Озон для чего нужен в атмосфере
Польза и вред озона
Озон (O3) — это газ, образующийся путём прибавления к молекуле кислорода (O2) третьего атома. Происходит это прибавление преимущественно в верхних слоях атмосферы в результате фотохимических реакций с участием солнечного излучения. Благодаря интенсивному образованию O3 на высоте над землёй сформировался густой озоновый слой.
Свойства озона
Главной отличительной особенностью озона является его запах. Именно он послужил поводом к открытию этого газа. В 1785 г. на специфический запах, появляющийся при экспериментах с электричеством, впервые обратил внимание голландский учёный Мартин ван Марум. А в 1840 г. французский химик К. Шенбейн установил, что аналогичный запах, появляющийся во время грозы, принадлежит какому-то загадочному газу — который впоследствии так и назвали «пахнущим», т.е. озоном.
Ещё одной характерной чертой O3 является его способность изменять свой цвет и консистенцию в зависимости от температуры и давления. В естественных условиях озон имеет бледно-фиолетовую окраску. При повышении давления этот газ синеет. При температуре —111,9°C озон сгущается в нестойкую жидкость тёмно-синего оттенка. При —192,5°C O3 превращается в твёрдые тёмно-фиолетовые, практически чёрные, кристаллы.
Польза озона
Польза озона, образующегося в верхних слоях атмосферы, бесценна. Если бы озонового слоя (с концентрацией O3 в 10 раз выше, чем в приземном слое) не существовало, ультрафиолетовое излучение солнца уничтожило бы всё живое на нашей планете. Именно поэтому ситуация с истончением озонового слоя и образованием озоновых дыр занимает одну из первых позиций в списке серьёзнейших глобальных экологических проблем XXI века.
Озоновые дыры — это участки озонового слоя стратосферы с пониженным содержанием озона. В гг. внимание экологов привлекла пульсирующая озоновая дыра над Антарктидой. За концентрация O3 в ней снизилось почти в 2 раза. Ежегодно озоновая дыра над Антарктидой появляется на несколько месяцев, а затем затягивается. Вплоть до начала XXI века с каждым годом она становилась всё больше и больше. В 2000 г. величина озоновой дыры над Антарктидой достигла рекордных за всю историю масштабов в 28 млн км². Эта площадь сравнима с территорией США. С начала первого десятилетия XXI века озоновая дыра над Антарктидой постепенно уменьшается.
Мнения учёных относительно причин разрушения озонового слоя и образования озоновых дыр расходятся. Большинство экологов полагает, что виной всему техногенный фактор. Однако есть и такие учёные, которые связывают снижение концентрации озона в озоновом слое с вековыми колебаниями аэрохимических свойств атмосферы и независимыми изменениями климата.
Доказано, что озон в атмосфере способны разрушить как соединения азота и водорода (к примеру, аммиак и метан), так и соединения хлора (хлорфторуглероды — фреоны). Фреоны применяются в холодильных установках, кондиционерах, растворителях, аэрозольных баллончиках/спреях и огнетушителях.
Последствием истончения озонового слоя является пагубное воздействие на здоровье человека спокойно проходящего через все слои атмосферы ультрафиолетового излучения. У людей ослабляется иммунная система, развиваются такие болезни как рак кожи и катаракта.
Вред озона
В частности, во время грозы концентрация озона в приземных слоях атмосферы увеличивается почти в 10 раз. Человек уже легко может определить наличие этого газа в воздухе по бодрящему запаху свежести.
Ещё более запредельные (1000 мкг/м 3 ) показатели содержания озона в воздухе наблюдаются иногда летом в жару. Под воздействием солнечных лучей окислы азота и несгоревшие углеводороды выхлопных газов автомобилей вступают в сложную реакцию, в результате которой кислород (O2) преобразуется в озон (O3). При этом в 1 м 3 образующейся густой дымки (фотохимического смога) содержится до 1 мг озона. От этого явления, в народе именуемого летним смогом, в году в Лондоне погибло свыше 4000 человек.
