В обывательском сознании озон – это что-то приятное и даже более полезное, чем кислород: два атома О хорошо, а три ещё лучше. Но на самом деле этот газ может быть опасен для здоровья человека. Действительно, есть «полезный» озон. Он находится далеко в стратосфере, на высоте 25 километров от земной поверхности, там озоновый слой Земли выполняет важную функцию: обеспечивает существование жизни на планете, защищая землян от избытка солнечного ультрафиолета.
В нижних слоях атмосферы образуется свой приземный озон – он-то и опасен. Существуют международные исследования, показавшие связь между концентрацией приземного озона и сердечно-сосудистыми, а также лёгочными заболеваниями. Приземный озон не выбрасывается никакими предприятиями, это вторичный загрязнитель, он образуется в атмосфере, но источники озона не ясны. Их идентификация – это задача мирового уровня. В России не так много научных групп, которые занимаются проблемами тропосферного озона, известны подобные исследования для Томска и Москвы. Однако, изучая атмосферу, важно учитывать климатические особенности каждого региона, источники озона и его предшественников, которые для каждого города свои.
Теперь эта тема разрабатывается и в Южно-Уральском государственном университете, в том числе в рамках гранта РНФ 24-27-20017 «Влияние температурных инверсий на эпизоды загрязнения атмосферного воздуха в промышленном городе». Челябинские ученые ведут исследования совместно с Челябинским отделением Гидрометеослужбы. Мониторинг загрязнения воздуха озоном в городе Челябинске на стационарных постах государственного мониторинга был начат в экспериментальном порядке в 2018-2019 гг. И тогда же метеорологи обратились к ученым ЮУрГУ. Была создана совместная рабочая группа. И в декабре 2024 года вышла первая большая статья, написанная совместно с учеными ЮУрГУ и Челябинского центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Статья опубликовано в журнале GEOGRAPHY, ENVIRONMENT, SUSTAINABILITY. Журнал издается Русским географическим обществом, географическим факультетом МГУ имени М.В. Ломоносова и Институтом географии РАН на английском языке, входит во второй квартиль базы данных Scopus.
Ученые детально изучили суточные и сезонные концентрации приземного озона в Челябинске, а также его предшественников — оксидов азота и летучих органических соединений, из которых образуется озон в результате сложных фотохимических реакций. Исследования показали, что концентрация озона изменяется периодически и основное влияние на нее в Челябинске оказывают выбросы энергетики, а не транспорт. Это подтверждается тем, что экстремальные значения оксидов азота и озона не совпадают с часами пиковой нагрузки для автотранспорта, которые в Челябинске приходятся на 9 утра и 8 вечера, зато они совпали с пиковыми нагрузками и выбросами от тепловых электростанций в 7 утра, час дня и семь вечера.
Исследования показали, что кроме антропогенного влияния существуют природные источники озона и его предшественников. Было зафиксировано для сезонных максимума озона – зимой и летом. Такая ситуация характерная в целом для всего Евразийского материка. В Челябинский весенний максимум обусловлен естественными процессами. Анализ спутниковых данных показал, что в марте 2019 года озон поступал на территорию Челябинской области с воздушными массами из Казахстана и Средней Азии. Также метеорологи проанализировали движения воздуха на высоте 300 гПа (порядка 9 км), там, где формируется погода, и данные с профилемера, фиксирующего изменение температуры воздуха на различной высоте. Кропотливый анализ эпизодов с повышенными концентрациями озона показал, что во все эти периоды Челябинск находился на гребне циклона, в теплом секторе которого формировались мезоструйные течения. Эти течения захватывали озон и переносили его к поверхности Земли, а если в этот период наблюдались аномальные инверсии, то они «запирали» загрязняющие вещества на территории города. Это способствовало тому, что формировались концентрации озона выше ПДК.
Второй максимум – летний. Летом больше солнечной радиации, в солнечные жаркие дни, характерные для антициклонической ситуации, активизируются фотохимические реакции и озон активно синтезируются из прекурсоров. Если в дни, благоприятные для фотохимического образования озона, формируются аномальные ночные или дневные инверсии, то они блокируют рассеивания озона и его концентрация пикообразно возрастает.
Понимание источников озона позволит скорректировать планы по мониторингу содержания этого серьезного и опасного загрязнителя, а также выработать мероприятия по сокращению выбросов предшественников озона. В ходе исследований были обнаружены ночные повышения концентрации озона, природа которых пока остается неясной, поэтому ученые продолжают свою работу, в том числе с привлечением технологий дистанционного зондирования Земли с помощью спутниковых данных.