Ozon

Stoffgruppe Anorganische Gase, Fotooxidantien
Ozon ist die Leitsubstanz des Sommersmogs, da es von der Konzentration und den Wirkungen her alle anderen Stoffe der Fotooxidantien dominiert.
Formel O3
Eigenschaften Reizgas, stark riechend, geringe Wasserlöslichkeit,
chemisch sehr reaktiv, sehr starkes Oxidationsmittel,
Geruchsschwelle unter Laborbedingungen: 40-50µg/m3,
Treibhausgas
Entstehung Ozon wird nicht emittiert, sondern entsteht infolge bestimmter Reaktionsprozesse, nachdem sich abgespaltener atomarer Sauerstoff O mit dem in der Luft vorliegenden molekularen Sauerstoff O2 zu Ozon O3 verbindet.
In der Stratosphäre (15 bis 50km Höhe) entsteht der atomare Sauerstoff O durch Spaltung von O2-Molekülen mittels ultravioletter Strahlung, der sich dann mit dem molekularen Sauerstoff zu Ozon verbindet.
In der erdnahen Troposphäre (bis 15km Höhe) gibt es einen Sockelanteil an natürlichem Ozon. Zusätzliches Ozon bildet sich bei intensiver Sonneneinstrahlung durch komplexe photochemische Prozesse von molekularem Sauerstoff O2 mit Luftverunreinigungen wie vor allem flüchtigen organischen Verbindungen (engl. VOC=volatile organic compounds) und Stickoxiden NOx, aber auch Kohlenmonoxid CO und Methan CH4.
Letztere werden auch Vorläuferstoffe genannt und sind überwiegend anthropogenen Ursprungs. Stickoxide stammen zu einem großen Teil aus den Autoabgasen des Verkehrsbereichs und zu einem geringeren Teil aus Feuerungsanlagen. Flüchtige organische Verbindungen werden etwa zur Hälfte bei der Verwendung von Lösemitteln in Industrie, Gewerbe und Haushalten freigesetzt und rund ein Drittel kommen aus dem Verkehrsbereich einschließlich Tankstellen. 
Um eine hohe Akkumulation des Ozons in der atmosphärischen Mischungsschicht zu erreichen, bedarf es einer mehrerer Tage andauernden stabilen sommerlichen Schönwetterperiode, es entsteht Sommersmog.
Bodennahes Ozon entsteht ebenfalls bei der Entladung von elektrischen Hochspannungen wie bei Blitzen, in Fotokopierern und Laserdruckern. Letzteres hat Bedeutung für Ozonkonzentrationen in Innenräumen.
Ausbreitung Sowohl das Ozon als auch die Vorläufersubstanzen können durch Luftmassentransport eingetragen werden. Die Höhe der Ozonkonzentrationen wird außerdem vom vertikalen Austausch der Luftschichten beeinflusst, da bei Durchmischungen mit höheren Schichten dort gespeicherte ozonreiche Luft in tiefere Schichten getragen werden kann.
In Abhängigkeit von den Witterungsbedingungen, der Jahreszeit und dem Tagesrhythmus stehen Bildung und Reduktion von Ozon in einem komplizierten chemischen Gleichgewichtsprozess mit den Vorläuferstoffen Stickoxide und den flüchtigen organischen Verbindungen. Durch photochemische Reaktionen wird das Gleichgewicht zwischen den genannten Vorläufersubstanzen und Ozon bei den o.g. Bedingungen zugunsten der Ozon - Bildung verschoben. Bei Wegfall der Strahlung und Temperaturrückgang, also nachts, läuft die Rückreaktion verstärkt ab. So kommt es zu der scheinbar paradoxen Situation, dass die Ozonbelastung an besonders verkehrsreichen Strassen niedriger ist als am Stadtrand oder in den angrenzenden ländlichen Gebieten.
