Ozon und Luftschadstoffe gefährden Organismus - Sommersmog - Ein Risiko für die Gesundheit

Smog, Husten, Augenbrennen - keiner sieht es, aber viele nehmen es trotzdem wahr. Oben ist davon wenig vorhanden und unten oftmals zu viel. Die Rede ist von Ozon. Das Gas hat unterschiedliche Seiten.

Gerade in der Sommerzeit können hohe Ozonwerte in den untersten Luftschichten trockenen Husten, Niesen, Halsschmerzen, schlimmstenfalls auch akute Atemnot auslösen. In den höheren Luftschichten schützt es uns dagegen vor gefährlicher Sonneneinstrahlung.

Andererseits wird Ozon in geringeren Mengen auch zur Behandlung von Beschwerden eingesetzt. Als starkes Oxydationsmittel wirkt es außerdem desinfizierend. So ist Ozon beispielsweise zur Trinkwasserdesinfektion zugelassen.

Je nach Konzentration ist sein Geruch nelken-, heu- oder gar chlorähnlich.

Ozon spielt in der Erdatmosphäre eine doppelte Rolle. In der Stratosphäre in 22 bis 30 Kilometer Höhe schützt die bestehende natürliche Ozonschicht die Erde vor der schädlichen Ultraviolettstrahlung der Sonne. Rund 90 Prozent des Ozons befinden sich in dieser Schicht.

Ozon kommt in den unteren Luftschichten auch natürlich vor. Allerdings werden durch den menschlichen Einfluss höhere Ozonkonzentrationen verursacht, insbesondere durch Luftverunreinigungen.

Damit Ozon entsteht, bedarf es einiger Zutaten. Am wichtigsten ist ultraviolettes Licht. Dabei laufen sogenannte photochemische Reaktionen ab, die sich je nach Luftschicht unterscheiden. An den komplizierten Reaktionen sind Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und flüchtige organische Verbindungen (VOC) beteiligt.

Häufig hört man den Begriff Sommersmog oder Photosmog für erhöhte Ozonkonzentrationen in Bodennähe. Smog ist ein zusammengesetztes Wort, das aus den Wortteilen smoke (englisch für Rauch) und fog (englisch für Nebel) besteht. Dieser Begriff erinnert an den aus Schwefeldioxid und Rauch bestehenden London-Smog.

Ozon zählt zu den sogenannten Photo-Oxidantien. Das heißt, es entsteht unter Einfluss von Sonnenlicht. Bei sonnigem Wetter laufen jedoch zahlreiche photochemische Reaktionen in der bodennahen Luft ab, die weitere Photo-Oxidantien produzieren.

Sie können in der Umwelt vielfältige chemische Reaktionen auslösen, die zur Luftverschmutzung beitragen. Das Gemisch aus diesem Schadstoffcocktail mit vielen Reizstoffen bezeichnet man als Sommersmog.

Ozon allein gilt bis zu bestimmten Konzentrationen als nicht schädlich. Keine Gefahr für die Gesundheit besteht laut EU-Richtlinie durch Ozon unter einem Gehalt von 110 µg/m³.

Forscher und Forscherinnen vermuten, dass das Zusammenspiel von Ozon mit anderen Schadstoffeinträgen wie Kohlenmonoxid, einigen Kohlenwasserstoffen und Peroxiden der Gesundheit schadet. Die starke Reizwirkung dieses Smogs auf die Augen und Schleimhäute der oberen Atemwege (Nasen-Rachen-Raum) kommt nur zu einem Teil durch Ozon zustande, vielmehr ist es dieser Schadstoffcocktail aus anderen Photo-Oxidantien, die als Nebenprodukt der atmosphärischen Ozonbildung entstehen. Dazu gehören zum Beispiel:

Ozon gilt allerdings aufgrund seines Anteils am Sommersmog, seiner Reaktionsfreudigkeit und seiner hygienischen Bedeutung als Leitsubstanz. Natürlich hängt der Ozoneinfluss auf die Organismen von der Dauer, der Häufigkeit und der Konzentration ab.

Wie sich aus dem Begriff schon ablesen lässt, bildet sich Sommersmog nur im Sommer, aber auch nur unter bestimmten Randbedingungen:

Bei solchen Wetterlagen überziehen Dunstglocken die Ballungsräume, unter denen sich Luftschadstoffe in großen Mengen ansammeln können. Vor allem in industriell geprägten und stark baulich verdichteten Beckenlandschaften wie beispielsweise im Rhein-Main-Gebiet, Ruhrgebiet, Großraum Athen oder Los Angeles sammelt sich so mancher "Dreck" in der Luft an. Bei Überschreiten eines bestimmten Grenzwertes spricht man dann vom Sommersmog.

Der Berufsverkehr nimmt dabei auf die tageszeitlich schwankende Ozonkonzentration einen entscheidenden Einfluss.

