オゾン汚染の仕組み

写真提供：米国EPA
オゾンはスモッグの主成分です。

ラジオやテレビの天気予報では、晴れて暑くなり、オレンジ色のオゾン警報が発令されていることがわかります。オゾンとは何ですか?オレンジ色のアラートは何を意味しますか?なぜそれを心配する必要があるのでしょうか？

この記事では、オゾンとは何なのか、どのように生成されるのか、オゾンがどのような健康被害をもたらすのか、そしてオゾン汚染を減らすために何ができるのかを検討します。

オゾンは、3 つの酸素原子が結合した分子です(O3) 。不安定で反応性が高いです。オゾンは、空気や飲料水の漂白剤、消臭剤、殺菌剤として使用されています。低濃度では有毒です。

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オゾンは、地球の上層大気の層である成層圏に低濃度で自然に存在します。この高層大気では、太陽からの紫外線が酸素分子 ( O2 ) を分裂させ、2 つの単一の酸素原子を形成するときにオゾンが生成されます。自由になった原子が酸素分子と衝突すると、オゾンになります。成層圏オゾンは、地球の表面を危険な紫外線から守るため、「良い」オゾンと呼ばれています。

写真提供： NIEHS/NIH
NOx 汚染物質からのオゾン生成: 太陽光の作用により二酸化窒素から遊離した酸素原子が酸素分子を攻撃してオゾンを生成します。窒素酸化物はオゾンと結合して二酸化窒素を再形成し、このサイクルが繰り返されます。

オゾンは、大気の最下層である対流圏にも存在します。対流圏オゾン(「悪い」オゾンと呼ばれることが多い) は、内燃機関や発電所による大気汚染の結果として人工的に生成されたものです。自動車の排気ガスや産業排出物からは、ガソリンや石炭の燃焼の副産物である窒素酸化ガス(NOx) や揮発性有機化合物(VOC) が放出されます。 NOx と VOC は、晩春、夏、初秋の晴れた高温条件下で酸素と化学的に結合してオゾンを形成します。通常、高レベルのオゾンは午後と夕方の暑い時間帯に生成され、涼しい夜の時間帯に消散します。

写真提供： NASA
対流圏オゾンの世界的な季節変化: 対流圏オゾンは、気候が暑い北半球と南半球の夏に増加します。北半球では夏に最も対流圏オゾンが観察されます。

オゾン汚染は主に都市部や郊外で発生しますが、卓越風に乗って運ばれたり、農村部に流入する車やトラックによって発生したりして、最終的には農村部にも到達します。都市工業地帯から風下 250 マイル (402 キロメートル) 離れた農村地域でも、かなりのレベルのオゾン汚染が検出されることがあります。

写真提供： NIEHS/NIH
オゾン汚染は都市部から農村部まで広がる可能性があります。

オゾンの回避と削減

オゾンを吸い込むと、オゾンは気道全体に伝わります。オゾンは非常に腐食性が高いため、ガス交換に重要な肺の細気管支と肺胞、つまりガス交換に重要な気嚢に損傷を与えます（詳細については「肺の仕組み」を参照）。オゾンに繰り返し曝露すると、肺組織が炎症を起こし、呼吸器感染症を引き起こす可能性があります。

オゾンへの曝露は喘息などの既存の呼吸器症状を悪化させ、肺機能や運動能力を低下させ、胸痛や咳を引き起こす可能性があります。幼児、屋外で活動する成人、呼吸器疾患のある人は、夏に遭遇する高レベルのオゾンの影響を最も受けやすくなります。

オゾンの腐食性は人体への影響に加えて、植物や樹木にもダメージを与える可能性があります。高レベルのオゾンは農作物や森林植生を破壊する可能性があります。

写真提供： NARA 、写真家ジーン・ダニエルズ/米国EPA
オゾン損傷を受けたプラント（左）と正常なプラント（右）

オゾンへの曝露を避ける
オゾンへの曝露から身を守るために、お住まいの地域の大気質指数 (AQI) を毎日知っておく必要があります。AQI は通常、新聞やテレビやラジオの朝の天気予報で見つけることができます。また、オゾン警報値に関する米国環境保護庁(EPA) のガイドにも精通している必要があります。

AQI の数字は何を意味しますか? AQI は、オゾン、二酸化硫黄、粒子状物質、一酸化炭素、二酸化窒素という 5 つの大気汚染物質の濃度を測定します。 EPA はこれらの汚染物質を基準汚染物質として選択しましたが、これらが大気中の汚染物質のすべてではありません。これらの濃度は、連邦法に定められた基準と比較されます。指数値 100 は、すべての基準汚染物質が人口の大多数にとって安全であると考えられる最大レベルにあることを意味します。下のグラフでは黄色のアラートです。 100 を超える数値は濃度が高いことを示し、したがってほとんどの人にとってリスクが高くなります。

米国 EPA オゾンに関する大気質ガイド
大気質指数	色	空気の質	予測
0～50	緑	良い	健康への影響は予想されません。
51～100	黄色	適度	異常に敏感な人は、長時間の屋外活動を制限する必要があります。
101～150	オレンジ	敏感なグループにとっては不健康	活動的な人や呼吸器疾患のある人は、長時間の屋外活動を制限する必要があります。
151～200	赤	不健康	活動的な人や呼吸器疾患のある人は、長時間の屋外活動を避けるべきです。それ以外の場合は、長時間の屋外活動を制限する必要があります。
201～300	紫	非常に不健康	活動的な人や呼吸器疾患のある人は、屋外での活動をすべて避けるべきです。それ以外の場合は屋外活動を制限する必要があります。

オゾンへの曝露を減らすには、夏の午後と夕方の時間帯の運動を避ける必要があります。

自分だけのオゾン検知器を作ってみる

オゾンテストストリップを作成して、自分の裏庭や学校の周囲のオゾンレベルを検出および監視できます。必要なものは次のとおりです。

コーンスターチ
濾紙（コーヒーフィルターでも大丈夫です）
ヨウ化カリウム ( Carolina Biological SupplyやFisher Scientificなどの科学教育サプライヤーから注文できます)

基本的には、水、コーンスターチ、ヨウ化カリウムからペーストを作り、このペーストを濾紙のストリップに塗ります。次に、ストリップを 8 時間空気にさらします。空気中のオゾンがヨウ化カリウムと反応してストリップの色を変えます。この Web サイトで入手可能なグラフからオゾン濃度を読み取ることができます。また、相対湿度を知る必要があります。相対湿度は、新聞、気象放送、または家庭用気象観測所から入手できます。詳細については、「地上オゾン試験」を参照してください。

オゾン汚染の削減
オゾン汚染を軽減するにはいくつかの方法があります。