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Ozon

Ozon ist ein Gas mit zwei Gesichtern: Einerseits schützt es unseren Planeten, andererseits wirkt Ozon schädlich auf uns Menschen, die Umwelt und das Klima. Daher gilt es, sowohl die schützende Ozonschicht um die Erde zu bewahren als auch der Entstehung von schädlichem Ozon in Bodennähe vorzubeugen.

Was ist eigentlich Ozon?

Ozon kommt in der Stratosphäre und in der Nähe zum Boden in der Luft vor

Bei Ozon handelt es sich um ein farbloses und giftiges Gas, das in der Atmosphäre der Erde vorkommt. Es besteht aus drei Sauerstoffatomen – die chemische Formel von Ozon lautet somit O3. Der Begriff Ozon stammt vom griechischen Wort „ozein“, das riechen bedeutet. In geringer Konzentration ist das Gas zwar geruchslos, ab einer Konzentration von 40 Mikrogramm pro Kubikmeter wird es von Menschen aber als stechend und scharf riechend wahrgenommen.

Ozon ist ein stark oxidierender und reaktiver Stoff, der daher auch im Verdacht steht, krebserregend zu sein. Sind Menschen einer großen Menge Ozon in der Luft ausgesetzt, kann dieses die Lungenfunktion einschränken, die Atemwege reizen und entzündliche Reaktionen in der Lunge verursachen. Typische Symptome sind dabei Kopfschmerzen, Husten, tränende Augen und Atembeschwerden.

Wie entsteht Ozon?

In der Stratosphäre

Circa 20 bis 30 Kilometer über der Erde lässt die Kraft der Sonne Ozon entstehen. Besonders energiereiche Strahlung spaltet dazu Sauerstoff (O2) in einzelne Sauerstoffatome auf. Diese setzen sich wiederum in Dreierverbindungen als O3 zusammen – und bilden so eine Ozonschicht um die Erde. Die Stratosphäre ist die zweite Schicht der Erdatmosphäre und liegt über der Troposphäre. Somit ist sie Teil der Homosphäre. Dabei hat das Ozon in der Stratosphäre eine sehr wichtige Bedeutung für das Leben auf der Erde. Aufgrund der Absorption von kurzwelliger und langwelliger Strahlung hat das stratosphärische Ozon auch einen wichtigen Einfluss auf die Temperaturverteilung auf unserem Planeten.

In der Troposphäre

Zwischen Erdboden und Stratosphäre befindet sich die Troposphäre. Hier reagieren Schadstoffe wie Stickstoffdioxid (NO2) unter Einfluss von UV-Strahlung bei hoher Lufttemperatur mit Sauerstoff und lassen durch photochemische Prozesse Ozon entstehen. Die Vorläuferstoffe wie Stickstoffoxide und flüchtige organische Verbindungen sind hauptsächlich vom Menschen verursacht und entstehen überwiegend im Straßenverkehr und durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Auch Ausdünstungen von Bäumen und überdüngte Böden setzen Stoffe frei, die durch UV-Strahlung in Ozon umgewandelt werden. Da Ozon nicht direkt freigesetzt wird, gilt das Gas als sekundärer Schadstoff.

Welche Funktion hat die Ozonschicht?

Die Ozonschicht über der Erde erfüllt eine sehr wichtige Funktion: Sie schützt die Erde und damit auch uns Menschen vor der gefährlichen und krebserregenden UV-Strahlung der Sonne. Denn: Die ultraviolette Strahlung der Sonne wird bis zu einem gewissen Grad von der Ozonschicht absorbiert.

Ozon hat nur eine sehr kurze Halbwertszeit, bildet sich in der Stratosphäre jedoch kontinuierlich neu. Insbesondere in der tropischen Stratosphäre entstehen viele Ozon-Moleküle. Luftströmungen transportieren diese um den gesamten Erdball, sodass nahezu flächendeckend eine Ozonschicht vorhanden ist. Tatsächlich ist diese jedoch nicht überall gleich dicht. In den 1980er-Jahren stellten Forscher fest, dass sich vor allem über dem Südpol ein regelrechtes Ozonloch entwickelt hat – eine starke Ausdünnung der Ozonschicht. 

Das Ozonloch ist auf menschliche Aktivität zurückzuführen: Der Ausstoß von radikalen Chlorverbindungen wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) sorgte dafür, dass große Mengen Ozon in der Atmosphäre zerstört wurden. Kohlenwasserstoffe wurden als Kältemittel beispielsweise in Kühlschränken, in Haarsprays und als Lösemittel genutzt. Der Ausstoß von FCKW nahm so seit den 1930er Jahren kontinuierlich zu und hatte die gefährliche Ausdünnung der Ozonschicht zur Folge. Um die Ozonschicht zu retten, unterzeichneten 1987 die Europäische Gemeinschaft und 24 weitere Staaten das Montrealer Protokoll und beschlossen damit den Ausstieg aus den FCKW.

