GE-I-9: Ozonbelastung

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Monitoringbericht 2023 zur Deutschen Anpassungsstrategie an den Klimawandel

GE-I-9: Ozonbelastung

Ozon bildet sich bei hoher Temperatur und Sonneneinstrahlung aus Stickstoffdioxid und flüchtigen organischen Verbindungen. Deren Konzentration nahm seit 1995 deutlich ab, was zu einem Rückgang der Ozonspitzenkonzentrationen führte. Gleichzeitig wurde aber auch weniger Ozon durch Stickstoffmonoxid abgebaut, weshalb die Ozonkonzentrationen der Peak Season zumeist stagnieren. Die extreme ⁠Witterung⁠ in 2003 und 2018 führte zu hohen Ozonbelastungen.

Das Liniendiagramm zeigt die Ozonkonzentration in der "Peak Seasion" in µg pro Kubikmeter von 1995 bis 2021. Differenziert wird zwischen Stationen im städtischen Hintergrund, an Industriestandorten und Bergstationen. Bei den Bergstationen ist ein statistisch signifikanter, rückläufiger Trend erkennbar. In allen Regionen ist die Ozonkonzentration in den Jahren ab 2018 deutlich gesunken.
GE-I-9: Ozonbelastung

Das Liniendiagramm zeigt die Ozonkonzentration in der "Peak Seasion" in µg pro Kubikmeter von 1995 bis 2021. Differenziert wird zwischen Stationen im städtischen Hintergrund, an Industriestandorten und Bergstationen. Bei den Bergstationen ist ein statistisch signifikanter, rückläufiger Trend erkennbar: Die Ozonkonzentration fiel von etwa 115 µg/m3 im Jahr auf etwas über 90 µg/m3 im Jahr 2021. Die Ozonkonzentration liegt damit noch immer höher als in den anderen drei Regionen. An Stationen im städtischen und ländlichen Hintergrund sowie an Industriestandortenlag die Ozonkonzentration über die letzten jahre auf ähnlichem Niveau, zuletzt bei etwa 80 µg/m3. In allen Regionen ist die Ozonkonzentration in den Jahren ab 2018 deutlich gesunken.

Quelle: Umweltbundesamt (basierend auf Messnetzen der Bundesländer und des Bundes)

Witterungsbedingt immer wieder hohe Ozonbelastung

Nach wissenschaftlichen Untersuchungen mehren sich die Hinweise auf den Einfluss der Wetterbedingungen auf die Zunahme atemwegsbedingter Krankheits- und Sterbefälle. Neben der Temperatur ist insbesondere die Luftfeuchte relevant für Atemwegserkrankungen, da trockene Luft die Schleimhäute austrocknet und eine Infektion durch Viren erleichtert. Hohe Luftfeuchte kann allerdings auch das Atmen erschweren und die Anzahl von Allergenen wie Hausstaubmilben und Schimmelpilzen in der Luft erhöhen. Auch Wind, Luftdruck und Gewitter haben Einfluss auf Atemwegsbeschwerden. Der Einfluss des Wettergeschehens auf Herzerkrankungen ist inzwischen ebenfalls gut belegt.

Komplizierter gestalten sich die Zusammenhänge zwischen meteorologischen Faktoren und lufthygienischen Komponenten und deren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit. Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck und Luftschadstoffe wie Stickstoffdioxid, Ozon und Feinstaub beeinflussen sich wechselseitig. Aufgrund veränderter Durchmischungsprozesse in der ⁠Troposphäre⁠, also der untersten Schicht der Erdatmosphäre, und fotochemischer Reaktionen können hohe Luftschadstoffbelastungen vermehrt auftreten. Zudem verstärken hohe Lufttemperaturen den gesundheitlichen Effekt von Luftschadstoffen. An Feinstaub angelagerte allergene Proteine werden tiefer in die Atemwege transportiert, ebenso erhöhen Ozon und Stickoxide die Allergenität von Pollen (siehe ⁠IndikatorGE-I-3).

Der Indikator fokussiert auf den Luftschadstoff Ozon, da für die Ozonbildung in besonderem Maße witterungsbedingte Faktoren bedeutsam sind. In Bodennähe auftretendes Ozon wird nicht direkt freigesetzt, sondern bei intensiver Sonneneinstrahlung durch komplexe fotochemische Prozesse aus Vorläufersubstanzen ? überwiegend Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen ? gebildet. Dies führt dazu, dass die Ozonkonzentrationen weniger in Ballungszentren als vielmehr in ländlichen Regionen erhöht sein können. Vor allem für die flüchtigen organischen Verbindungen sind Ausdünstungen aus Laub- und Nadelbäumen relevant, biogene Stickstoffoxide stammen überwiegend aus überdüngten Böden. Die Emissionen der Vorläufersubstanzen haben seit 1995 abgenommen, was zu einem deutlichen Rückgang der Ozonspitzenkonzentrationen führte. Damit einher ging wegen der Verringerung des Titrationseffekts (Ozonabbau durch Stickstoffmonoxid) jedoch ein Anstieg der mittelhohen Ozonkonzentrationen.

