Ozon

Ozon (O₃) er en allotrop form av oksygen, et ustabilt molekyl som er satt sammen av 3 oksygenatomer. Ozon virker kraftig oksiderende.

Ved romtemperatur og normalt lufttrykk er ozon en ustabil, blå gass. På grunn av sin oksiderende virkning er gassen giftig for mennesker, og har evne til å bryte ned mange stoffer. Lukten er karakteristisk stikkende. Ved -112°C kondenserer gassen til en mørkeblå væske, og ved -192,5°C danner den en svartfiolett fast stoff.

Ozon dannes fra O₂ ved elektriske utladninger, for eksempel ved lyn, og som følge av elektromagnetisk stråling. Ozon finnes i lave konsentrasjoner i hele jordens atmosfære. De høyeste forekomstene av ozongass finnes i stratosfæren, i et område som kalles ozonlaget. Her filtrerer ozonet ut mye av det ultrafiolette lyset fra sola, som ellers ville vært skadelig for de fleste livsformer.

Ozon i jordens atmosfære oppstår hovedsakelig på en av tre måter:

• I stratosfæren bryter ultrafiolett lys ned O₂-molekyler til oksygenatomer. Disse atomene binder seg til O₂-molekyler og danner O₃. Under påvirkning av UV-stråling blir ozonmolekylet oppdelt i et O₂-molekyl og et fritt oksygenatom. Dette frie oksygenatomet binder seg så igjen til et O₂-molekyl, i en kontinuerlig prosess som kalles ozon-kretsløpet. Dette kretsløpet kan bli forstyrret av klor, fluor eller brom i atmosfæren. Særlig klorfluorkarboner (KFK-gasser) har ført til en reduksjon av mengden ozon i stratosfæren. Stratosfærens ozon, kalt ozonlaget, bidrar til å redusere intensiteten av den ultrafiolette strålingen på jordoverflaten.

• Nær bakken dannes ozon av en reaksjon mellom nitrogendioksid (NO₂) , oksygen, flyktige hydrokarboner og sollys. Dette medfører at konsentrasjonen av ozon vanligvis er høyest på dagtid i sommerhalvåret. Utslipp av nitrogendioksid og flyktige organiske forbindelser vil i stor grad bestemme ozonkonsentrasjonen.

• Ved lyn: De elektriske utladningene gjør at det dannes ozon, salpetersyre og andre stoffer.

Nær bakken er ozon en forurensningskomponent. Direkte utslipp av ozon er av liten betydning for ozonkonsentrasjonen i uteluft. Noen typer elektriske apparater kan lage så høye konsentrasjoner av ozongass at mennesker kan lukte det. Dette gjelder særlig apparater som bruker høy spenning, for eksempel laserskrivere og fotokopimaskiner. Den brukes også til dreping av bakterier i steamdusjer. Elektromotorer med børster kan generere ozongass på grunn av gnistene som oppstår inne i motoren. Elektrisk sveising danner også ozon, dette på grunn av det sterke ultrafiolette lyset i lysbuen.

Ozon kan brukes som blekemiddel og som desinfeksjonsmiddel. Noen steder brukes ozon som desinfeksjonsmiddel i renseanlegg for drikkevannsforsyningen i stedet for klor. Slik unngår man klorforbindelser i drikkevannet. Men siden ozonet ikke blir bundet i vannet etter renseprosessen, tilsetter man gjerne noe klor for å unngå bakterievekst i rørledningene.

Ozon kan brukes til å påvirke utfelling av molekyler i filtreringsprosesser, og til nedbrytning av molekyler.

De hvite blodlegemene danner naturlig ozon som et forsvar mot fremmedlegemer. Når ozonet brytes ned dannes det frie radikaler, som er svært reaktive og kan ødelegge eller skade de fleste organiske molekyler.

Ozon blir anvendt på en rekke områder i medisinen. Blant annet kan det brukes til å påvirke antioksidant-prooksidant-balansen i en organisme, siden den vanligvis reagerer på ozon ved å produsere antioksidant-enzymer.

