Die Wetterdienste sowie Experten für Luftqualität in Europa waren diesen Sommer in höchster Alarmbereitschaft – nicht nur wegen der Prognosen rekordverdächtiger Hitzewellen, sondern auch wegen der Schadstoffe, die durch die Hitze erzeugt werden können. Im Juli und August wurden in vielen Teilen Europas ungewöhnlich hohe Konzentrationen troposphärischen Ozons festgestellt. In Portugal, Spanien und Italien sowie in vielen europäischen Hauptstädten – darunter London, Paris und Brüssel – lagen die Werte im gesundheitsschädlichen Bereich.
Die Reduktion von Emissionen kann im Lauf der Zeit die Konzentration anderer Schadstoffe verringern. Troposphärisches Ozon ist aber schwieriger zu bekämpfen, da hohe Temperaturen in Zukunft voraussichtlich häufiger auftreten werden. Deswegen wird die Überwachung dieser Ozonwerte immer wichtiger für die Gesundheit der Weltbevölkerung.
WERBUNGWarum ist Ozonverschmutzung ein Thema, mit dem wir uns beschäftigen sollten?
Über die Ozonschicht haben wir alle schon viel gehört. Sie ist von großer Bedeutung, weil sie die Erde vor gefährlicher UV-Strahlung schützt. Diese Art von Ozon befindet sich weit oben in der Erdatmosphäre. Troposphärisches Ozon entsteht dagegen in Bodennähe und kann beim Einatmen die Gesundheit beeinträchtigen.
Damit es gebildet wird, müssen mehrere Faktoren zusammenkommen: Sonnenlicht, warme Temperaturen sowie chemische Stoffe, die mit der Sonnenstrahlung reagieren. Letztere werden auch als Ozon-Vorläuferstoffe bezeichnet und umfassen Stickstoffoxide und Kohlenwasserstoffe, die durch menschliche Aktivitäten oder von Pflanzen gebildet werden.
„Das Ozon in der Troposphäre ist ein sekundärer Schadstoff, der durch photochemische Reaktionen aus anderen Schadstoffen entsteht“, so Dr. Patricia Tarín-Carrasco, Postdoktorandin am Institut für globale Gesundheit (Instituto de Salud Global) in Barcelona. Sie untersucht die Auswirkungen der Kombination aus Hitzewellen und Ozonbelastung auf die menschliche Gesundheit.
„Ozon kann unterschiedliche gesundheitliche Probleme verursachen, darunter Irritationen der Atemwege und Schleimhäute, Kopfschmerzen oder Übelkeit, Asthma, Bronchitis, zerebrovaskuläre Krankheiten und sogar einen verfrühten Tod“, erklärt Dr. Tarín-Carrasco. Die Weltgesundheitsorganisation (World Health Organization, WHO) empfiehlt, eine maximale Ozonkonzentration von durchschnittlich 100µg/m3 innerhalb von 8 Stunden nicht zu überschreiten. Bei der EU liegt der Grenzwert etwas höher, bei 120µg/m3. Laut Daten der Europäischen Umweltagentur wurde der EU-Grenzwert diesen Sommer in 16 EU-Staaten überschritten. In 33 europäischen Ländern lag der Wert über dem Limit der WHO.
Die langfristigen gesundheitlichen Auswirkungen der Ozonbelastung sind laut Dr. Cristina Guerreiro, Forschungsleiterin am norwegischen Institut für Luftforschung (Norsk institutt for luftforskning,NILU), unklarer. Zu erwarten sind ein Anstieg der Asthmafälle bei Kindern und eine Verschlimmerung bereits vorhandener Asthmaerkrankungen. „Akute Ozonverschmutzung hat 2019 schätzungsweise 16.800 vorzeitige Todesfälle in Europa verursacht“, sagt Dr. Guerreiro.