Sommersmog schädigt die Körperzellen und wird über den Atem sowie über die Augen aufgenommen. Bei einem erhöhten Atemvolumen, beispielsweise bei körperlicher Anstrengung, kann Ozon in Verbindung mit dem Schadstoffcocktail tief in das Lungengewebe vordringen. Dort schädigt das Reizgas das Gewebe und kann Entzündungen hervorrufen.

Durch seine geringe Wasserlöslichkeit wird Ozon nicht in den oberen Atemwegen zurückgehalten und kann deshalb tiefer in die Lunge eindringen. Treffen Ozon und andere Schadstoffe auf Gewebe, das nicht durch Schleimhäute geschützt ist, können diese die Zellmembranen schädigen. Solche entzündlichen Reaktionen des Lungengewebes bilden sich nur teilweise zurück.

Außerdem hemmt Ozon die Tätigkeit des für die Reinigung der Luftwege so wichtigen Flimmerepithels. Das reizt die Atemwege so stark, dass sich in Verbindung mit anderen Luftschadstoffen Lungenödeme bilden können.

Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen haben eine verminderte Lungenfunktion und eine eingeschränkte körperliche Leistungsfähigkeit besonders nach reger Aktivität im Freien bei Schulkindern und Erwachsenen festgestellt. In der Regel verschwinden die Einschränkungen spätestens nach 48 Stunden, sofern man sich nicht weiter hohen Ozonbelastungen aussetzt.

Ab Konzentrationen von rund 200 µg/m³ sind eine Vielzahl verschiedener Beschwerden möglich:

Für die Schleimhautreizung durch Sommersmog ist bei "üblichen Ozonkonzentrationen" hauptsächlich Peroxyacetylnitrat verantwortlich. Bei dauerhaft hohen Konzentrationen kann Ozon Schäden an der Erbsubstanz verursachen. Das Reizgas steht daher im Verdacht, bei Menschen krebserregend zu wirken. Hier gibt es die aktuellen Ozonwerte von WetterOnline.

Man nimmt an, dass etwa 10 Prozent der Bevölkerung besonders empfindlich auf Ozon bzw. auf den Schadstoff-Cocktail des Sommersmogs empfindlich reagieren. Gesundheitliche Beschwerden sind wahrscheinlicher,

Vorgeschädigte oder empfindliche Personen, die beispielsweise unter Asthma oder chronischer Bronchitis leiden, sind für die schädlichen Wirkungen durch Sommersmog besonders anfällig. Bei dauerhaft hohen Ozonkonzentrationen können sich Lungenödeme, also Wasseransammlungen in der Lunge, bilden.

Ebenfalls gelten Kinder sowie generell alte Menschen als gefährdet. Kinder sind gegenüber Luftschadstoffen empfindlicher als Erwachsene. Das liegt daran, dass ihre Atemfrequenz höher liegt als bei Erwachsenen. Zudem sind sie körperlich aktiver und verbrauchen deshalb mehr Atemluft. Das bedeutet auch, dass sie vergleichsweise größere Ozonmengen einatmen.

Studien fanden heraus, dass rund 10 Prozent der Kinder sehr empfindlich gegenüber Ozon schon bei Konzentrationen unter 240 µg/m³ reagieren. Die Reaktionen auf Ozon sind jedoch insgesamt sehr variabel. Bei etwa 10 Prozent der Kinder sind Einschränkungen der Lungenfunktion bereits bei Ozonkonzentrationen um 120 µg/m³ festgestellt worden.

Nach einer umfangreichen holländischen epidemiologischen Untersuchung reagieren Kinder mit chronischen Atemwegserkrankungen nicht stärker auf bestimmte Ozonkonzentrationen als lungengesunde Kinder.

Ältere Menschen und Personen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind auch deshalb gefährdet, da Ozon oftmals mit einer Hitzebelastung einhergeht. Diese überfordert das körpereigene Kühlsystem, bei empfindlichen Personen führt das zu Kreislaufproblemen.

Ozon verstärkt aber nicht nur Asthma, sondern auch Allergien. Auch wenn es selbst kein Allergen ist, verstärkt es die Wirkung anderer Allergieauslöser.

Die Tabelle gibt einen Überblick über die zu erwartenden akuten Gesundheitseffekte bei verschiedenen Ozonkonzentrationen in der Außenluft.

Vitamin C und E wirken antioxidativ und können in höheren Dosen die oxidative Wirkung von Ozon abschwächen.

Sehr hohe Ozonwerte treten seit mehr als zwei Jahrzehnten hierzulande eher seltener auf. Wenn heutzutage hohe Ozonkonzentrationen verzeichnet werden, dann sind diese immer noch geringer als in den 1970ern. Obwohl hohe Spitzen insgesamt deutlich abgenommen haben, ist der Jahresmittelwert der Ozonbelastung im Vergleich gestiegen. 

Die heutige Grundbelastung von 40 bis 80 µg/m³ ist etwa doppelt bis dreifach so hoch wie zu Beginn des Jahrhunderts. Ozonwerte über 180 µg/m³ (Stundenmittelwerte) werden fast ausschließlich im Sommer bei Temperaturen weit über 20 Grad gemessen. Konzentrationen über 240 µg/m³ sind in Deutschland seit Ende der 1990er Jahre selten registriert worden.

