Ozon-Belastung

Die Höhe der Ozon-Spitzenkonzentrationen und die Häufigkeit sehr hoher Ozonwerte haben seit 1990 deutlich abgenommen. Der Zielwert für 2010 für den Schutz der menschlichen Gesundheit wird jedoch weiterhin überschritten. Im Unterschied zu der Entwicklung der Spitzenwerte nahmen die Ozon-Jahresmittelwerte im gleichen Zeitraum zu.

Inhaltsverzeichnis

Überschreitung von Schwellenwerten

Um gesundheitliche Risiken für die Bevölkerung bei kurzfristiger Exposition gegenüber erhöhten Ozonkonzentrationen auszuschließen, 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 Bevölkerungsgruppen. Der Alarmschwellenwert von 240 µg/m³, gemittelt über eine Stunde, bezeichnet die Schwelle, bei deren Überschreitung ein Risiko für die Gesundheit der Gesamtbevölkerung besteht.

Eine Betrachtung des Zeitraums seit 1990 zeigt, dass die Zahl der Tage mit Ozonwerten über 180 beziehungsweise 240 µg/m³ deutlich abgenommen hat (siehe Abb. „Zahl der Tage mit Überschreitungen von 180 µg/m³ und 240 µg/m³“). Diese Abnahme ist von zwischenjährlichen Schwankungen überlagert, die auf die jährlich schwankenden meteorologischen sommerlichen Witterungsbedingungen zurückzuführen sind. Besonders deutlich ist dies im Jahr 2003 erkennbar. Im Sommer 2003 wurde eine außergewöhnlich 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 Ozonvorläuferstoffe (Stickstoffoxide und flüchtige organische Verbindungen ohne Methan) in Deutschland bis 2014 um 58 Prozent (%) beziehungsweise 69 % zurückgegangen (siehe „Stickstoffoxid-Emissionen“ und „Emission flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan“). Der geringere Ausstoß von Ozonvorläufersubstanzen 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 öfter als 25-mal pro Kalenderjahr, gemittelt über drei Jahre, überschritten werden. Um die meteorologische Variabilität der einzelnen Jahre bei einer langfristigen Betrachtung zu berücksichtigen, wird über einen Zeitraum von drei Jahren gemittelt. Die höchste Zahl an Überschreitungstagen wird an ländlichen und vorstädtischen Hintergrundstationen registriert, also entfernt von den Quellen der Vorläuferstoffe (siehe Abb. „Zahl der Tage mit Überschreitung des Ozon-Zielwertes (120 µg/m³) zum Schutz der menschlichen Gesundheit“). Das liegt daran, dass Stickstoffmonoxid (NO), das in Autoabgasen enthalten ist, mit Ozon reagiert. Dabei wird Ozon abgebaut, so dass die Ozonbelastung in Innenstädten deutlich niedriger ist. Andererseits werden die Ozonvorläuferstoffe mit dem Wind aus den Städten heraus transportiert und tragen entfernt von deren eigentlichen Quellen zur Ozonbildung bei.

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

Die Abbildung zeigt die Häufigkeit, mit der der Zielwert 120 µg/m³ als 8-Stunden-Mittel im Mittel über drei Jahre überschritten wird. Die höchste Zahl an Überschreitungstagen wird an ländlichen und vorstädtischen Hintergrundstationen registriert.
Zahl der Tage mit Überschreitung des Ozon-Zielwertes (120 µg/m³)
Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF

Entwicklung der Jahresmittelwerte

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

Die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration von 1990 bis 2015 zeigen an städtischen Stationen einen schwach zunehmenden Trend. Einerseits nahmen die Ozonspitzenwerte durch die Minderungsmaßnahmen 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 schließlich bei den Jahresmittelwerten sichtbar wird (siehe Abb. “Trend der Ozonjahresmittelwerte“). Zudem wird von einer zunehmenden Bedeutung des interkontinentalen (hemisphärischen) Transports für die Ozonbelastung in Deutschland und Europa aufgrund der industriellen Emissionen in Asien und Nordamerika ausgegangen.