Симптомы отравления озоном
В превышающих ПДК концентрациях озон превосходит по токсичности цианистую кислоту и угарный газ. Становясь ядовитым из-за своей насыщенности, этот газ оказывает крайне негативное влияние на здоровье человека:
Воздействие повышенного содержания озона в воздухе на организм человек может определить самостоятельно по характерной симптоматике. Если он ни с того ни с сего раскашлялся, расчихался, почувствовал жжение в груди и резь в глазах, его голос охрип — вполне возможно, что произошло отравление озоном.
Защита от озона
Если в жаркий летний день, прогуливаясь по городской улице с оживлённым автомобильным движением, Вы вдруг почувствовали головную боль, у Вас начало першить в горле, появился кашель, резь в глазах, чихание, постарайтесь поскорее зайти в какое-нибудь закрытое помещение. Внутри зданий с закрытыми окнами озона практически нет даже в часы интенсивного солнечного излучения.
В жаркий летний день при палящем солнце и отсутствии ветра по возможности лучше вообще не выходить на городскую улицу. Если же есть необходимость пройтись, то лучше сделать это утром. В начале дня концентрация озона в воздухе минимальна, к середине дня она постепенно возрастает, в 17 часов достигает максимальной отметки и спадает лишь после 22.
Утренние и вечерние пробежки на время озоновой атаки лучше отложить, поскольку при физической нагрузке организм поглощает намного больше озона. Отправляться в плаванье по реке в этот период также не стоит: над водной поверхностью концентрация озона намного выше, чем над близлежащей сушей.
На глаз определить снижение содержания озона в воздухе можно по хвойным лесам: они окутываются голубой дымкой, когда озоновые атаки отступают.
1) Д.А. Макунин. Озоновая атака // Планета здоровья // Экология и жизнь № 8, 2012, с. 92 — 93.
2) Экология и экономика природопользования. Бобылев С.Н., Новоселов А.Л., Гирусов Э.В. и др. Учебник. Изд. перераб., 2002 г.
3) Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России. Автор: В.Ф.Протасов. Издательство: финансы и статистика, 2001 г.
4) Экологическое состояние территории России: Учебное пособие для студентов высших педагогических учебных заведений (под ред. Ушакова С.А., Каца Я.Г.) Изд. 2004 г.
Автор статьи: Анастасия, Дата публикации: 19.03.2013
Заимствование материалов статьи без ссылки на сайт запрещено!
Вы можете приложить к своему отзыву картинки.
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Разрушение озонового слоя: причины и последствия катастрофы
Ученые предполагают, что возникновение озонового экрана Земли произошло четыреста миллионов лет назад. Именно этот процесс, по их мнению, позволил микроорганизмам подняться со дна океана и выйти на сушу. Так на Земле появилась жизнь.
Что такое озоновый слой
Озоновый слой — это самый легкий и тонкий слой в атмосфере, который содержит относительную концентрацию озона (до 0,001%). Озоновый слой защищает нашу планету от опасного ультрафиолетового излучения, которое способно причинить значительный ущерб жизни на Земле.
Однако озоновый слой не только покрывает нашу планету. Его также можно найти и на поверхности земли — он используется для таких целей, как отбеливание бумажной целлюлозы, обеззараживание питьевой воды и удаление неприятных запахов из продуктов.
Как образуется озоновый слой
Озон — это аллотропная модификация кислорода. Ультрафиолетовые лучи расщепляют молекулы кислорода, превращая О2 в О+О. После расщепления О присоединяется к другим молекулам кислорода, образуя озон (О3=О+О2).
О3 и молекулы кислорода «поглощают» около 97–99% вредного ультрафиолетового излучения, преобразовывая его в тепло.
Где находится озоновый слой
Озоновый слой находится на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли, в верхних слоях атмосферы. Озоносфера (или озоновый экран) в разных широтах планеты находится на разных уровнях. В тропических широтах озоновый слой находится на расстоянии от 25 до 30 км, в умеренных — от 20 до 25 км, в полярном круге расстояние еще меньше — от 15 до 25 км.
