אוזון בגובה הקרקע

אוזון בגובה פני הקרקע, (באנגלית: Tropospheric ozone) או אוזון טרופוספרי או אוזון פוטוכימי, הוא גז אוזון בשכבה נמוכה של האטמוספירה (הטרופוספירה) ואשר מהוה זיהום אוויר. אוזון הוא גז רעיל בעל ריח חריף, חסר צבע ומורכב משלושה אטומי חמצן O₃. אין לבלבל בין אוזון טרופוספרי שמקורו בזיהום מעשה ידי אדם, לבין שכבת האוזון שנמצאת בגובה רב ומגינה על כל היצורים החיים מפני קרינה קוסמית. האוזון בגובה פני הקרקע הוא מזהם שניוני הנוצר כתוצאה מריאקציה פוטוכימית בין מזהמים ראשוניים כדוגמת תחמוצות חנקן, ופחמימנים (תרכובות אורגניות נדיפות) בנוכחות קרינת שמש. מזהמים אלה נפלטים מזיהום תעשייתי וזיהום מתחבורה. אוזון יכול להיווצר במורד הרוח, הרחק ממקורות היצירה של המזהמים הראשוניים. לפעמים במרחק של מאות קילומטרים.

אוזון בגובה הקרקע נחשב לגורם משמעותי למחלות לב ריאה - בעיקר אסתמה, שבץ מוחי ויתר לחץ דם.

מקורות האוזון וראקציות כימיות

ערכים מורחבים – זיהום אוויר מתחבורה, זיהום תעשייתי

אוזון עשוי להיווצר כתוצאה מתגובות של מזהמי אוויר אורגנים - תרכובות אורגניות נדיפות VOC או אי-אורגנים עם קרינת שמש. כך, למשל, עשוי להיווצר אוזון מהגז NO הנוצר בריאקציה 1 בצילינדר של מנוע בעירה פנימית המצוי במכוניות שמונעות על ידי בנזין ודיזל. זהו זיהום האופייני למצבי ערפיח

1. [math]\displaystyle{ N_2 +O_2\Rightarrow 2NO }[/math]
2. [math]\displaystyle{ 2NO +O_2\Rightarrow 2NO_2 }[/math]
3. [math]\displaystyle{ NO_2 +h\nu\Rightarrow NO + O }[/math]
4. [math]\displaystyle{ O + O_2\Rightarrow O_3 }[/math]

תרכובות אורגניות נדיפות, או בשם אחר פחמימנים גורמות גם כן להיווצרות אוזון כמודגם עבור פחמן חד-חמצני (CO), שנוצר עקב בעירה בלתי שלמה במנועי בנזין. שרשרת התגובות מתחילה בתגובה עם רדיקל הידרוקסיד OH המביאה ליצירת אטום מימן ואחר כך רדיקל HO₂ המגיב עם NO ליצירת NO₂ - דו תחמוצת החנקן שהוא מזהם אוויר בפני עצמו הנפלט גם על ידי תעשייה וכלי רכב.

1. [math]\displaystyle{ OH +CO\Rightarrow H + CO_2 }[/math]
2. [math]\displaystyle{ H +O_2\Rightarrow HO_2 }[/math]
3. [math]\displaystyle{ HO_2 + NO\Rightarrow HO + NO_2 }[/math]
4. [math]\displaystyle{ NO_2 +h\nu\Rightarrow NO + O }[/math]
5. [math]\displaystyle{ O + O_2\Rightarrow O_3 }[/math]

הריאקציה נטו היא:

• [math]\displaystyle{ CO +2O_2\Rightarrow CO_2 + O_3 }[/math]

התוצרים של תגובות כימיות אלה אינם מפסיקים ביצירת אוזון בגובה הקרקע. נתרן דו חמצני שמתפרק תוך כדי יצירת האוזון בתגובה הכימית 3, שב ומתמחזר בתגובות כימיות נוספות בנכוחות פחמימנים. באופן כזה נוצרות בדרך כלל כ-5-10 מולקולות אוזון מכל מולקולה שלו בטרם היא מסולקת מהמערכת. בנוסף, תוצרים של התהליך מייצרים פורמלדהיד - חומר מסרטן בבני אדם.