På grunn av at den er så ustabil, kan ozongass ikke lagres over lengre tid, eller kjøpes på trykkflasker slik man kan med andre gasser som blir brukt i industrien. Ozongass blir derfor framstilt med ozongeneratorer på stedet der den skal brukes. I denne prosessen brukes en nitrogen-/oksygenblanding som blir utsatt for elektriske utladninger. Ozoninnholdet i den gassblandingen som oppstår i denne prosessen kan påvirkes ved å regulere den elektriske spenningen og gassflyten. Ettersom ozon er så reaktiv, blir mange materialer ødelagt av gassen. Ledninger og slanger av teflon er motstandsdyktige mot ozonholdige gassblandinger.

Bakkenær ozon er en gass med en forurensningskomponent som både finnes både nær bakken og i de øvre lag av atmosfæren. Høye nivåer av ozon nær bakken kan føre til skader på helse på dyr og mennessker, vegetasjon og materialer. I Norge kan nivåene komme over anbefalte grenseverdier for helse og vegetasjon i perioder om sommeren.^[1]

De høyeste ozonnivåene i Norge forekommer som følge av langtransportert luftforurensning fra kontinentet og De britiske øyer.^[2] Imidlertid tyder målinger i Oslo og Drammen på et visst bidrag av lokalprodusert ozon. Ozon er meget reaktiv, og i forurensede områder vil ozon reagere med en rekke ulike komponenter og dermed omdannes til andre kjemiske forbindelser. I slike områder vil derfor ozonkonsentrasjonen i luften kunne være lavere enn i ikke forurensede områder. Således kan områder med mye trafikkforurensning ha en døgnvariasjon som er svært forskjellig fra det normale bildet. Videre er ozonkonsentrasjonen inne i bygninger i de fleste tilfeller klart lavere enn utendørs, da ozon lett reagerer med materialer i innemiljø.

Kontinuerlig måling av ozonkonsentrasjoner i luft utføres ved et landsdekkende nett av målestasjoner. I 2001 var den høyeste timesmiddelverdi 144 μg/m₃. De fleste innbyggerne i Norge vil en eller flere ganger i løpet av året være utsatt for timesmidler av ozon på over 100 μg/m³. De høyeste timesmiddelverdiene opptrer vanligvis i såkalte ozonepisoder i sommerhalvåret og viser ofte et maksimum i april eller mai.

Nivåene av bakkenær ozon har steget med ca. 10 prosent per 10 år i Europa. Siden utslipp av NO₂ og flyktige organiske forbindelser i stor grad vil bestemme ozonkonsentrasjonen, må altså utslippet av disse komponentene minskes for å redusere ozonkonsentrasjonen. Da ozonnivået i Norge stort sett skyldes forurensning transportert over store avstander, må slike utslippsreduksjoner først og fremst foretas i andre land i Europa. Internasjonalt arbeid er igangsatt med sikte på å redusere utslipp av slike komponenter.

Ozon er en reaktiv gass som tas opp i organismen ved innånding. Den kan reagere med en rekke forskjellige biologiske komponenter, og dermed forårsake skader i alle deler av luftveiene. Ut fra undersøkelser av befolkningsgrupper og kontrollerte, eksperimentelle undersøkelser på frivillige er følgende helseeffekter av ozon påvist hos mennesker:

• Redusert lungefunksjon
• Overfølsomhet i luftveiene
• Betennelsesreaksjoner i luftveiene
• Luftveissymptomer (hoste, brystsmerter, økt slimproduksjon etc.)
• Sykdommer i luftveiene som medfører besøk hos lege/på sykehus
• Dødelighet

I en rekke undersøkelser av grupper av befolkningen og feltstudier av små utvalgte grupper er det vist en sammenheng mellom daglig maksimal ozonkonsentrasjon (målt over 1 time eller 8 timer) og reduksjon av lungefunksjon, luftveis- og ikke-luftveissymptomer, forverring av astma, økt besøk på sykehus for sykdommer i luftveiene og økt dødelighet. Det er først og fremst akutte effekter av ozon som er studert, men kroniske effekter er også undersøkt selv om usikkerheten i disse studiene er større.