Толщина озонового слоя
Озоновый слой считается самым тонким в атмосфере. Концентрация озона в верхних слоях измеряется в единицах Добсона. Одна единица Добсона составляет 10 микрометров чистого озона при температуре 0 °C и стабильном атмосферном давлении. Нормальной концентрацией озона считается 300 единиц. Отсюда следует, что толщина озонового слоя составляет всего 3 000 микрометров (3 миллиметра).
Озоновый слой и УФ-излучение
Главная задача озонового слоя — оберегать планету от опасной солнечной радиации.
УФ-излучение в малых дозах полезно для человеческого организма, потому что напрямую связано с выработкой витамина D.
В современной медицине это излучение используется для лечения псориаза, остеопороза, желтухи, экземы и рахита. При лечении также учитывается риск негативного воздействия, поэтому любое использование данного излучения происходит под четким медицинским наблюдением.
Долгосрочное воздействие солнечного ультрафиолетового излучения на человека может спровоцировать развитие острых и хронических заболеваний кожи, глаз и иммунной системы.
Солнечные ожоги случаются в результате долгого влияния УФ-излучения на кожу. Оно способно вызвать дегенеративные изменения клеток кожи, фиброзной ткани и кровеносных сосудов. Рак кожи и катаракта — самые серьезные и нередкие последствия облучения ультрафиолетом.
Мощность ультрафиолетового излучения Солнца чаще всего делят на три категории:
Разрушение озонового слоя
Годы изучения защитного экрана показали, что над поверхностью Земли в некоторых районах озоновый слой начал истончаться. Первую «брешь» обнаружили над Антарктидой.
Причиной повреждения и истончения озоносферы Земли были признаны синтетические и искусственные вещества, образованные в результате промышленной деятельности.
Причина разрушения озона — хлорфторуглерод, группа органических соединений, включающих атомы фтора, хлора и углерода. Эти соединения не токсичны, стабильны и, взаимодействуя с воздухом, не образуют взрывоопасных веществ.
Фреон (хладагент) — яркий представитель этих соединений и включает в себя более 40 различных веществ. Область применения фреона захватывает практически все сферы жизнедеятельности человека. Впервые хлорфторуглероды стали использовать в работе холодильных устройств (холодильники, кондиционеры), заменив ими токсичные и взрывоопасные аммиак и сернистый газ. Позже хлорфторуглероды стали широко эксплуатировать в аэрозольных баллонах, вспенивателях, растворителях, а также в пищевой и парфюмерной отраслях.
Однако сейчас известно, что под воздействием солнечной радиации хлорфторуглероды разлагаются в атмосфере и образуют вещества, которые эффективно разрушают молекулы озона. И если на Земле фреон не представляет опасности для жизни, в стратосфере он активно разрушает защитную систему нашей планеты.
Монреальский протокол
В 1987 году Всемирная Метеорологическая Организация и Программа ООН по окружающей среде собрали вместе ученых, дипломатов, защитников окружающей среды, членов правительства, представителей промышленности и коммерческие организации для заключения соглашения о поэтапном отказе от химических веществ. В январе 1989 года вступил в силу Монреальский протокол, первое в мире международное соглашение о регулировании химических загрязнителей.
В рамках протокола было решено постепенно сокращать производство и использование озоноразрушающих химических веществ, в первую очередь был введен запрет на использование ХФУ (хлорфторуглерод) в распылительных аэрозольных баллончиках.
Озоновые дыры
В 1985 году над Антарктидой обнаружили озоновую «дыру» диаметром более 1 000 км. По сей день она является самой большой и занимает площадь чуть меньше 20 млн кв. км.
К счастью, как таковой дыры нет. На самом деле, когда ученые и популярные средства массовой информации ссылаются на дыру в озоновом слое, речь идет об области с низкой концентрацией озона. Толщина озоновой оболочки в этой местности меняется в зависимости от времени года.
Почему дыра образовалась именно над Антарктидой, если главная причина в опасных выбросах?
Ученые объясняют этот феномен тем, что хлорфторуглероды переносятся в Антарктику воздушными потоками. Особенные климатические условия, а конкретно — крайне низкие температуры (до −80 °C) способствуют формированию стратосферных облаков.