Da die FCKW eine Lebenszeit zwischen 50 und 100 Jahren haben, sind die Auswirkungen nur langsam spürbar: Seit den 2000er-Jahren nimmt ihre Konzentration in der Atmosphäre wieder ab, sodass sich die Ozonschicht allmählich erholt.

Warum ist Ozon so gefährlich?

Eine zu hohe Konzentration von Ozon hat für Leben und Umwelt kann schwere Schäden nach sich ziehen

Trotz seiner schützenden Eigenschaften in der Stratosphäre ist eine hohe Konzentration von Ozon auf der Erde sehr gefährlich. Nach Kohlenstoffdioxid (CO2) und Methan (CH4) ist Ozon das drittwichtigste vom Menschen verursachte Treibhausgas  und trägt somit stark zum Treibhauseffekt  und Klimawandel bei. Hinzu kommen die negativen Auswirkungen von Ozon auf die Lungenfunktion von Menschen sowie auf die Umwelt und Pflanzenwelt. In erhöhter Konzentration beschädigt Ozon auf der Erde die Blätter und Nadeln von Pflanzen und Bäumen und beeinträchtigt die natürliche Photosynthese. In der Folge sind die Pflanzen in ihrem Wachstum gehemmt und ihre Qualität sowie die Ernteerträge gehen zurück.

Ozon kann zu Problemen bei der Gesundheit führen, gerade bei Vorbelastungen

Die Vorläuferstoffe, aus denen unter Sonneneinstrahlung an warmen Tagen Ozon entsteht, sind überwiegend menschlichen Ursprungs. Im Verkehr und bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entstehen große Mengen Stickstoffoxide, Kohlenwasserstoffe und andere flüchtige organische Verbindungen. Darüber hinaus kommen diese auch als Lösemittel in Farben, Lacken, Klebstoffen und Reinigungsmitteln zum Einsatz.

In geringer Konzentration ist Ozon in der Luft vor allem für Asthmatiker und Personen mit Beschwerden der Atemwege gefährlich. An besonders heißen Tagen sollte körperliche Anstrengung möglichst vermieden werden, da die Ozonbelastung besonders hoch ist.

Ozonbelastung in Deutschland

Infografik für die Ozonbelastung in Deutschland nach Jahren

Das Umweltbundeamt erstellt jährlich eine Infografik zur Belastung durch Ozon in der Bundesrepublik. In Deutschland überwachen dafür 260 Messstationen die Ozonkonzentration in der Luft. Ab einem Wert von 180 Mikrogramm pro Kubikmeter gibt das Umweltbundesamt über die Medien Informationen zur Ozonbelastung und Verhaltensempfehlungen an die Bevölkerung. Ab einem Wert von 240 Mikrogramm pro Kubikmeter wird ein Alarm ausgelöst. In der nebenstehenden Grafik fällt das Jahr 2003 sofort mit tiefroten Flächen auf. Damals gab es eine sehr hohe Belastung durch Ozon. Seit 2003 geht die Belastung allerdings zurück.

Damit es möglichst nicht so weit kommt, gibt es einen festgelegten Zielwert: Gemittelt über drei Jahre darf der maximale 8-Stunden-Wert eines Tages an höchstens 25 Tagen pro Jahr die Ozonkonzentration von 120 Mikrogramm pro Kubikmeter übersteigen.

Die Spitzenwerte der Ozonkonzentration in der Luft nehmen in Deutschland seit den 1990er-Jahren deutlich ab. Gleichzeitig ist jedoch die mittlere Ozonbelastung pro Jahr gestiegen. Der oben genannte Schwellenwert von 120 Mikrogramm pro Kubikmeter, der höchstens an 25 Tagen im Jahr überschritten werden darf, wird häufig nicht eingehalten.

Das meiste Ozon entsteht durch den Verkehr und Kraftwerke in städtischen Gebieten. Die höchsten Ozonwerte werden allerdings am Stadtrand und auf dem Land gemessen.

 

Das liegt zum einen daran, dass Ozon mit dem in Autoabgasen enthaltenen Stickstoffmonoxid reagiert und dabei abgebaut wird. Zum anderen werden viele der Vorläuferstoffe von Ozon mit dem Wind aufs Land getragen und sorgen dort fernab der Quellen für eine hohe Ozonbelastung.

Infografik zur Anzahl der Tage, die das Langfristziel überschritten haben

Damit die Zielwerte zur Ozonkonzentration erreicht und die schädlichen Auswirkungen von Ozon eingedämmt werden, sind umfassende Maßnahmen zur Luftreinhaltung vonnöten. Der Ausstoß von Vorläuferstoffen muss begrenzt werden – zwei zentrale Säulen bilden dazu die Energiewende  und die Verkehrswende.

Aber auch jeder Einzelne kann seinen Beitrag zur Verringerung von Luftschadstoffen und Ozon leisten. Beim Kauf von Farben, Lacken, Kleber und Reinigungsmittel sollten Produkte gewählt werden, die lösemittelfrei sind – und so möglichst keine Vorläuferstoffe von Ozon enthalten.

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