I studier foretatt med barn og ungdom på sommerleir er det vist akutte effekter på lungefunksjon ved ozonnivåer under eller rundt 240 μg/m³. Flere studier med skolebarn i normal daglig aktivitet viser at med økende ozonkonsentrasjon reduseres lungefunksjonen. Maksimale timesmidler for ozon i disse studiene ligger i området 10-240 μg/m₃. En studie viste effekter på lungefunksjon, selv om det maksimale timesmiddelet for ozon aldri oversteg 156 μg/m³). En sammenheng mellom akutt sykelighet i luftveiene (besøk hos lege/på sykehus) og ozoneksponering er observert i flere studier. Resultater tyder på at antall sykehusbesøk for astma og andre luftveisproblemer kan øke ved ozonnivåer under 240 μg/m³). En ny studie viser at i områder med høyt ozonnivå (120 μg/m³, 8-timersmiddel) hadde barn med stor sportslig aktivitet økt risiko for å utvikle astma sammenlignet med barn i områder med lavere ozonnivå (80 μg/m³), 8-timersmiddel). Videre finnes det studier som indikerer akutt effekt av ozon på dødelighet også ved forholdsvis lave ozonnivåer hos eldre, lungesyke og hjertesyke mennesker. Dataene i en undersøkelse fra London indikerer et nedre nivå for effekt ved rundt 100 μg/m³ for 8 timersmiddel. I en studie som omfattet 15 europeiske byer ble det funnet en sammenheng mellom ozonnivået og forekomsten av daglige dødsfall.

Kontrollerte studier med ozon har hovedsakelig vært foretatt på friske, unge voksne menn og kvinner, men også astmatikere og individer med alvorlige lungesykdommer har inngått i flere studier. Personene er eksponert kammer under varierende fysisk aktivitet i perioder fra noen minutter til flere timer. Fysisk aktivitet vil medføre økte akutte toksiske (giftige) effekter av ozon. Reduksjon av lungefunksjon hos personer i fysisk aktivitet er observert ved 240 μg/m³) ozon ved eksponering i 1-3 timer og 160 μg/m³) i 6-8 timer. Under de samme eksponeringsforhold er det også observert økt forekomst av en betennelseslignende reaksjon i lungene. Studier har videre vist at ozon i konsentrasjoner fra 160 μg/m³) forårsaker økt følsomhet i luftveiene for stimulerende stoffer og symptomer som irritasjonshoste, brystsmerter, tetthet i brystet og økt slimproduksjon.

Dyrestudier viser for det meste de samme effekter av ozon på lungefunksjon og betennelsesreaksjoner som studier på mennesker. Dyr er ofte bedre egnet for å studere andre uønskede helsevirkninger som akutte celleskader, kroniske effekter, samt mekanismer for celleskader. Slike studier viser at såkalte flimmerceller og type 1-celler er svært følsomme for ozonskade. Celler i et bestemt område av gassutvekslingssonen er spesielt utsatte. Dyreforsøk har også vist kroniske effekter av ozon i konsentrasjonsområdet 240-500 μg/m³). Økt celledeling og celleforandring langsmed hele luftveisepitelet er blant annet påvist. Også bindevevsaktige forandringer er studert i dyremodeller ved forholdsvis lave ozonnivåer.

Videre er ulike dyremodeller blitt brukt til å studere hvordan ozon påvirker følsomheten for luftveisinfeksjoner. Eksponering for lave ozonnivåer (160 μg/m³) og bakterier i luftveiene hos gnagere, økte dødeligheten som følge av bakterieinfeksjon. Studier har også vist at ozon reduserer såkalte spisecellers (makrofager)evne til å ta opp og drepe bakterier, kreftceller, virus og sopp. Det er imidlertid ikke påvist med sikkerhet at ozon forårsaker økt forekomst av luftveisinfeksjoner hos mennesker. Dyrestudier viser også at ozon øker sensibiliseringen for inhalerte allergener.

