| 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. |
||||
| Grenzwerte | Zur Information
und Warnung der Bevölkerung sind für die Europäische Union EU u.a. folgende
Schwellenwerte für Ozonkonzentrationen festgelegt worden:
|