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Ozon

Letzte Änderung:
Zuletzt bearbeitet von Astrid Clasen • Medizinredakteurin

Wenn es heiß wird und die Sonne stark scheint, ist immer wieder von erhöhter Ozonkonzentration die Rede. Wer oder was ist verantwortlich für deren Entstehung? Und wie stark belasten hohe Ozonwerte die Gesundheit?

Allgemeines

Ozon ist ein farbloses bis blaues Gas und eines der wichtigsten Spurengase in der Atmosphäre. Es entsteht durch UV-Strahlung aus Sauerstoff.

Anders als die Sauerstoffmoleküle in der Atemluft, die aus zwei Atomen bestehen (O2), setzt sich Ozon (O3) aus drei Sauerstoffatomen zusammen. Damit hat es andere chemische und physikalische Eigenschaften als ein einzelnes Sauerstoffatom oder ein zweiatomiges Sauerstoffmolekül.

Während die natürliche Ozonschicht hoch oben sehr wichtig für das Leben auf der Erde ist, gilt bodennahes Ozon als unerwünschtes Umweltgift.

Ozonschicht

Ozon kommt hauptsächlich in einer Höhe von etwa 20 bis 30 Kilometern über der Erde in der Stratosphäre vor. Diese großen Ozonmengen natürlichen Ursprungs bilden die Ozonschicht, die als Filter für die kurzwellige UV-Strahlung der Sonne wirkt.

© Onmeda
Die Schichten der Erdatmosphäre: Die Ozonschicht befindet sich in der unteren Stratosphäre. Sie schützt die Erde vor der schädlichen UV-B-Strahlung der Sonne.

Die natürliche Ozonschicht in der Stratosphäre ist sehr wichtig für das Leben auf der Erde. Denn sie bietet Schutz vor der schädlichen Ultraviolettstrahlung der Sonne.

Während die langwelligen UV-A-Strahlen bis an die Erdoberfläche gelangen und die extrem kurzwellige UV-C-Strahlung der Sonne bereits in den oberen Schichten der Atmosphäre ausgefiltert wird, schirmt die Ozonschicht etwa 90 Prozent der UV-B-Strahlen ab.

UV-B-Strahlung schädigt das Erbgut in den Zellen oberer Hautschichten. Ohne die schützende Ozonschicht würde ein Großteil der energiereichen UV-B-Strahlen die Erdoberfläche erreichen und das Risiko für Haut- und Augenschäden erhöhen.

Verantwortlich für die Entstehung von Ozon ist die UV-Strahlung in der Stratosphäre. Sie schafft es, die chemische Bindung zwischen den beiden Atomen des Luftsauerstoffs (O2) zu spalten, sodass zwei einzelne Sauerstoffatome (atomarer Sauerstoff) entstehen. Diese einzelnen Sauerstoffatome sind sehr reaktionsfreudig und verbinden sich rasch mit einem Molekül Luftsauerstoff (O2) zu Ozon (O3).

Im Normalfall gleicht sich diese Ozonbildung in der Ozonschicht durch Abbaureaktionen von Ozon aus. Denn das Sonnenlicht kann nicht nur Ozon aus Luftsauerstoff erzeugen, es kann Ozon auch wieder spalten, sodass die Ozonkonzentrationen konstant bleiben.

Ozonloch: Lücke im Schutzschirm

Problematisch wird es, wenn der Prozess von Bildung und Abbau des Ozons in der Ozonschicht aus dem Gleichgewicht gerät. Passieren kann das durch die Stoffgruppe der Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sowie durch organische Halogenverbindungen (Halone). Dabei handelt es sich um organische Verbindungen, die zum Beispiel als Treibgase in Spraydosen, Feuerlöschmitteln und in Kühlschränken als Kältemittel verwendet werden beziehungsweise wurden.

Treibgase steigen in die Ozonschicht auf und werden dort von der UV-Strahlung gespalten. Dabei entstehen Chloratome (Cl), die den Ozonmolekülen ein Sauerstoffatom entreißen, sodass wieder der normale Luftsauerstoff (O2) entsteht. Auf diese Weise können Chloratome viele Ozonmoleküle zerstören und die Ozonschicht mit der Zeit stark verdünnen: Es entsteht ein Ozonloch.