תקינה

זיהום אוויר

רקע: זיהום השפעות בריאותיות של זיהום אוויר תסמונת הבניין החולה התחממות עולמית דלדול שכבת האוזון מזהמים שונים: חומר חלקיקי תחמוצות גופרית תחמוצות חנקן אוזון בגובה הקרקע תרכובות אורגניות נדיפות כספית חומרי הדברה דיאוקסין גז חממה זיהום אוויר בישראל: זיהום האוויר במפרץ חיפה זיהום האוויר בגוש דן זיהום אזבסט בנהריה רמת חובב שדה בריר חוק אוויר נקי

סוכנות ההגנה על הסביבה של ארצות הברית, פיתחה מדד לאיכות האוויר כדי להסביר לציבור הרחב, מהן רמות זיהום האוויר. יחידות המדידה הן מיקרוגרם למטר מעוקב, המסומן כ-ppbv או בכתיב מקוצר ppb. חשיפה בת 8 שעות לאוזון בגובה הקרקע בריכוז ממוצע של 85-104 ppbv מתוארת כ"לא בריאה לקבוצות רגישות", חשיפה לרמות של 124-105 ppbv לשמונה שעות מתוארת כ"לא בריאה", וחשיפה של 125-404 ppbv למשך 8 שעות מוגדרת כ"מאוד לא בריאה" [1].

ערכים שנקבעו בתקנות אוויר נקי בשנת 2011 קבעו את התקן הישראלי לאוזון, או ערכי הסביבה בגובה 160 מיקרוגרם למטר מעוקב בממוצע לשמונה שעות. דבר זה אמור להשתנות בתחילת שנת 2015 ולרדת לרמה של 140 ppb לשמונה שעות. [2] כמו כן לפי המשרד להגנת הסביבה, התקן הישראלי לאוזון הוא 230 ppb בממוצע לחצי שעה מקור אחר של המשרד להגנת הסביבה טוען כי התקן הישראלי לחשיפה לאוזון נכון לשנת 2006 הוא 117 ppb לזמן חשיפה של חצי שעה. 81.5 ppb (מיקרוגרם למטר מעוקב) ל-8 שעות, ו

השפעות בריאותיות של אוזון בגובה הקרקע

מנגנון ביולוגי

האוזון הוא מחמצן חזק מאוד ולכן עלול לפגוע בחומרים אורגניים על ידי כך שהוא שורף את קירות התא. את התוצאות הפיזיולוגיות של פגיעה זו ניתן לחלק לשתי רמות: ראשית, חשיפה ארוכת טווח גורמת לפגיעה בחלקים העדינים ביותר בדרכי הנשימה בכלל ובריאות בפרט, נזק הדומה מאוד לנזק הנגרם מעישון. הרקמות של קירות דרכי הנשימה הופכות לנפוחות ומודלקות, לבסוף מתפתחים אזורים מצולקים. כשהמצב מחמיר יכולת הנשימה קטנה ולכן גם העברת חמצן לכל הגוף.

שנית, נפגע התפקיד ההגנתי של הריאות נגד מחלות מדבקות הנגרמות מגורמים ביולוגיים כגון חיידקים ואורגניזמים אחרים. זאת ככל הנראה בגלל הפגיעה בתאים האחראים להגן על הגוף מפני פולשים זרים, מידת הרגישות לדלקות גוברת. פירוש הדבר שעולה הרגישות לתחלואה למחלות מדבקות בדרך הנשימה כגון דלקת ריאות, שחפת וכו'. מחקרים חדשים מראים כי חשיפה מצטברת לרמות נמוכות של ריכוזי אוזון יכולה להיות מזיקה יותר מחשיפה חד פעמית לרמות ריכוזים גבוהות יותר.

ההשפעות כוללות:

• גירוי בדרכי הנשימה, שיעול
• ירידה ביעילות פעולת הראות: קושי בשאיפה עמוקה -הנשימה הופכת רדודה יותר ומתפתח קושי בנשימה בעת פעילות מאומצת.
• החמרה של אסתמה על ידי הגברת הרגישות לאלרגנים.
• הגברת הפגיעות לזיהומי מערכת הנשימה.

ההשפעות הבריאותיות של האוזון בגובה הקרקע הן בעיקר על ילדים, זקנים ואנשים עם מחלות לב ונשימה.

מחלות כלי דם ונשימה

וועדת המומחים בראשות פרופ' מנחם לוריא שמונתה על ידי השר להגנת הסביבה, גלעד ארדן קבעה כי אוזון בגובה הקרקע נחשב לגורם משמעותי למחלות לב ריאה - בעיקר אסתמה, שבץ מוחי ויתר לחץ דם.

לעיתים תכופות האוזון והחלקיקים הנשימים והנשימים-עדינים (PM_2.5) פועלים יחדיו בפעולה משולבת (סינרגיזם).

מחקר שפורסם בשנת 2009, עקב אחר המתאם בין חשיפה ארוכת טווח של אוזון ב-96 מרכזים עירוניים בארצות הברית לבין סוגי תמותה שונים בשנים 1997-2000. בתקופה זו התרחשו באזורים אלה 118 אלף מקרי מוות, מתוכם 58 אלף נגרמו ממחלות הקשורות לכלי דם ונשימה שמתוכם 9000 (כ-7% מכלל מקרי המוות) היו קשורות למחלות ובעיות נשימה. המחקר מצא כי עליה בריכוז של 10 ppb, קשורה לעליה בסיכוי למוות מסיבות נשימתיות ב-2.9% במודל שבו לא התחשבו בחלקיקים עדינים (2.5 מיקרון) ובעליה של 4% כאשר התחשבו בחלקיקים עדינים. דבר זה נראה לא משמעותי, אבל באזורים בעלי זיהום אוזון גבוה (ריכוז של 62-104 ppb בממוצע) הייתה ממחלות נשימה תמותה גבוהה פי 3 יחסית לאזורים עם ריכוזים נמוכים (33-53 ppb בממוצע).