В этих облаках происходит серия химических реакций. Хлор, содержащийся в ХФУ, отделяется от других веществ, кристаллизуется и в течение всего холодного периода сохраняется в таком состоянии. С приходом весны интенсивность ультрафиолетовых лучей усиливается, атомы хлора высвобождаются, разрушая молекулы озона. В итоге образуется озоновая дыра.
Мир без озонового слоя
Озоновая дыра над Антарктидой не единственная. Количество дыр растет с каждым годом по всему миру. Поток солнечной радиации увеличивается и вызывает вспышки раковых заболеваний кожи и катаракту, причем дети этому явлению подвержены сильнее.
Ученые из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА), чтобы доказать значение озонового слоя, смоделировали ситуацию стремительного разрушения защитного экрана Земли.
Группа ученых начала работу с создания модели атмосферной циркуляции земной системы, которая учитывает химические реакции в атмосфере, колебания температуры и ветра, изменения солнечной энергии, а также другие элементы глобального изменения климата. Потери озона изменяют температуру в разных частях атмосферы, и эти изменения способствуют или подавляют химические реакции.
Затем исследователи увеличили выброс ХФУ и подобных соединений на 3% в год, что примерно вдвое меньше, чем в начале 1970-х годов, когда хлорфторуглероды активно использовались в производстве и быту. Ученые позволили моделируемому миру развиваться с 1970 по 2065 год.
Год 2065. Почти две трети озоносферы Земли исчезло. У самой большой озоновой дыры над Антарктидой появился двойник над Северным полюсом. Ультрафиолетовое излучение, падающее на города средних широт (например, Вашингтон), настолько сильное, что способно вызвать солнечный ожог всего за пять минут. Из-за высокого уровня радиации вероятность мутации ДНК увеличивается на 650%.
Решение есть
Увидев мир без озонового слоя, ученые пришли к выводу, что разрушение стратосферного озона можно остановить. Альтернативные вещества, которые не навредят защитному экрану Земли, существуют. К ним относятся углекислый газ, нетоксичный пропан, аммиак и изобутан (природный хладагент).
Как отмечают экологи, озоновый щит планеты уже сейчас восстанавливается на 1–3% в десятилетие. При благоприятных прогнозах озоновые дыры могут исчезнуть по всей планете к 2060 году. Команда ученых НАСА предполагает, что восстановление озонового слоя связано с Монреальским протоколом.
Специалисты из Национального управления океанических и атмосферных исследований США в 2018 году обнаружили крупные выбросы в атмосферу озоноразрушающего газа — трихлорфторметана.
Было установлено, что эпицентр выбросов находится в Восточной Азии, а позже более 18 производственных фабрик в Китае сами признались в незарегистрированном использовании фреона.
Экологи считают, что повлиять на целостность озонового слоя могут сами люди на бытовом уровне. Озоновый экран планеты также подвергается атакам парниковых газов и токсичных выбросов воздушного и наземного транспорта. Использование экологически чистого топлива, сохранение ресурсов земли и правильная утилизация вредных отходов сыграет значительную роль в спасении Земли.
Стоит начать очищение окружающей среды с маленького островка — своей квартиры. Через открытые окна в наше жилище поступает большое количество пыли, вредных испарений, ядовитых выбросов и неприятных запахов. В этой ситуации поможет бризер: благодаря трехступенчатой системе фильтрации устройство препятствует проникновению в комнату вредных веществ, бактерий, аллергенов и вирусов с улицы. Бризер борется с духотой в квартире и создает все условия для комфортной жизни и спокойного сна.
Заключение
Проблема разрушения озонового слоя планеты тесно связана с угрозой глобального потепления. Есть предположение, что восстановление озоновой оболочки замедлит таяние льдов
Правительство и многие крупные промышленные корпорации играют большую роль в том, как мы используем ресурсы Земли. Если сохранение окружающей среды станет первоочередной задачей каждого из государств, возможно, разрушительное влияние на нашу среду обитания достигнет минимума.
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.