Um dem gegenzusteuern, hat man vor über 30 Jahren international beschlossen, keine Stoffe mehr zu verwenden, die zu einem Abbau der Ozonschicht führen. Infolgedessen scheint sich die Ozonschicht langsam zu erholen: Das Ozonloch schließt sich allmählich wieder. Bis es vollständig verschwunden ist, werden aber wohl noch viele Jahre bis Jahrzehnte vergehen.

Ozon in Bodennähe

Unter der Stratosphäre direkt über der Erdoberfläche liegt die Troposphäre. In ihrem unteren Bereich – also in Bodennähe – bildet natürliches Ozon gewöhnlich nur einen sehr geringen Anteil am Luftvolumen. Das ist auch gut so, denn in hohen Konzentrationen ist Ozon für den Menschen giftig.

Ozon in der Troposphäre entsteht nach dem gleichen Prinzip wie in der Stratosphäre: Luftsauerstoff (O2) wird durch elektrische Entladungen (z. B. bei Gewittern) oder durch UV-Strahlung gespalten und die einzelnen Atome bilden mit weiterem Luftsauerstoff Ozon (O3).

Neben dem wenigen natürlich vorkommenden Ozon entsteht in Bodennähe zusätzliches Ozon aus Sauerstoff und Luftverunreinigungen. An erhöhten und gesundheitsschädigenden Ozonkonzentrationen in Bodennähe ist also vor allem der Mensch mit seiner Technik schuld.

Dabei bildet sich Ozon allerdings nur unter bestimmten Bedingungen: Dazu gehören eine starke Sonneneinstrahlung und bestimmte Ausgangsstoffe. Das sind Stickstoffoxide und Kohlenwasserstoffe, die vor allem bei der Benutzung von Kraftfahrzeugen sowie in Kraftwerken und Feuerungsanlagen bei der Verbrennung von Kohle, Öl und Gas entstehen. Auch bei der Verwendung lösungsmittelhaltiger Farben und Lacke werden Substanzen frei, die zur Ozonbildung beitragen.

Mit hohen Ozonwerten ist vor allem in den Sommermonaten zu rechnen. Sie entstehen, wenn Vorläuferstoffe, eine intensive Sonneneinstrahlung und eine mehrere Tage anhaltende Schönwetterperiode zusammentreffen: Dann wird Ozon in den unteren Luftschichten gespeichert.

Sommersmog

Als Sommersmog bezeichnet man ein Gemisch aus verschiedenen Schadstoffen, das unter Einfluss von Sonneneinstrahlung in Bodennähe entsteht. Ozon ist der wichtigste Bestandteil dieses Gemischs.

Unter der Wirkung starker UV-Strahlung, also bei sonnigem Sommerwetter, zerfällt beispielsweise Stickstoffdioxid (v. a. aus dem Straßenverkehr) in Stickstoffmonoxid und atomaren Sauerstoff. Der atomare Sauerstoff verbindet sich mit dem Luftsauerstoff (O2) zu Ozon (O3). Die Folge sind erhöhte Ozonwerte im Hochsommer. Sommersmog entsteht besonders in Ballungsgebieten durch erhöhtes Verkehrsaufkommen.

Die höchsten Ozonwerte treten jedoch eher am Stadtrand und in den angrenzenden ländlichen Gebieten auf. Ein Grund hierfür ist, dass das Stickstoffmonoxid aus den innerstädtischen Abgasen wieder mit Ozon reagiert – und dabei Ozon abbaut. Gleichzeitig bläst der Wind die Vorläuferstoffe des Ozons aus den Städten heraus, sodass sich dort auch vermehrt Ozon bilden kann.

Über den Tag steigt die Ozonkonzentration mit der Sonnenintensität stark an. Die höchsten Ozonwerte werden in der Mittagszeit erreicht und halten über die Nachmittagsstunden an, bis sie am Abend wieder sinken.

Dank geregelter Katalysatoren und schadstoffarmer Dieselmotoren in Autos ist die Ozonbelastung in Deutschland heute viel geringer als noch vor einigen Jahren. Trotz dieser Verbesserungen überschreiten die Ozonwerte manchmal immer noch an heißen Sommertagen die Zielwerte.

