Ozon sorgt für reizenden Sommer

Pharmazie

Ozon sorgt für reizenden Sommer

Lange warteten die Deutschen auf den Sommer, vor zwei Wochen war es endlich soweit. Die Hitzewelle ließ uns nicht nur kräftig schwitzen, das Hoch Carlos heizte auch die Diskussion um erhöhte Ozonwerte an. Wie und durch was entsteht das reizende Gas, wem schadet es am meisten, und was können wir dagegen tun?

Schon früh fiel Menschen nach Blitzschlägen ein eigentümlicher Geruch auf. 1839 berichtete Christian Friedrich Schönbein über die Entdeckung eines neuen Stoffs, der sich bei der Elektrolyse von Wasser an positiven Platin-Elektroden neben Sauerstoff bildete. Er gab der Verbindung den Namen Ozon, nach dem griechischem ozien (riechen).

Ozon, eine Verbindung aus drei Sauerstoffatomen, birgt Gefahren: Es ist unsichtbar und extrem giftig. Je nach Konzentration riecht es würzig, metallisch oder stechend. Neben seiner schädlichen Wirkung auf Menschen und Pflanzen greift es auch Materialien aus Kunststoff und Metall an. Da Ozon Bakterien und andere Organismen abtötet, dient es auch zur Desinfektion von Operationsräumen und Trinkwasser.

So wichtig das Gas als Strahlenfilter in höheren Luftschichten ist, so sehr schadet es Menschen, Tieren und Pflanzen in der Troposphäre. Bodennahes Ozon entsteht in verschmutzter Luft durch photochemische Reaktionen. Neben flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs), Kohlenmonoxid und Methan reagieren vor allem Stickoxide bei intensiver Sonneneinstrahlung mit Sauerstoff. Ozon wird deshalb als sekundärer Schadstoff bezeichnet. Das Umweltgift ist aufgrund seiner hohen Konzentration die Leitsubstanz des lichtabhängigen Schadstoffcocktails. Zusätzlich entstehen Photooxidantien wie Peroxyacetylnitrat, Wasserstoffperoxid, Aldehyde und organische Säuren.

Die Ozonkonzentration steigt, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind: reichlich Stickoxide und flüchtige VOCs in der Luft, intensive Sonnenstrahlung und eine stabile Schönwetterperiode. Bei der Photolyse spaltet sich ein O-Atom vom Stickstoffdioxid ab und reagiert mit Sauerstoff zu Ozon. Entscheidend ist, daß sich das Monoxid schnell wieder in Dioxid zurückbildet, um für eine erneute Ozonsynthese zur Verfügung zu stehen. Die NO2-Photolyse ist also der Motor der Ozonbildung, die flüchtigen organischen Verbindungen sorgen als Treibstoff für ausreichend NO2.

Stickstoffmonoxid reagiert aber auch mit Ozon, das dann abgebaut wird. Es bildet sich O2 und NO2. Deshalb werden an besonders verkehrsreichen Straßen niedrigere Ozonwerte als am Stadtrand und in ländlichen Gebieten gemessen.

Autos emittieren Löwenanteil

Rund 60 Prozent der Stickoxide (NOx) werden im Straßenverkehr produziert. Gerade Fahrzeuge ohne moderne Abgastechnik stoßen große Mengen an NOx aus. Der Rest stammt überwiegend aus Feuerungsanlagen, die fossile Energieträger zur Wärmegewinnung und Stromversorgung verbrennen. VOCs werden zu mehr als 50 Prozent bei der Verwendung Lösungsmitteln freigesetzt. Aber auch Pkws mit Ottomotoren stoßen die flüchtigen Kohlenwasserstoffe aus, weil Benzin nicht vollständig verbrennt oder Gase aus dem Tank entweichen.

Inzwischen sind die Wissenschaftler aber auch "natürlichen Ozonproduzenten" auf der Spur. Die biogene Emission von VOC und NOx wurde bislang unterschätzt. Auch Laub- und Nadelhölzer produzieren Terpene und Isopren. Daneben gelangen Stickoxide aus überdüngten Böden in die Luft.

Bundesweit messen circa 380 Stationen die Ozonkonzentration. Dabei wird UV-photometrisch eine Stunde lang die Konzentration des Gases in Mikrogramm pro Kubikmeter Luft bestimmt (µg/m3) und der Mittelwert gebildet.

Mittelwerte blieben konstant

Die maximalen Ein-Stunden-Mittelwerte haben in Deutschland seit 1984 von 365µg/m3 bis 1997 auf 253 µg/m3 abgenommen. Diese Maximalwerte sind jedoch für eine statistische Bewertung ungeeignet. Der Ozonjahresmittelwert blieb dagegen seit Ende der 80er Jahre annähend konstant. Wegen der beherrschenden Einflüsse des Wetters können Trendaussagen – wenn überhaupt – nur anhand langer Meßreihen gemacht werden. Nach Angaben des Umweltbundesamts weisen langjährige Messungen darauf hin, daß sich der Jahresmittelwert der Ozonkonzentration an ländlichen Meßstationen gegenüber denen zur Jahrhundertwende mehr als verdoppelt hat.

Da Ozon aus anderen Schadstoffen unter Einfluß von Sonnenlicht gebildet wird, gibt es für das Gas keine Emissionsgrenzwerte. Werden Kraftfahrzeuge zugelassen oder neue Industrieanlagen in Betrieb genommen, müssen jedoch zahlreiche europäische NOx- und VOC-Grenzwerte eingehalten werden.