Hohe Ozonkonzentrationen sind schädlich für die menschliche Gesundheit. Sie können eine verminderte Lungenfunktion, entzündliche Reaktionen in den Atemwegen und Atemwegsbeschwerden verursachen. Bei körperlicher Anstrengung und verstärkter Atmungsintensität können diese Auswirkungen gravierender ausfallen. Empfindliche oder vorgeschädigte Personen wie Asthmatiker*innen sind besonders anfällig. Ihnen wird geraten, bei hohen Ozonwerten körperliche Anstrengungen im Freien zu vermeiden. Weil Ozon sehr reaktiv ist, liegt zudem die Vermutung nahe, dass es krebserregend sein könnte.

Erreichen oder überschreiten die Ozonwerte einen Stundenmittelwert von 180 µg/m³ Luft, wird die Bevölkerung über die Medien informiert und es werden Verhaltensempfehlungen gegeben, ab einem Stundenwert von 240 µg/m³ wird gewarnt. Zum Gesundheitsschutz ist zudem ein Zielwert festgelegt: Der maximale 8-Stundenwert eines Tages darf an höchstens 25 Tagen pro Kalenderjahr den Wert von 120 µg/m³ überschreiten. Die Anzahl der Tage wird über drei Jahre gemittelt. Die ⁠WHO⁠ hat im Jahr 2021 neue Empfehlungen für die Luftqualität veröffentlicht. Diese ergänzen den bisherigen 8-Stundenwert um einen Wert für die sogenannte „ozone peak season“, um die Langzeitwirkung abbilden zu können. Die „ozone peak season“ ist definiert als die Phase von sechs aufeinanderfolgenden Monaten mit den höchsten Ozonkonzentrationen. Für den ⁠DAS⁠-Monitoringindikator wurde diese Saison auf April bis September festgelegt, da in Deutschland erhöhte bodennahe Ozonkonzentrationen hauptsächlich in dieser Zeit auftreten. Über diesen Halbjahreszeitraum hinweg werden die täglichen maximalen 8-Stundenwerte gemittelt. Als kritischer Schwellenwert gilt laut WHO eine Konzentration von 60 µg/m³.

Die Bundesländer und das ⁠UBA⁠ messen die Ozonkonzentrationen in einem bundesweiten, mehr als 260 Stationen umfassenden Messnetz. Die Messstellen werden in die Kategorien „städtischer Hintergrund“, „ländlicher Hintergrund“, „Industriestandorte“ und „Bergstationen“ eingeteilt, da sich diese durch unterschiedliche Voraussetzungen für die Ozonbildung auszeichnen. An den Bergstationen – das sind Stationen in einer Höhe ab 900 m ü. NN – und an den ländlichen Stationen werden in der Regel höhere Ozonkonzentrationen gemessen als an den städtischen Stationen. Der Grund ist, dass im ländlichen Raum die Konzentrationen von Stickstoffmonoxid, das in Autoabgasen enthalten ist, geringer sind. Stickstoffmonoxid reagiert mit Ozon und führt vor allem während der Nachtstunden zum Ozonabbau. Zudem werden Ozonvorläuferstoffe mit dem Wind auch aus den Städten heraus transportiert und tragen entfernt von ihren eigentlichen Quellen zur Ozonbildung bei. An den Industriestationen sind die Konzentrationen mit denen der städtischen Stationen vergleichbar.

Seit 1995 sind die Konzentrationen während der „ozone peak season“ nahezu unverändert, an den Bergstationen sind sie sogar zurückgegangen. Grund ist, dass die Emissionen der Ozonvorläuferstoffe rückläufig waren. Die Zeitreihe zeigt aber zwischenjährliche Schwankungen, die sich vor allem mit besonderen sommerlichen Witterungsbedingungen erklären lassen. So konnten sich im „Ozonsommer“ 2003 während einer langanhaltenden sommerlichen Schönwetterperiode mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen und langer Sonnenscheindauer hohe Ozonkonzentrationen aufbauen. Ganz anders verhielt es sich im Sommer 2018 mit erneuten Temperaturrekordwerten vor allem im Juli und August: Die mittleren Konzentrationsbereiche waren zwar erhöht, aber hohe Spitzenkonzentrationen blieben nahezu aus. Es wird deutlich, dass auch bei rückläufigen Konzentrationen der Ozonvorläufersubstanzen extreme ⁠Witterung⁠ nach wie vor zu deutlich erhöhten Ozonkonzentrationen führen kann. Der ⁠Klimawandel⁠ treibt mit höheren Temperaturen und intensiverer Sonneneinstrahlung die Bildung von bodennahem Ozon an und führt dazu, dass es immer wieder zu gesundheitlichen Belastungen durch zu hohe Ozonkonzentrationen kommen kann.

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