Die Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration von 1990 bis 2015 zeigen einen zunehmenden Trend in Städten. Aufgrund der rückläufigen NO-Konzentrationen wird der Ozonabbau durch Stickstoffmonoxid geschwächt, was zu einem Anstieg der mittleren Belastung führt.
Trend der Ozonjahresmittelwerte
Quelle: Umweltbundesamt Diagramm als PDF

Bodennahes Ozon

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

Herkunft

Die Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen und Stickstoffoxiden, den sogenannten Ozon-Vorläuferstoffen, werden überwiegend durch den Menschen verursacht. Hinzu kommt eine natürliche sogenannte Ozon-Hintergrundbelastung, die von hemisphärischem Transport und natürlichen Bildungsprozessen herrührt. Eine wichtige Quelle für die Emission der Ozon-Vorläuferstoffe stellt der Kraftfahrzeugverkehr dar. Darüber hinaus werden besonders aus dem Kraftwerksbereich Stickstoffoxide und aus der Anwendung von Lacken und Lösungsmitteln 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 Nadelbäumen.

Gesundheitliche Wirkungen

Viele Menschen leiden an Tagen hoher Ozonkonzentration an Reizerscheinungen der Augen (Tränenreiz) und Schleimhäute (Husten) sowie − verursacht durch Begleitstoffe des Ozons − an Kopfschmerzen. Diese Reizungen sind von der körperlichen Aktivität weitgehend unabhängig. Ihr Ausmaß wird primär durch die Aufenthaltsdauer in der ozonbelasteten Luft bestimmt.

Die Empfindlichkeit der Menschen gegenüber Ozon ist sehr unterschiedlich ausgeprägt. Eine Risikogruppe lässt sich nicht genau eingrenzen. Man geht davon aus, dass etwa 10 bis 15 Prozent der Bevölkerung (quer durch alle Bevölkerungsgruppen) besonders empfindlich auf Ozon reagieren.

Vor allem die Atemwege sind von der Ozonwirkung betroffen. Neben Reizungen der Schleimhäute in den oberen Atemwegen kann Ozon bei tiefer oder häufiger Einatmung (etwa bei körperlicher Aktivität) verstärkt bis in die tiefen Lungenabschnitte gelangen und dort durch seine hohe Reaktionsbereitschaft Gewebe schädigen und entzündliche Prozesse auslösen. Vor allem nach reger körperlicher Aktivität im Freien wurde bei Schulkindern und Erwachsenen eine verminderte Lungenfunktion nachgewiesen. Diese funktionellen Veränderungen und Beeinträchtigungen normalisierten sich im Allgemeinen spätestens 48 Stunden nach Expositionsende. Im Gegensatz zur Veränderung der Lungenfunktionswerte bildeten sich entzündliche Reaktionen des Lungengewebes nur teilweise zurück.

Die Reizwirkungen sind im Sinne einer Vorschädigung des Lungengewebes zu verstehen, durch die sowohl eine Sensibilisierung durch chemische oder biologische Allergene ermöglicht als auch die Auslösung von allergischen Symptomen begünstigt werden kann.

Todesfälle durch Ozonbelastung

Aktuelle Auswertungen europäischer und weltweiter Zeitreihenstudien im Auftrag der Weltgesundheitsorganisation WHO (REVIHAAP) ergaben einen Zusammenhang zwischen der Höhe der Ozonkonzentration und der täglichen Gesamt-Mortalität. Dabei versterben die Menschen vor allem an Erkrankungen der Atemwege oder des Herz-Kreislaufsystems, wobei die Ausprägungen der Erkrankungen sich durch die Ozonwirkung verstärken können. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang, dass die WHO in dem genannten Bericht anmerkt, dass die derzeit in der EU geltenden Zielwerte aus gesundheitlicher Sicht zu hoch angesetzt sein könnten und einer Überprüfung bedürfen.

Es liegen Hinweise aus tierexperimentellen Studien vor, dass eine Ozoneinwirkung Veränderungen (zum Beispiel Mutationen) in den Zellen des Atemtraktes auslösen kann. Diese können ihrerseits eine Krebsentstehung begünstigen. Die Datenlage ist jedoch nicht aussagekräftig genug, um eine abschließende Beurteilung bezüglich des krebserregenden Potenzials von Ozon treffen zu können.

Messdaten

Die Ozonkonzentration wird an rund 300 Messstationen in Deutschland überwacht. An den Messstellen, die das Umweltbundesamt im ländlichen 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 fortsetzt (siehe Karte „Ozon-Jahresmittel 1979 bis 2015“).

An den Messstellen, die das Umweltbundesamt im ländlichen Hintergrund betreibt, wurde im Zeitraum 1980 bis 2014 ein Anstieg der Jahresmittelwerte der Ozonkonzentration registriert.
Karte: Ozon-Jahresmittel 1979 bis 2015
Quelle: Umweltbundesamt Karte als PDF
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