במחקר נראה שיש קשר בין נוכחות של חלקיקים עדינים ובין זיהום באוזון, ונמצא גם כי חלקיקים עדינים תורמים בעצמם לתמותה ממחלות לב שונות, כך שכל אחד מהמזהמים מזיק בפני עצמו ושניהם מזיקים יותר יחד. הקשר הסטטיסטי בין חשיפה לאוזון (כאשר מנטרלים גורמים אחרים כמו עישון, סוגי מזהמים אחרים וכו') מתחבר יחד עם ניסויים רבים בחיות מעבדה שהראו שחשיפה לאוזון פוגעת בריאות ורקמות של מערכת הנשימה. החשד הוא שאוזון גורם למקרי מוות בגלל שילוב של השפעות קצרות טווח של האוזון על חולים בשפעת או בדלקת ריאות, וכן השפעות ארוכות טווח על מערכת הנשימה עקב חשיפה בגיל הילדות, נוער ואולי גם במהלך המשך החיים. החוקרים לא הצליחו לקשר בין אוזון לבין מחלות לב כאשר הכניסו למודל חלקיקים עדינים - דבר זה אינו פוסל השפעת אוזון על מחלות לב אלה, שכן יש קורלציה בין החלקיקים העדינים לבין האוזון כך שקשה לקבוע מי מהם משפיע יותר.

מחקר אפידמיולוגי במרכזים עירוניים בארצות הברית העלה מתאם גבוה בין ריכוז האוזון באוויר למוות מוקדם. המחקר העריך שירידה של שליש בריכוז האוזון תציל את חייהם של כ-4000 אנשים בשנה בארצות הברית. בהתאם, הוחמרו תקנות זיהום האוויר באזורים שונים בארצות הברית לשם הורדת רמת האוזון בטרופוספירה.

מחלות סרטניות

וועדת המומחים בראשות פרופ' מנחם לוריא טענה כי לאחרונה נמצאו עדויות רבות המחשידות את האוזון שהוא עלול להאיץ התפתחות גידולים סרטניים שונים.

דבר זה יכול להיות מוסבר על ידי כך שתגובות כימיות בין גזים באטמוספירה, פחמימנים ותחמוצות חנקן אשר יוצרים אוזון בגובה הקרקע, עלולים להיות מעורבים בתגובות נוספות אשר יוצרות פורמלדהיד, גורם מסרטן וודאי בבני אדם.

הפרעות בנשימה ופגיעה בריאות

מחקרים אשר בוצעו באזור לוס אנג'לס מראים שאנשים לא מעשנים, אשר נחשפו לרמות גבוהות של אוזון, סבלו מהפרעות בנשימה שבדרך כלל מופיעות בקרב אנשים המעשנים חפיסת סיגריות ליום. אנשים העוסקים בפעילות מתונה שנחשפו למשך 6-7 שעות לרמות נמוכות של אוזון סובלים מתפקוד ראות מופחת וזיהומים המלווים בתסמינים של כאב בבית החזה, לחץ בדרכי הנשימה ושיעול.

מחקרים אשר בוצעו בקרב ילדים ונערים במחנות קיץ בהם מבלים את רוב שעות היממה באוויר הפתוח הראו כי חשיפה יומיומית לריכוזי אוזון בגובה התקן האמריקאי (235 ppb לשמונה שעות לטענת המשרד להגנת הסביבה)ואף נמוך ממנו גרמו לתפקוד ראות ברמה נמוכה יותר.

מחקר נוסף בדק תגובה של קבוצת רוכבי אופניים צעירים ובריאים והראה שחשיפה לרמות אוזון בריכוז ממוצע של 87 מיקרוגרם למטר מעוקב עם ערך מקסימלי של 195 מיקרוגרם למטר מעוקב גרמה, לאחר הפעילות, להופעת תסמינים של קוצר נשימה ולחץ בבית החזה, זאת למרות שהריכוזים היו נמוכים בצורה משמעותית מהתקנים אשר נקבעו בארצות הברית לאוזון.

קבוצות אוכלוסייה הסובלות מאלרגיות או רגישות בדרכי הנשימה עלולות להרגיש רע מהשפעות החשיפה לאוזון אשר נוטה להשפיע לא רק על הריאות אלא גם על האף ודרכי הנשימה.

