Ozon-Belastung

Die H?he der Ozon-Spitzenkonzentrationen und die H?ufigkeit sehr hoher Ozonwerte haben seit 1990 deutlich abgenommen. Der Zielwert zum Schutz der menschlichen Gesundheit wird jedoch weiterhin überschritten. Im Unterschied zu der Entwicklung der Spitzenwerte nahmen die Ozon-Jahresmittelwerte in st?dtischen Wohngebieten im gleichen Zeitraum zu.

Inhaltsverzeichnis

 

überschreitung von Schwellenwerten

Um gesundheitliche Risiken für die Bev?lkerung bei kurzfristiger ⁠Exposition⁠ gegenüber erh?hten Ozonkonzentrationen auszuschlie?en, legt die 39. BImSchV Informations- und Alarmschwellenwerte fest (siehe Tab. ?Zielwerte, langfristige Ziele und Alarmschwellen für den Schadstoff Ozon“). Der Informationsschwellenwert von 180 Mikrogramm pro Kubikmeter (μg/m3), gemittelt über eine Stunde, dient dem Schutz der Gesundheit besonders empfindlicher Bev?lkerungsgruppen. Bei der überschreitung des Alarmschwellenwertes von 240 μg/m3, gemittelt über eine Stunde, besteht ein Gesundheitsrisiko für die Gesamtbev?lkerung.

Seit 1990 hat die Zahl der Tage mit Ozonwerten über 180 beziehungsweise 240 μg/m3 deutlich abgenommen (siehe Abb. ?Zahl der Tage mit überschreitungen von 180 μg/m3 und 240 μg/m3“). Diese Abnahme ist von zwischenj?hrlichen Schwankungen überlagert, die auf die j?hrlich schwankenden meteorologischen sommerlichen Witterungsbedingungen zurückzuführen sind. Besonders deutlich ist dies im Jahr 2003 erkennbar. Im Sommer 2003 wurde eine au?ergew?hnlich lang anhaltende Wettersituation beobachtet, welche die Ozonbildung begünstigte. Der Ozonsommer 2003 ist daher hinsichtlich der Spitzenwerte ein Sonderfall. Die Abbildung ?überschreitungsstunden der Informationsschwelle und der Alarmschwelle für bodennahes Ozon“ zeigt die Zahl der Stunden mit überschreitungen von 180 μg/m3 oder 240 μg/m3 relativ zum Jahr 1990 und zur Zahl der jeweils betriebenen Messstationen.

Verglichen mit dem Jahr 1990 sind die Emissionen der Ozonvorl?uferstoffe (Stickstoffoxide und flüchtige organische Verbindungen ohne Methan) in Deutschland bis 2018 um 59 % beziehungsweise 72 % zurückgegangen (siehe ?Stickstoffoxid-Emissionen“ und ?Emission flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan“). Der geringere Aussto? von Ozonvorl?ufersubstanzen führte bereits in den 1990er Jahren zu einer Abnahme der Ozonspitzenwerte.

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Zielwerte und langfristige Ziele für Ozon

Seit 2010 gibt es zum Schutz der menschlichen Gesundheit für Ozon einen europaweit einheitlichen Zielwert: 120 Mikrogramm pro Kubikmeter (μg/m3) als 8-Stunden-Mittel sollen nicht ?fter als 25-mal pro Kalenderjahr, gemittelt über drei Jahre, überschritten werden. Um die meteorologische Variabilit?t der einzelnen Jahre bei einer langfristigen Betrachtung zu berücksichtigen, wird über einen Zeitraum von drei Jahren gemittelt. Die h?chste Zahl an überschreitungstagen wird an l?ndlichen und vorst?dtischen Hintergrundstationen registriert, also entfernt von den Quellen der Vorl?uferstoffe (siehe Abb. ?Zahl der Tage mit überschreitung des Ozon-Zielwertes (120 μg/m3) zum Schutz der menschlichen Gesundheit“ und Abb. "Prozentualer Anteil der Messstationen mit überschreitung des Zielwertes für Ozon"). Das liegt daran, dass Stickstoffmonoxid (NO), das in Autoabgasen enthalten ist, mit Ozon reagiert. Dabei wird Ozon abgebaut, so dass die Ozonbelastung in Innenst?dten deutlich niedriger ist. Andererseits werden die Ozonvorl?uferstoffe mit dem Wind aus den St?dten heraus transportiert und tragen entfernt von deren eigentlichen Quellen zur Ozonbildung bei.

Langfristig soll der 8-Stunden-Mittelwert von 120 μg/m3 w?hrend eines Kalenderjahres nicht mehr überschritten werden.

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Entwicklung der Jahresmittelwerte

Jahresmittelwerte der Ozonkonzentrationen spielen bei der Bewertung der Belastung eine nachgeordnete Rolle. Dennoch k?nnen sie zur Beurteilung der Immissionssituation verwendet werden. Die Jahresmittelwerte haben eine gr??ere Bedeutung für die langfristige Entwicklung der Ozonbelastung, sofern historische Werte herangezogen werden.