WERBUNGHitzewellen und Ozonverschmutzung
Laut dem Copernicus-Dienst zur Überwachung der Atmosphäre (Copernicus Atmosphere Monitoring Service, CAMS) führen der hohe Luftdruck und die damit verbundene geringere Windgeschwindigkeit und Luftstagnation während einer Hitzewelle zu einer erhöhten Konzentration der Ozon-Vorläuferstoffe. Der klare Himmel und die starke Sonnenstrahlung begünstigen wiederum die chemischen Reaktionen, durch die Ozon entsteht. Mehr Hitzewellen sorgen für mehr Ozonverschmutzung – es sei denn, die Emissionen der Vorläuferstoffe werden eingeschränkt.
Die Zusammenhänge zwischen Emissionen von Ozon-Vorläuferstoffen, Wetter und Ozonbildung sind kompliziert. Aber aufgrund der engen Verbindung zwischen Klimawandel und Luftqualität ist die langfristige Reduktion von Emissionen zur Eindämmung der globalen Erwärmung entscheidend zur Verringerung der Ozonverschmutzung und zur Verbesserung der Luft, die wir einatmen, sagen Wissenschaftler.
„In Europa gibt es zwei Hauptverursacher von Ozonverschmutzung“, sagt Dr. Guerreiro. „Erstens das aufgrund des Klimawandels erwartete häufigere Auftreten von Hitzewellen, das mehr Ozonepisoden verursachen wird. Und zweitens die hohe Konzentration von Ozon-Vorläuferstoffen, die wir durch die Verringerung von Kohlenstoffemissionen hoffentlich senken werden.“ Laut Guerreiro wird die langfristige Reduktion von Emissionen die Ozonkonzentration auch verringern, wenn Hitzewellen in Zukunft intensiver und zahlreicher werden.
Die Wissenschaftler haben es hier aber noch mit vielen Unsicherheiten zu tun. Wie genau sich Hitzewellen auf Ozon auswirken, ist noch nicht vollständig geklärt. „Hitzewellen können lange Dürreperioden nach sich ziehen (wie wir in diesem Jahr gesehen haben), die wiederum zu einer geringeren biogenen Ozonaufnahme (d. h. Ozonaufnahme durch lebende Organismen) führen, sodass mehr Ozon in der Atmosphäre verbleibt. Es ist schwer, [diesen Prozess] exakt zu modellieren“, so Dr. Guerreiro weiter.
Weil die Zusammenhänge zwischen Wetter, Ozon-Vorläuferstoffen und Ozonbildung so komplex sind, wissen wir immer noch nicht genug darüber, wie Ozon sich verhält und mit anderen Umweltphänomenen interagiert. „Die größten Wissenslücken betreffen die komplizierten chemischen Prozesse, die zur Ozonbildung führen, vor allem wegen der unzähligen flüchtigen Kohlenwasserstoffe, die daran beteiligt sind“, erklärt Dr. Augustin Colette, Leiter der Abteilung zur Entwicklung von Luftqualitätsmodellen am französischen Institut für industrielle Ökologie und Risiken (Institut National de l'Environnement Industriel et des Risques, INERIS) und leitender Wissenschaftler für regionale Aktivitäten des CAMS. „Erschwerend kommt hinzu, dass es nicht nur um die verschiedenen mit menschlichen Aktivitäten verbundenen Kohlenwasserstoffe geht, sondern auch um Pflanzen als Quelle solcher Stoffe. Und über diese Art von Emissionen herrscht noch große Unklarheit. Um chemische Prozesse in der Atmosphäre zu modellieren, ist daher ein solides Verständnis für das Zusammenspiel zwischen Boden, Pflanzen und Luft erforderlich.“
Die Bedeutung von Ozonprognosen
Prognosen für Ozonverschmutzung sind entscheidend, um die Gesundheit der Weltbevölkerung zu schützen, besonders von gefährdeten Personengruppen wie Kindern und älteren Menschen. Laut Dr. Colette können Prognosen für schlechte Luftqualität in einigen Ländern (z. B. Frankreich) Notfallmaßnahmen auslösen, um umweltschädliche Aktivitäten in der Industrie und im Transportwesen zu reduzieren, die Ozon-Vorläuferstoffe erzeugen. „Im Lauf der Jahre wurden unterschiedliche prädiktive Modelle entwickelt“, so der Wissenschaftler, darunter Machine-Learning- ebenso wie physische Modelle, bei denen Luftchemie und Lufttransport berücksichtigt werden.
