Ozon Bildung

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Bei dem in der Stratosphäre gebildeten Ozon handelt es sich um ein Verbindung, die aus drei Sauerstoffatomen bestehen: O3. Es ist eines der wichtigsten Spurengase in der Atmosphäre und neben dem Luftsauerstoff O2 eine ebenfalls stabile Form des Sauerstoffs. Ozon ist ein giftiges, farbloses und sehr reaktives Treibhausgas. Um O2, Luftsauerstoff, in O3 umzuwandeln ist die intensive Ultraviolettstrahlung der Sonne (= UV-Licht) notwendig. Das durch die Brechung der O-O-Molekülbindung des Sauerstoffs entstandene O-Atom reagiert mit weiterem Sauerstoff, und es bildet sich Ozon. Von der Sonne kommt das für die Bildung notwendige Ultraviolettlicht. Durch Lichtspaltung erfolgt der Abbau von Ozon, d.h. das Sonnenlicht bricht die O-O-Bindung im Ozonmolekül auf.

Vorkommen und schützende Wirkung des Ozons

Dem Ozon kommt in der Erdatmosphäre eine Doppelrolle zu. In der Stratosphäre oberhalb von 10 km schützt die Ozonschicht die Erde vor der schädigenden Wirkung des UV-Lichts. Das UV-Licht wird von den Ozonmolekülen absorbiert, d.h. aufgenommen. Das führt dazu, dass die Erdoberfläche geschützt wird, da dadurch das Licht nicht in den unteren Teil der Atmosphäre dringt. Da mit der steigenden Konzentration an Ozon auch die Wahrscheinlichkeit des Abbaus steigt, wird die Ozon-Menge, die sich anreichern kann, begrenzt. Es entsteht ein natürliches Gleichgewicht. Die Stratosphäre wird aufgeheizt, weil die im UV-Licht enthaltene Energie in Wärmestrahlung überführt wird. Ungefähr 90 % des Ozons sind in dieser Schicht angesiedelt. Bei der Trophosphäre handelt es sich um den erdnahen Teil der Atmosphäre. Diese besteht im Wesentlichen aus Sauerstoff und Stickstoff. Da Ozon nicht direkt freigesetzt wird, sondern unter Einwirkung intensiver Sonneneinstrahlung im Rahmen komplexer photochemischer Prozesse aus sogenannten Vorläuferschadstoffen, im Wesentlichen aus Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen, entsteht, spricht man auch von einem sekundären Schadstoff.

Die Ozonvorläuferstoffe stammen zum einen aus natürlichen Quellen, zum anderen aber auch durch vom Menschen verursachten Quellen: Der größte Anteil der Stickstoffoxide resultiert aus Abgasen von Kraftfahrzeugen sowie Feuerungsanlagen. Bei der Verwendung von Lösungsmitteln für die Produktion von Klebstoffen, Farben, Lacken und Reinigungsmitteln werden ebenfalls flüchtige organische Verbindungen freigesetzt. Die größte Menge des weltweit gebildeten Ozons entsteht in den Tropen, da dort die Sonnenstrahlung am stärksten ist. Durch die Sonne steigt die trophosphärische Luft in große Höhen. An den Polen sammelt sich das vom Äquator wegtransportierte Ozon, da der photochemische Abbau am Äquator sehr viel höher ist als an den Polen. Im Winter sind die Ozonwerte dort recht niedrig, da hier während der Polarnächte kein neues Ozon entsteht.

Ozonloch

Wird mehr Ozon zerstört als gebildet, entsteht ein Ozonungleichgewicht, das zu einer Verdünnung der Ozonschicht führt. Auf diese Weise entsteht ein Ozonloch. Durch menschliche Aktivitäten werden Fluorchlorkohlenwasserstoffe und Halone (FCKW) freigesetzt und gelangen in die Stratosphäre. Es handelt sich hierbei um langlebige und reaktionsträge Substanzen, die durch UV-Licht gespalten und zu sogenannten freien Radikalen werden. Da die freien Radikalen ebenfalls Ozon spalten können, gelten sie als sogenannte „Ozonkiller“. Besonders viele Brom- und Chlorradikale reichern sich über der Antarktis an, und führen im Frühjahr bei besonders intensiver Sonneneinstrahlung verstärkt zum Abbau des Ozons und somit zur Verdünnung der Ozonschicht der jeweiligen Halbkugel. Durch die Verdünnung der Ozonschicht gelangt mehr UV-Strahlung bis zur Erdoberfläche, und dort schädigt sie die Organismen (Menschen, Tiere und Pflanzen).

Schädliche Auswirkungen des Ozons auf den Menschen

Es gibt rund 300 Stationen in Deutschland, an denen die Ozonbelastung in der Luft regelmäßig gemessen wird. Die aktuellen Ozondaten nach Regionen sowie Vorhersagen für den jeweiligen Tag und auch die nächsten beiden Folgetage werden vom Umweltbundesamt veröffentlicht. Laut EU-Richtlinie muss ab einer Ozon-Konzentration von 180 ?g/m3 eine Warnung an Öffentlichkeit erfolgen. Dies geschieht per Radio, Fernsehen, Zeitung und online im Internet. Die höchsten Ozonwerte treten überwiegend von Mai bis September auf, wenn die Vorläuferstoffe vorhanden sind und durch ein länger anhaltendes Hochdruckgebiet die Sonneneinstrahlung besonders intensiv ist. Besonders in den Nachmittagsstunden zwischen 14 und 17 Uhr werden im Verlauf eines Tag die höchsten Ozonwerte gemessen. In angrenzenden ländlichen Regionen sowie am Stadtrand werden besonders hohe Messwerte erreicht. Diese Gebiete liegen jedoch am weitesten von der Quelle der Vorläuferstoffe entfernt. Grund hierfür ist, dass das in den Abgasen enthaltene Stickstoffmonoxid für den Abbau des Ozons verantwortlich ist, da es mit dem Ozon reagiert.

