Erhöhte Ozonwerte

Hoch Yasmine erweist sich als beständig und bleibt für unser Wetter in den nächsten Tagen weiter bestimmend. Das bedeutet für die meisten Regionen viel Sonnenschein und nur lockere Bewölkung. Dabei steigt die Ozonkonzentration am Boden wieder an, örtlich werden sogar Grenzwerte überschritten. Wie kommt das? Was sind die Gefahren?

Zurzeit hört man im Wetterbericht wieder das Stichwort "Ozonkonzentration". Am heutigen Donnerstag beispielsweise kann es im Südwesten vereinzelt zur Überschreitung des Informations-Schwellenwertes von 180 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft kommen. Ab 240 wird Ozonalarm ausgelöst. Aber wieso muss vor Ozon gewarnt werden?

Was ist Ozon?
Ozon hat seinen Namen vom Altgriechischen, ózein bedeutet so viel wie "riechen". Die Bezeichnung stammt von seinem stechenden Geruch, der für uns Menschen ab einer gewissen Konzentration (etwa 50 Mikrogramm pro Kubikmeter Luft) wahrnehmbar ist. Es ist schwer wasserlöslich und reagiert "gerne" mit anderen Stoffen. In hohen Konzentrationen ist Ozon ein giftiges Gas.

Gutes Ozon und schlechtes Ozon?
"Wieso sprechen wir von hohen Ozonkonzentrationen und gleichzeitig vom Ozonloch? Passt das zusammen?" Ja, es passt zusammen, da wir hier von zwei verschiedenen Bereichen der Atmosphäre sprechen. Das "Ozonloch" bezeichnet einen Bereich sehr geringer Konzentrationen des Gases innerhalb der Ozonschicht in ca. 50 km Höhe innerhalb der Stratosphäre. Dort schützt uns das Ozon vor dem gefährlichen Anteil der UV-Strahlung, den es dort herausfiltert. Würde das Ozon dort ganz fehlen, so wäre ein Mensch nach Stunden erblindet.

Wenn wir von hohen Ozonkontrationen im Sommer sprechen, dann meinen wir Ozon, das sich in Bodennähe bildet und dort eher schädliche Einflüsse auf Gesundheit, Vegetation und auch Klima hat. Gelegentlich hört man auch von "gutem Ozon" (oben) und "schlechtem Ozon" (unten), wobei man natürlich vom selben Gas spricht. In den heutigen News beschränken wir uns auf das bodennahe Ozon.

Wie entsteht Ozon am Boden?
Ozon entsteht nicht wie andere Luftschadstoffe unmittelbar, sondern benötigt Vorläuferstoffe, die quasi als "Pumpe" für die bodennahe Ozonkonzentration wirken. Dazu gehören die Stickstoffoxide NOx und NM VOC, das sind leicht flüchtige organische Stoffe, wobei Methan ausgenommen ist. Letztere entstehen zum größeren Anteil in der Industrie und im Straßenverkehr und zu einem kleineren Teil auf natürliche Art und Weise.

Ozon entsteht dann als Sekundärprodukt. Außerdem wird noch die Sonneneinstrahlung benötigt. Die Abb. 2 zeigt den chemischen Ablauf: Das Sonnenlicht spaltet ein Sauerstoff-Atom (O) vom Stickstoffdioxid (NO2) ab. Mit dem Luftsauerstoff (O2) entsteht dann Ozon:

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Gleichzeitig findet aber auch die umgekehrte Reaktion statt, diese benötigt keine Sonneneinstrahlung. Im Mittel stehen diese beiden Vorgänge im Gleichgewicht, sodass die Ozonkonzentration in der Luft ohne weitere Einflüsse etwa konstant bliebe.

Mit den oben erwähnten NM VOC dagegen oxidieren das Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid. Da die Konzentration von Stickstoffdioxid nun steigt, kann mithilfe der Sonne auch die Ozonkonzentration steigen. Dementsprechend ist die Konzentration bodennahen Ozons an Sommertagen bei klarem Himmel am höchsten. Zu sehen ist dies auch an folgender Animation, die die Konzentration des Ozons in der Troposphäre, also den unteren Luftschichten bis rund 12 km Höhe, im Jahr 2005 zeigt. Je nach Monat ist sie auf der Nord- oder Südhalbkugel am höchsten:

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Ozon in Stadt und Land
All diese Prozesse benötigen Zeit, sodass die Ozonkonzentration oft weit von den Quellen entfernt steigt. Vor allem Autoverkehr am Abend sorgt in den Städten dafür, dass das Ozon dort abgebaut werden kann. Grund sind die Stickstoffmonoxide aus den Auspuffrohren, die dann das Ozon zu Stickstoffdioxid abbauen. Über dem Land dagegen "fehlen" die Abgase, dort sinkt die Konzentration des Ozons kaum. Damit steigt die bodennahe Ozonkonzentration bei längeren Hochdruckphasen mit Sonnenschein fast überall immer weiter an. Insbesondere auch deshalb, weil im Hochdruckgebiet bei schwachem Wind und absinkender Luft der Austausch mit der Umgebungs fehlt. So sammeln sich neben Ozon auch alle anderen Schadstoffe an, im Extremfall kann ein Sommer-Smog entstehen, der die Sicht deutlich beeinträchtigt (wie in Abb. 1).

Gesundheitliche Folgen
Die körperliche Beeinträchtigung kann individuell sehr unterschiedlich ausfallen. Etwa 10 bis 20 Prozent der Menschen reagieren sehr empfindlich auf Ozon. Warum dies so ist, ist noch nicht ganz erforscht. Da Ozon schlecht wasserlöslich ist, passiert es unsere Schleimhäute und kann tief in die Atemwege gelangen. Besonders diese sind durch Ozon am höchsten gefährdet.

Ab etwa 120 Mikrogramm pro Kubikmeter (?g/m3) Luft beginnt die körperliche Leistungsfähigkeit bei empfindlichen Menschen abzunehmen. Ab 150 ?g/m3 sind erste entzündliche Reaktionen möglich. Ab 200 ?g/m3 wird das Ozon deutlicher spürbar: Kopfschmerz, Husten, Atembeschwerden und Tränenreiz setzen ein. Ab 240 ?g/m3 werden Asthmaanfälle häufiger.