Ozon im menschlichen Körper

Als starkes Oxidationsmittel schädigt Ozon alle Organismen. Da ist es kein Wunder, dass erhöhte Ozonwerte beim Menschen verschiedene Beschwerden verursachen können. Im schlimmsten Fall kommt es durch hohe Ozonkonzentrationen zu einer beeinträchtigten Lungenfunktion bis hin zu Lungenerkrankungen.

Denn das Ozon gelangt mit der Atemluft in die Lunge und reizt dort die Schleimhäute. Wie stark die Substanz dem Körper zusetzt, hängt von der Konzentration und Dauer der Ozonbelastung ab.

So gelangt unter körperlicher Belastung mehr Luft in die Lunge und damit mehr Ozon in die Atemwege. Zudem sind die Ozonkonzentrationen im Freien deutlich höher als in Innenräumen.

Typische Beschwerden bei einer über Stunden anhaltenden Belastung von 200 Mikrogramm (µg) und mehr Ozon pro Kubikmeter (m3) Luft sind:

Wenn die Lungenfunktion durch höhere Ozonbelastungen beeinträchtigt ist, sinkt die körperliche Leistungsfähigkeit.

Übrigens: Manche Menschen reagieren besonders empfindlich auf Ozon. Das heißt, sie verspüren bereits bei geringeren Konzentrationen Beschwerden. Schätzungen zufolge sind etwa 10 bis 15 Prozent der Bevölkerung besonders ozonempfindlich.

Grenzwerte

Je länger der Mensch sich in ozonbelasteter Luft aufhält, desto höher ist das Risiko für ozonbedingte Gesundheitsschäden. Zum Schutz der Gesundheit hat man in der Verordnung des Bundesimmissionsschutzgesetzes europäische Zielwerte für bodennahes Ozon festgelegt, ebenso wie eine Informationsschwelle und eine Alarmschwelle für kurzfristige Spitzenbelastungen:

  • Als höchster 8-Stunden-Mittelwert eines Tages dürfen 120 µg/m3 an höchstens 25 Tagen des Kalenderjahres überschritten werden, gemittelt über drei Jahre.Als langfristiges Ziel soll der Mittelwert von 120 µg/m3 an keinem einzigen Tag des Kalenderjahres mehr überschritten werden.
  • Werden Ozonkonzentrationen von über 180 µg/m3 erwartet, wird die Öffentlichkeit über Radio, Fernsehen oder Tageszeitungen in Kenntnis gesetzt (sog. Informationsschwelle).
  • Die Alarmschwelle ist bei einem Ozonwert von 240 µg/m3 überschritten.

Hohe Ozonkonzentrationen treten nur bei hohen Temperaturen auf. Deshalb empfiehlt es sich, an heißen Tagen folgende Tipps zu beherzigen:

Prophylaxe

Hauptverursacher der Ozonbelastung ist der Mensch. Jeder einzelne kann seinen Beitrag leisten, um die Ozonwerte zu senken, gerade an den kritischen Tagen im Hochsommer! Und so geht's:

Quellen

Online-Informationen des Umweltbundesamts (UBA): www.umweltbundesamt.de (Abrufdatum: 23.6.2020)

Online-Informationen des Ministeriums für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen: www.umwelt.nrw.de (Abrufdatum: 23.6.2020)

Online-Informationen des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS): www.bfs.de (Abrufdatum: 23.6.2020)

Ozon. Online-Informationen des Pschyrembel: www.pschyrembel.de (Stand: 4.4.2018)

Solomon, S., et al.: Emergence of healing in the Antarctic ozone layer. Science Vol. 353, Iss. 6296, pp. 269-274 (15.7.2016)

Weitere Informationen

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Linktipps:

  • Aktuelle Ozonwerte Auf der Website des Umweltbundesamts erhalten Sie die aktuellen Ozonwerte und weitere Luftdaten sowie Prognosen für die nächsten Tage.

Letzte inhaltliche Prüfung: 23.06.2020
Letzte Änderung: 23.06.2020