Ozon er i enkelte studier vist å forårsake forandringer på kromosomer, mens andre studier tyder på at ozon i hovedsak ikke skader arvematerialet. Det er utført flere studier for å få belyst ozonets mulige kreftfremkallende potensial. Ved høye konsentrasjoner (2000 μg/m³) har ozon vist seg å være kreftfremkallende i hunnmus, men ikke i hannmus eller rotter. Slike studier peker på at ozon ved høye konsentrasjoner kan påvirke kreftutviklingen hos mus, men at det er tvilsomt om lavere nivåer av ozon kan være kreftfremkallende. Det er ikke mulig å benytte disse resultatene for å si noe sikkert om kreftrisiko hos menneske.

Helseeffekter av ozon er påvist i kontrollerte forsøk av enkeltpersoner ved eksponering i noen timer ved så lave konsentrasjoner som 160 μg/m³, samt i befolkningsundersøkelser ved konsentrasjoner ned til 100 μg/m³. I slike studier er det vist sammenheng mellom ozonnivåer (målt over 1 time eller 8 timer) og alvorlige helseeffekter som luftveissykdom og dødelighet. Det er svært store individuelle forskjeller i følsomhet for effekter av ozon. Årsaken til dette er ikke helt klarlagt, da kjente faktorer som fysisk aktivitet, eksisterende sykdom (som astma), alder, røyking og miljøfaktorer bare delvis kan forklare variasjonen i ozonrespons. Resultatene fra studier med kronisk ozoneksponering er mer usikre. Imidlertid viser flere eksperimentelle studier forandringer i luftveiene som følge av kronisk ozoneksponering, og stadig flere epidemiologiske studier indikerer sammenheng mellom lungesymptomer/ sykdommer/ dødsfall og kronisk eksponering for ozon.

I rapport 92:16 Virkninger av luftforurensning på helse og miljø har Statens forurensningstilsyn (SFT), nå Miljødirektoratet, kommet med anbefalte luftkvalitetskriterier for ozon.^[3] Luftkvalitetskriterier angir hvilke nivåer man ut fra kunnskapen i 1992 antok befolkningen kunne utsettes for uten at skadevirkninger oppsto. Det ble forsøkt å ta hensyn til sårbare grupper. Luftkvalitetskriteriene ligger såvidt i overkant av de ozonnivåer som finnes i områder som forurensningsmessig (forurensning med andre komponenter enn ozon) betegnes som bakgrunnsområder. Ut fra en ren helsemessig vurdering ville det vært ønskelig med lavere verdier for ozon, men SFT-gruppen fant det ikke hensiktsmessig å foreslå anbefalte luftkvalitetskriterier på et lavere nivå enn bakgrunnsnivået av ozon.

«Air Quality Guidelines», eller på norsk – retningslinjer for luftkvalitet, utgitt av Verdens helseorganisasjon (WHO)^[4] er nylig revidert, og det er kun angitt en retningslinjeverdi for 8 timer. Et timesmiddel ble vurdert å være unødvendig. WHO satte retningslinjeverdien til 120 μg/m³ (8 timersmiddel). Denne retningslinjeverdien har ingen sikkerhetsmargin i forhold til nivåer der man har observert uønskede helsevirkninger.

Gjeldende luftkvalitetskriterier er:

• 100 μg/m³ (1 times middelverdi).
• 80 μg/m³ (8 timers middelverdi)

I henhold til EU-direktivet er det innført et ozonnivå der befolkningen skal informeres (180 μg/m³) og et nivå der befolkningen skal advares (360 μg/m³). Miljødirektoratet har bestemt at befolkningen skal informeres når ozonnivået overskrider 160 μg/m³, fordi det er funnet gode holdepunkter for at noen individer kan oppleve uønskede helsevirkninger ved dette nivået.

• Ozonlaget
• Bakkenær ozon