השפעות סביבתיות של אוזון בגובה הקרקע

אוזון בגובה הקרקע מזיק לכל הצמחים ולכן זיהום כזה מזיק לחקלאות. סויה, חיטה, שיבולת שועל, אפונה ירוקה, פלפלים ומספר מינים של כותנה הם רגישים במיוחד לאוזון.

התחממות עולמית מובילה לשינויי אקלים שגורמים להתחממות האוויר במקומות רבים בעולם. טמפרטורת גבוהות יותר הולכות יחד עם ריכוזי אוזון גבוהים יותר. בין יתר האזורים שעוברים התחממות גם המזרח התיכון וישראל חווים התחממות.

אוזון בגובה הקרקע בישראל

ערך מורחב – זיהום אוויר בישראל

המקור העיקרי לאוזון בגובה הקרקע בישראל הוא זיהום אוויר מתחבורה. בתקופת הקיץ רמות זיהום האוויר הכללי בישראל נמוכות יותר מאשר בחורף - אבל קרינת השמש גורמת ליצירת אוזון בגובה הקרקע, בעיקר בפנים הארץ בערים כמו מודיעין או ירושלים.

לפי מדידה אחת, המוצגת באתר המשרד לאיכות הסביבה כמדידה אופיינית, נכון ליוני 2000, רמות האוזון בגובה הקרקע בתל אביב עולות למעל 40 ppb החל מ-8 בבוקר, מגיעות לשיא מעל 50 ppb בין השעות 9-10:30 בבוקר, ונשארות ברמה של 40 ppb עד 19:30. וברמה של כ-35 ppb עד 22:30.

בקיץ רמות האוזון מגיעות לשיא 90 ppb במודיעין ולשיא של -110 ppb בירושלים. יש חשש כי באזור ירושלים מוגדר כ"לא בריא לקבוצות רגישות" על פי התקן האמריקאי, בגלל שמ-10 בבוקר ועד 1800 בערב רמות הזיהום בו עולות על 70 ppb (ואם הזיהום עלה מאז 2000, נתונים אלה חמורים יותר).

יש חשש שחלק מהאוזון בישראל מקורו ב"יבוא" אוזון ממדינות אחרות - ככל הנראה מטורקיה, יוון ודרום מרכז אירופה, עקב הסעת זיהום אוויר על פני מאות ק"מ במסלול שנמשך כ-72 שעות. לפי מחקר של פרופסור מנחם לוריא, שביצע מדידות באזור ראש הנקרה באביב 2006, רמות הרקע של אוזון פוטוכימי הן בממוצע 70 ppb.

לפי דו"ח של משרד הגנת הסביבה משנת 2015, בשנים 2001-2013 הייתה ירידה משמעותית בריכוזים של חלק ממזהמי האוויר כמו תחמוצות חנקן ותחמוצות גופרית אבל בחומר חלקיקי ובאוזון בגובה הקרקע אין שינוי משמעותי. הריכוזים השנתיים של אוזון בפנים הארץ, בשדרת ההר ובעמקים הם גבוהים. האוזון נוצר במורד הרוח הרחק ממקורות הפליטה. ריכוזי הרקע של האוזון בישראל הינם כהמלצת ארגון הבריאות העולמי. ריכוזי הרקע הם גבוהים, עקב קרינת השמש החזקה בארץ והסעת מזהמים לאזורנו מארצות אירופה.[3]

ראו גם

• ערפיח
• תרכובות אורגניות נדיפות
• תחמוצות חנקן
• זיהום אוויר מתחבורה
• השפעות חיצוניות של מכוניות

קישורים חיצוניים

• אוזון טרופוספרי בוויקיפדיה האנגלית
• אוזון באתר המשרד להגנת הסביבה.
• פרופ' דיין אורי, פרופ' יצחק מהרר היווצרות מזהמים שניוניים ותפרוסתם בזמן ובמרחב בישראל, 01.10.2002
• ד"ר אריה ונגר דוח אדם טבע ודין לנתוני המפל"ס 2012 - מיפוי הזיהום התעשייתי של ששה חומרים רעילים במיוחד: ארסן, כספית, פורמלדהיד, פחמימנים, בנזן וטריכלורואתילן.
• פליטות זיהום אוויר מכלי רכב המשרד להגנת הסביבה.
• פרופסור מנחם לוריא, מדידת ריכוזי רקע של מזהמי אויר פוטוכימיים בישראל המעבדה לחקר איכות אויר, האוניברסיטה העברית בירושלים, 1.1.2007

• השפעות בריאותיות של אוזון על האוכלוסייה הכללית, סוכנות ההגנה על הסביבה, ארצות הברית
• Jerrett, Michael et al Long-Term Ozone Exposure and Mortality The New England Journal of Medicine, March 12, 2009