Die jeweilige Ozonsituation ist somit einerseits von sehr kurzfristigen Witterungsbedingungen abhängig. Andererseits besteht ein Zusammenhang zu der mittel- und langfristigen Belastungssituation mit den Vorläufersubstanzen (Verweilzeiten, überregionale Ausbreitung).
Wirkungen In der Stratosphäre ist Ozon gesundheitsschützend, weil es die schädliche kurzwellige ultravioletten Strahlen filtert.
In der Troposphäre ist der gestiegene Ozongehalt gesundheitsschädlich. Es dringt wegen der geringen Wasserlöslichkeit bis tief in die Alveolen des Atemtraktes ein und führt neben geringen Schleimhautreizungen in den oberen Atemwegen zur Schädigung der Zellmembranen in der Lungenperipherie. Direkte Wirkungen sind entzündliche Prozesse des Gewebes mit möglicherweise nachfolgenden
akuten und chronischen Atemwegserkrankungen. Die Lungenfunktion wird gestört und das Immunsystem geschwächt.
Erhöhte Ozonkonzentrationen in Innenräumen führen schnell zu Müdigkeit und Kopfschmerzen sowie Einschränkung der Lungenfunktion mit den nachfolgenden o.g. Schädigngen. Gute Durchlüftung der Räume vermindert die Schadkonzentration.
Das reaktive Gas ruft ebenfalls direkte Schädigungen von Pflanzen hervor, indem es die Blattoberfläche zerstört, direkt in die Spaltöffnungen eindringt, dort Zellstrukturen angreift und somit die Photosyntheseleistung vermindert. Es trägt somit zum Waldsterben bei und führt zu Ertragseinbußen an landwirtschaftlichen Kulturen.
Bodennahes Ozon verhindert neben anderen Treibhausgasen die Wärmeabstrahlung von der Ede in die Atmosphäre und trägt somit zur Verstärkung des Treibhauseffektes bei.
Grenzwerte Zur Information und Warnung der Bevölkerung sind für die Europäische Union EU u.a. folgende Schwellenwerte für Ozonkonzentrationen festgelegt worden:
180µg/m3   
(1h-Mittelwert) 
Schwellenwert für die Unterrichtung der Bevölkerung (Personen, die erfahrungsgemäß gegenüber Luftschadstoffen empfindlich reagieren, sollen insbesondere ungewohnte und starke Anstrengungen im Freien am Nachmittag vermeiden.)
360µg/m3
(1h-Mittelwert)
Schwellenwert für die Auslösung des Warnsystems (Der gesamten Bevölkerung wird empfohlen, länger andauernde und körperlich anstrengende Tätigkeiten im Freien, insbesondere am Nachmittag zu vermeiden.
Siehe dazu auch die UMAD-Dokumentation Immissionsgrenz-, -richt- und -leitwerte.
Tendenzen Während der Ozongehalt in der Stratosphäre weiterhin abnimmt, bewegt sich die Konzentration des bodennahen Ozons in der Atmosphäre weiterhin auf einem ziemlich hohen Niveau bzw. zeigt örtlich und zeitlich steigende Tendenz. So wurde nach Angaben des Bundesumweltamtes im Jahr 2000 der Schwellenwert von 180µg/m3 Luft bundesweit 600 Mal überschritten. Im Sommer 1999 waren es dagegen nur 219 Überschreitungen. Trotz der gestiegenen Belastung wurde der zweite Schwellenwert von 360µg/m3 Luft an keinem Tag überschritten.
Siehe dazu auch "Der Verlauf von Luftschadstoffen in Rheinland-Pfalz".
Links Umweltbundesamt "Weitere Informationen"
Umweltbundesamt "Hintergrundinformation: Sommersmog", Mai 2004; Umfassende Einführung und Übersicht über die chemischen Grundlagen der Entstehung des Sommersmogs, die Wirkungen des Ozons auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt sowie notwendige Maßnahmen.
Umweltbundesamt Kurzbericht "Ozonsituation 2003 in der Bundesrepublik Deutschland"
Bayerisches Landesamt für Umweltschutz "Informationen über Ozon" (.pdf)

top