает природное равновесие.

Логическая цепочка исследователей такая. Рост выбросов газов – предшественников озона вызывает, потепление климата и появление аномально высоких температур воздуха, приводящих, в свою очередь, к высоким концентрациям озона. Как следствие: теряют здоровье и умирают люди, гибнет урожай, засыхают леса.

Следует отметить, что выстроенная исследователями работы [1] логическая цепочка, на наш взгляд, придаёт озону как парниковому газу и отравителю атмосферного воздуха слишком большое значение. Проведённые эпизодические исследования не имеют статистического подтверждения и выводы по ним не могут претендовать на глобальный характер.

Кроме того, авторы исследования не учитывают положительных свойств озона как бактерицидного вещества, используемого для очищения воздуха и воды. Сомнение вызывает заключение о большей концентрации озона в сельской местности по сравнению с городом, так как озон очень активен и вряд ли будет переноситься ветром на десятки километров, не вступая с другими компонентами воздуха в химические реакции. Для прояснения ситуации с опасностью озона для здоровья нужны дополнительные всеобъемлющие исследования.

Рассмотрим, как решают озоновую проблему в разных странах. Например, в США и Западной Европе, где общество внимательно и даже пристрастно относится к экологическим проблемам, разработаны детальные нормы на содержание озона в воздухе, которым дышат люди. Природоохранные организации, правительства и местные власти разработали целый ряд многосторонних программ, чтобы добиваться выполнения этих нормативов. Меры в основном направлены на сокращение выбросов NO_x и летучих органических соединений автомобилями, промышленными предприятиями и электростанциями.

Программы также нацелены на снижение загрязнений воздуха озоном путём изменения состава горючего и запрета применения при производстве потребительских товаров красок и химических растворителей, содержащих летучие органические соединения (ЛОС). Общественные программы также поощряют рациональное использование автотранспорта (совместные поездки на работу сотрудников в одном автомобиле, чтобы уменьшить вредные выбросы и т. п.).

В Европе насчитывается более 10 тысяч станций контроля за предшественниками озона и за самим озоном. Данные, получаемые сетью этих станций, используются для информирования населения об уровнях озона в атмосфере. Кстати, самый посещаемый в интернете сайт в Германии – сайт о содержании озона в атмосфере. Также на основании информации, получаемой от сети этих станций, формируется политика управления в области охраны окружающей среды, и политика эта весьма успешна.

В 2005 г. ряд европейских государств подписали Протокол об ограничении выбросов загрязняющих веществ. Европейские эксперты подсчитали, что при сокращении выбросов предшественников озона (оксидов азота и летучих углеводородов) примерно на 40 %, количество дней с чрезмерным содержанием озона уменьшится вдвое. Предполагается, что в результате мер, предусмотренных Протоколом, на десятки тысяч случаев уменьшатся показатели смертности среди детей и подростков, вызванной присутствием в атмосфере приземного озона и микрочастиц.

Предполагается также, что вредное воздействие излишней концентрации озона на рост растений уменьшится по сравнению с 1990 годом на 44 %. Эксперты подсчитали, что «доходы» от реализации Протокола, выражаемые в улучшении состояния здоровья населения, повышении урожайности сельско-хозяйственных культур, в уменьшении ущерба для строений и памятников и т. д., более чем втрое превысят по своей стоимости прогнозируемые расходы по претворению в жизнь этого соглашения.

В США и Европе уже удалось добиться ежегодного снижения концентраций озона в атмосфере. Регулярное оповещение населения значительно снижает риск отрицательного воздействия озона на здоровье людей.

Что касается России, то в нашей стране разработана и выпускается хорошая аналитическая техника, способная решать все проблемы с контролем озона, есть специалисты, знающие, как решить эту проблему, но чиновники продолжают игнорировать эту проблему. В России нет ни одной станции контроля озона и его предшественников, подобной европейским или американским.