Die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration von 1990 bis 2019 zeigen an st?dtischen Stationen einen schwach zunehmenden ⁠Trend⁠. Einerseits nahmen die Ozonspitzenwerte durch die Minderungsma?nahmen für die NOx- und NMVOC-Emissionen in Deutschland deutlich ab, andererseits führte dies wegen der Verringerung des Titrationseffekts (Ozonabbau durch Stickstoffmonoxid), zu einem Anstieg der mittelhohen Ozonkonzentrationen, was schlie?lich bei den Jahresmittelwerten sichtbar wird (siehe Abb. “Trend der Ozon-Jahresmittelwerte“). Zudem wird von einer zunehmenden Bedeutung des interkontinentalen (hemisph?rischen) Transports für die Ozonbelastung in Deutschland und Europa aufgrund der industriellen Emissionen in Asien und Nordamerika ausgegangen.

Diagramm: Die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration von 1990 bis 2019 zeigen einen zunehmenden Trend in St?dten. Aufgrund der rückl?ufigen NO-Konzentrationen wird der Ozonabbau durch Stickstoffmonoxid geschw?cht, was zu einem Anstieg der mittleren Belastung führt.
Trend der Ozon-Jahresmittelwerte
Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF
 

Bodennahes Ozon

Ozon (O3) wird nicht direkt freigesetzt, sondern bildet sich in den unteren Luftschichten der ⁠Atmosph?re⁠ bis in etwa zehn Kilometer H?he bei intensiver Sonneneinstrahlung durch komplexe photochemische Reaktionen von Sauerstoff und Luftverunreinigungen. Vor allem flüchtige organische Verbindungen (⁠VOC⁠ = volatile organic compounds) einschlie?lich Methan sowie Stickstoffoxide (NOx) sind an diesen Reaktionen beteiligt.

 

Herkunft

Die Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen und Stickstoffoxiden, den sogenannten Ozon-Vorl?uferstoffen, werden überwiegend durch den Menschen verursacht. Hinzu kommt eine natürliche sogenannte Ozon-Hintergrundbelastung, die von hemisph?rischem Transport und natürlichen Bildungsprozessen herrührt. Eine wichtige Quelle für die ⁠Emission⁠ der Ozon-Vorl?uferstoffe stellt der Kraftfahrzeugverkehr dar. Darüber hinaus werden besonders aus dem Kraftwerksbereich Stickstoffoxide und aus der Anwendung von Lacken und L?sungsmitteln flüchtige organische Verbindungen emittiert (siehe ?Stickstoffoxid-Emissionen“ und ?Emission flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan“). Die Emissionen sind teilweise auch natürlichen Ursprungs, zum Beispiel Ausdünstungen flüchtiger organischer Stoffe aus Laub- und Nadelb?umen.

UBA-Erkl?rfilm: Ozon – Schützende Schicht und giftiges Gas
Quelle: Umweltbundesamt

UBA-Erkl?rfilm: Ozon – Schützende Schicht und giftiges Gas

 

Gesundheitliche Wirkungen

Viele Menschen leiden an Tagen hoher Ozonkonzentration an Reizungen der Augen (Tr?nenreiz) und Schleimh?ute (Husten) sowie ? verursacht durch Begleitstoffe des Ozons ? an Kopfschmerzen. Diese Reizungen sind von der k?rperlichen Aktivit?t weitgehend unabh?ngig. Ihr Ausma? wird prim?r durch die Aufenthaltsdauer in der ozonbelasteten Luft bestimmt.

Die Empfindlichkeit der Menschen gegenüber Ozon ist sehr unterschiedlich ausgepr?gt. Eine Risikogruppe l?sst sich nicht genau eingrenzen. Man geht davon aus, dass etwa 10 bis 15 Prozent der Bev?lkerung (quer durch alle Bev?lkerungsgruppen) besonders empfindlich auf Ozon reagieren.

Vor allem die Atemwege sind von der Ozonwirkung betroffen. Neben Reizungen der Schleimh?ute in den oberen Atemwegen kann Ozon bei tiefer oder h?ufiger Einatmung (etwa bei k?rperlicher Aktivit?t) verst?rkt bis in die tiefen Lungenabschnitte gelangen und dort durch seine hohe Reaktionsbereitschaft Gewebe sch?digen und entzündliche Prozesse ausl?sen. Vor allem nach reger k?rperlicher Aktivit?t im Freien wurde bei Schulkindern und Erwachsenen eine verminderte Lungenfunktion nachgewiesen. Diese funktionellen Ver?nderungen und Beeintr?chtigungen normalisierten sich im Allgemeinen sp?testens 48 Stunden nach Expositionsende. Im Gegensatz zur Ver?nderung der Lungenfunktionswerte bildeten sich entzündliche Reaktionen des Lungengewebes nur teilweise zurück.

Die Reizwirkungen sind im Sinne einer Vorsch?digung des Lungengewebes zu verstehen, durch die sowohl eine Sensibilisierung durch chemische oder biologische Allergene erm?glicht als auch die Ausl?sung von allergischen Symptomen begünstigt werden kann.

 

Messdaten

Die Ozonkonzentration wird an rund 260 Messstationen in Deutschland überwacht. An den Messstellen, die das Umweltbundesamt im l?ndlichen Hintergrund betreibt, wurde im Zeitraum 1980 bis zum Ende der 1990er-Jahre ein Anstieg der Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration registriert, der sich in den folgenden Jahren nicht fortsetzte.

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 Ozon  Sommersmog  Luftqualit?t  Luftbelastung  Luftschadstoffe  O3