Ozonbelastung

 

Auf diese Weise fällt die Ozonbelastung für die Innenstädte wesentlich geringer aus. Da die Vorläuferstoffe durch den Wind an den Stadtrand und darüberhinaus transportiert werden, begünstigen sie auch weit entfernt von ihrer Entstehungsquelle die Bildung von Ozon. Auf steigende Ozonwerte reagieren ungefähr 10 bis 15 % der Menschen empfindlich. Atmet der Mensch zu viel Ozon ein, können die Lungenbläschen erst geschädigt werden, später sogar platzen. Die gesundheitliche Beeinträchtigung hängt nicht nur von der Aufenthaltsdauer in der belasteten Luft und der Höhe der Ozonkonzentration in der Atemluft, sondern auch von der Höhe des Atemvolumens ab. Zu einer besonderen Risikogruppe gehören Kleinkinder und Säuglinge, da diese in Bezug auf ihre Körpergröße ein vergleichsweise großes Atemvolumen besitzen.

Des Weiteren reagieren Personen mit einer Vorschädigung der Lunge, z.B. Asthmatiker, empfindlich auf hohe Ozonkonzentration in Bodennähe. Zu Augen- und Schleimhautreizungen, Atemnot und Kopfschmerzen bei Menschen kommt es ab einer Konzentration von 120 ?g/m3. Ab einem Wert von 140 ?g/m3 treten Brustschmerzen, Übelkeit, Veränderung der Lungenfunktion und Verengung der Bronchien bei empfindlichen Menschen auf. Insgesamt sind besonders Personen von der Ozonbelastung betroffen, die längere, anstrengende Tätigkeiten im Freien ausüben. Aus diesem Grund sollte man sportliche Betätigungen soweit möglich in die Morgenstunden verlegen. Das Lüften der Räume sollte morgens erfolgen, um zu verhindern, dass zu viel des schädlichen Ozons in die Innenräume gelangt.

Maßnahmen zur Verringerung der Ozonbelastung

Seit 1990 kann man von einer deutlichen Verbesserung der Entwicklung der Ozon-Spitzenwerte sprechen, wobei die mittlere Ozonbelastung stetig zugenommen hat. 2020 soll flächendeckend für Deutschland erreicht werden, dass 120 ?g/m3 als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages nicht überschritten wird. Von diesem Ziel ist man aktuell noch weit entfernt. Um die Ozonbelastung langfristig zu verringern, müssen die Emissionen von Kraftfahrtzeuge, Feuerungsanlagen sowie die industrielle Verwendung von Lösungsmittel stark eingeschränkt werden. Im Nationalen Programm zur Ozonminderung hat die Bundesregierung 2007 mittel- und langfristige Maßnahmen mit dem Ziel der Senkung von Emissionen von Stickstoffoxiden und flüchtigen organischen Stoffen aufgestellt.

Kraftfahrtzeuge, die einen geringen Schadstoffausstoß vorweisen können, müssen geringere Maut-Gebühren pro Kilometer zahlen. Auch durch die finanzielle Förderung der Anschaffung von emissionsarmen Nutzfahrzeugen werden wichtige Anreize für die Absenkung der Schadstoffemissionen geschaffen. Ab 2014 soll durch die Einführung der Euronorm-Stufen 5 und 6 für leichte Nutzfahrzeuge und PkW eine Absenkung der Emissionen der Stickoxide herbeigeführt werden. Auch für Motorräder sind Maßnahmen zur Abgasminderung in Planung. Emissionen von Kraftwerken, d.h. Großanlagen und Kleingewerbe, sollen ebenfalls durch gesetzliche Maßnahmen künftig abgesenkt werden. Auch die industrielle Verwendung von Lösemitteln soll durch einen gesetzlichen Rahmen beschränkt werden.

Jeder einzelne kann zur Verringerung der Ozonbelastung beitragen. Die kann durch die verstärkte Nutzung von öffentlichen Verkehrsmitteln und Bildung von Fahrgemeinschaften erfolgen. Bei der Neuanschaffung eines Pkws sollte auf geringe Emissionswerte geachtet werden. Auch Stromsparen hilft die Kraftwerksemissionen abzusenken. Kleingewerbe und Haushalte sollten häufiger zu lösemittelarmen oder -freien Lacken und Farben greifen, da Lösemittel die Hauptquelle für VOC-Emissionen sind. Insgesamt setzt die Bundesregierung auf mittel- und langfristige Maßnahmen zur dauerhaften Minderung der Emissionen. Es hat sich gezeigt, dass diese um einiges effektiver sind als zeitlich beschränkte Maßnahmen wie Verkehrsverbote und Geschwindigkeitsbegrenzungen.

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