Um die Ozonkonzentration in der Atemluft beurteilen zu können sowie die Bevölkerung zu informieren und zu warnen, wurden europaweit Schwellenwerte festgelegt. Diese Werte sind im deutschen Immissionsschutzgesetz sowie im Gesetz zur Änderung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Ozongesetz) festgeschrieben.

Ozon dringt tief in die Lunge

Der für den Sommersmog typische Photooxidantien-Cocktail enthält verschiedene Reizstoffe. Unter anderem reizen Peroxyacetylnitrat, Peroxibenzoylnitrat, Acrolein und Formaldehyd Augen, Schleimhäute und obere Atemwege. Sie sind jedoch weniger toxisch als Ozon oder kommen in geringeren Konzentrationen vor. Ozon selbst reagiert fast ausschließlich an den Oberflächen des Atemtrakts. Durch seine geringe Wasserlöslichkeit dringt es tief in die Lunge ein. Dort trifft es auf Gewebe, das nicht durch eine Schleimschicht geschützt ist, und schädigt Zellmembranen. Entzündungen sind die Folge.

Symptome treten meist nur nach mehrstündiger Exposition bei gleichzeitiger körperlicher Aktivität auf. Bei Schulkindern und Erwachsenen ändern sich die Lungenfunktionsparameter nach reger körperlicher Aktivität im Freien ab einer Ozonkonzentration von 160µg/m3. Die physische Ausdauer-Leistungsfähigkeit sinkt ab 240µg/m3. Zu entzündlichen Reaktionen des Lungengewebes kann es ab 160µg/m3 bei 6,6stündiger Exposition mit intermittierender körperlicher Belastung kommen.

Genau eingrenzbare Risikogruppen gibt es nicht. Jeder Mensch reagiert auf das Gas unterschiedlich. Gesundheitliche Beeinträchtigungen sind dann zu erwarten, wenn die Atemluft viel Ozon enthält, je länger die Exposition dauert und je höher das Atemminutenvolumen ist. Unter dem Smog leiden deshalb besonders diejenigen, die draußen spielen, arbeiten oder Sport treiben. Grundsätzlich werden Säuglinge und Kleinkinder vorsorglich als Risikogruppen eingestuft. Im Verhältnis zu ihrer Körpergröße haben sie ein relativ erhöhtes Atemminutenvolumen. Da ihr Immunsystem noch nicht vollständig ausgebildet ist, können Ozonreizungen außerdem leichter zu Atemwegsinfekten führen. Die Frage, ob Asthmatiker empfindlicher auf Ozon reagieren, ist laut Umweltbundesamt noch nicht abschließend geklärt.

Meist normalisieren sich solche funktionellen Veränderungen im Laufe von ein bis drei Stunden nach Expositionsende. Bei besonders starken Belastungen kann es bis zu 48 Stunden dauern. Neben gereizten Atemwegen und Husten, berichten Ozongeschädigte häufig über Tränenreiz und Kopfschmerzen. Für die tränenden Augen sind vor allem Begleitstoffe des Ozons verantwortlich. Die akuten Reizerscheinungen sind weitgehend unabhängig von körperlicher Aktivität.

Wie sieht es aus mit chronischer Belastung? Im Versuch an Affen, Ratten und Mäusen registrierten Wissenschaftler nach langen und extremen Ozonbelastungen irreversible Lungenschäden. In Los Angeles wurde 1985 an rund 70 Tagen ein Ozon-Stundenmittel von über 400µg/m3 gemessen. Dort beobachtete man in neueren Untersuchungen bei einem Teil der Bevölkerung eine persistente Verschlechterung der Lungenfunktion.

Neben den obengenannten Wirkungen kann Ozon Allergien fördern. Zusätzlich diskutieren Forscher auch gentoxische und kanzerogene Effekte der Sauerstoffverbindung: In Zellkulturen wirkt Ozon sowohl bei Bakterien und Pflanzen als auch bei Säugerzellen eindeutig gentoxisch. Bisher konnten diese Wirkungen allerdings keinen konkreten Konzentrationen zugeordnet werden. Laut Umweltbundesamt läßt sich für die in Deutschland vorkommenden Konzentrationen zur Zeit noch nicht klären, ob das kanzerogene Potential eine Rolle spielt. Unabhängig davon gibt es nach Meinung der Behörde ausreichend Gründe, die Ozonkonzentration zu reduzieren.

Schadstoffausstoß weiter senken

Zum einen muß langfristig die Emission von Stickoxiden und flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen gesenkt werden. Um Gesundheitsgefahren zukünftig ausschließen zu können, ist eine Verringerung des Schadstoffausstoßes um 70 bis 80 Prozent bezogen auf die Emission Mitte der 80er Jahre erforderlich, so das Umweltbundesamt. Zum anderen müßten regionale Fahrverbote für Pkws ohne Katalysator und Tempolimits auf Autobahnen verhängt werden, die nur während der sommerlichen Smogperiode gelten.

Bis dahin empfehlen Experten: Steigt die Ozonkonzentration über 180µg/m3, sollten Personen, die erfahrungsgemäß empfindlich auf Ozon reagieren, ungewohnte körperliche Anstrengungen vor allem im Freien vermeiden. Sportler empfiehlt der Tübinger Sportmediziner Andreas Nieß, Aktivitäten möglichst in die Morgenstunden zu verlegen. Ab Ozonwerten jenseits der 360-µg/m3–Marke gilt für jedermann: Auszeit für ungewohnte körperliche Anstrengungen und sportliche Ausdauerleistungen.

PZ-Artikel von Ulrich Brunner, Eschborn

© 1997 GOVI-Verlag
E-Mail: redaktion@govi.de