Die EU hat für die belastende Ozonkonzentrationen verschiedene 1-Stunden-Werte festgelegt. Laut Umweltbundesamt darf der maximale 8-Stunden-Wert eines Tages von 120 µg/m³ (60 ppb) an höchstens 25 Tagen pro Kalenderjahr überschritten werden. Ziel ist es jedoch, dass dieser Schwellenwert an keinem Tag mehr erreicht wird.

Seit 1. Juli 2003 gelten aufgrund der Ozon-Richtlinie der EU folgende Ozon-Schwellenwerte:

Unter einer Tagesbelastung (Mittelwert über 8 Stunden) von 120 µg/m³ ist nicht mit gesundheitlichen Beeinträchtigungen zu rechnen.

Patienten mit Asthma oder chronischer Bronchitis wird ab Ozonkonzentrationen von etwa 180 µg/m³ empfohlen, körperliche Anstrengungen zu vermeiden. Dies gilt außerdem für Ausdauersport. Da erhöhte Ozonkonzentrationen im Sommer in der Regel in den Stunden auftreten, in denen auch die höchsten Temperaturen herrschen, sollte man den Kreislauf nicht zu stark strapazieren und eher einen Gang herunterschalten.

Speziell zu Sportveranstaltungen finden sich in den Bundesländern zuständigen Institutionen keine konkreteren Hinweise, wann von Sport generell abzuraten ist.

Anders ist das beim Schulsport:

In einzelnen Bundesländern und sogar in Kommunen gelten auch schon niedrigere Schwellenwerte. In Sachsen beispielsweise wird empfohlen ab einem Wert von 150 µg/m3 den Sportunterricht anzupassen. Das Schulverwaltungsamt Essen andererseits informiert bereits ab einem Wert von 120 µg/m3 (1-Stunden-Wert) und empfiehlt, auf den nachmittäglichen Sportunterricht mit Ausdauerleistungen zu verzichten.

Als Hobbysportler kann man sich an den Richtlinien des Landessportbundes Nordrhein-Westfalen orientieren:

Ozon wird dort am stärksten und schnellsten abgebaut, wo ein reger Straßenverkehr herrscht. Das liegt daran, dass Fahrzeuge immer wieder Stickoxide ausstoßen, die schnell mit dem Ozon reagieren.

Am Stadtrand mit einer geringen Verkehrsdichte sind die Ozonabbauverhältnisse anders: Das Ozonmaximum am Nachmittag flacht nur sehr langsam ab. Deshalb registrieren Messstationen auf dem Land sogar in den Abend- und Nachtstunden noch hohe Ozonwerte.

Regenfälle waschen Ozon aus der Luft, auch wenn es nicht besonders gut wasserlöslich ist. Doch es ist zu bedenken, dass bei Regenwetter Ozon kaum entstehen kann, denn für seine Bildung ist die UV-Strahlung der Sonne unentbehrlich.

In Innenräumen baut Ozon sich schnell ab, weil es mit fast allen Oberflächen reagiert und ohne Sonneneinstrahlung keine Neubildung stattfindet. Allerdings stellt sich bei gründlichem Lüften in Innenräumen fast die gleiche Ozonkonzentration wie in der Außenluft ein. Bei geschlossenem Fenster sinkt die Ozonkonzentration schnell auf ein Zehntel bis ein Viertel der Außenluftkonzentration ab. Dabei gilt: Je weniger gelüftet wird, desto ozonärmer ist die Innenraumluft.

Die Ozonbelastung wird nur nachhaltig reduziert, wenn die Vorläufersubstanzen und VOCs insgesamt vermindert werden. Hauptemittent ist der Straßenverkehr. Der vermehrte Einsatz von Katalysatoren in Fahrzeugen hat jedoch die NOₓ-Emissionen verringert. Auch der Einbau von Filteranlagen hat die Stickstoffoxid-Emissionen aus Großfeuerungsanlagen deutlich gedämpft.

Lokale Fahrverbote können Ozonspitzenwerte nicht wirksam senken. Hierbei müssten Emissionsminderungen über mehrere Tage durchgesetzt werden. Der verstärkte Einsatz erneuerbarer Energien und die Benutzung von Hybrid- oder batteriebetriebener Fahrzeuge hilft auch beim Kampf gegen den Sommersmog.

Mit den folgenden Tipps kann jeder einzelne auch weiter dazu beitragen, hohe Ozonwerte im Sommer zu vermeiden:

Auch während eines Gewitters wird bei der Blitzentladung Ozon produziert. Im Innenraum erzeugen elektrische Geräte wie Kopiergeräte und Drucker Ozon. Hochspannung und UV-Strahlung sind dafür verantwortlich. Doch die Mengen, die dabei produziert werden, sind vernachlässigbar.