„Üblicherweise decken die Modelle ein Land oder einen Kontinent wie Europa ab. Es gibt aber auch globale Modelle, die die ganze Welt umfassen. Überwachungsstationen vor Ort sind dabei allerdings am effektivsten, auch wenn Satelliten wertvolle Informationen von abgelegenen Standorten liefern können“, führt Dr. Colette weiter aus.
In Europa bietet CAMS tägliche Prognosen der Ozonkonzentration sowie hochmoderne Karten zu Umweltbedingungen aus der Vergangenheit, die politischen Entscheidungsträgern helfen können, Luftverschmutzung und deren Auswirkungen besser zu verstehen, so Dr. Colette. „CAMS betreibt auch eine dedizierte Website mit Produkten, die Entscheidungsträgern weitere Unterstützung in diesem Bereich liefern. Wir können heute bestimmen, welcher Anteil der Ozonverschmutzung durch Luftschadstoffe vor Ort verursacht wird, und wie viel davon aus einem Nachbarland stammt. Diese Informationen sind für Politiker extrem wichtig, da sie so abschätzen können, wie effizient Umweltmaßnahmen wären, die beispielsweise nur in einer bestimmten Stadt umgesetzt werden.“
## Bessere Luftqualität erfordert effektive Klimamaßnahmen
Da Ozon über große Entfernungen hinweg gebildet wird, ist die Verringerung der Ozonkonzentration auf regionaler, nationaler und internationaler Ebene relevant, erklärt Dr. Guerreiro. „Zwar sind es oft lokale Behörden, die für die Einhaltung von Standards in Bezug auf Luftqualität zuständig sind, das Problem kann aber anhand lokaler Maßnahmen nicht effizient angegangen werden. In der Praxis ist das nötige Bewusstsein eher auf der Ebene europäischer und nationaler Behörden vorhanden, und dort werden auch die entsprechenden Maßnahmen ergriffen“, führt Guerreiro weiter aus.
WERBUNGLaut der Forscherin müssen wirkungsvolle Maßnahmen im Umgang mit Ozonverschmutzung auf soliden wissenschaftlichen Daten basieren. Weitere Forschungen und die Erstellung von Klima- und Luftqualitätsmodellen sind erforderlich, um die Luftqualität effektiv zu überwachen und zu studieren. „Bei der Entwicklung internationaler Protokolle müssen die Auswirkungen auf troposphärisches (bodennahes) Ozon und das Klima als Ganzes anstatt separat betrachtet werden“, so Guerreiro. „Außerdem ist es wichtig, Forschungen zur Ozonkonzentration während Hitzewellen zu verstärken, um Strategien aufzubauen, die Wirkung zeigen. Zwar wissen wir relativ viel über Ozon im Allgemeinen, aber in Bezug auf die besonderen Bedingungen während einer Hitzewelle sowie deren Auswirkungen auf Ozon besteht noch Nachholbedarf.“
Maßnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels sind ein entscheidendes Element beim Umgang mit Ozonverschmutzung und anderen gefährlichen Umweltphänomenen. „Ein lebendiger Austausch zwischen Behörden aller Ebenen (von lokal bis international) und über verschiedene Sektoren und politische Bereiche hinweg ist von größter Bedeutung. Außerdem muss die Wirkung der umgesetzten Maßnahmen und des Klimawandels auf die Ozonkonzentration kontinuierlich beobachtet werden.“
