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03/12/1999 13:08

Krank durch Ozon?

Gertrud Aßmann Kommunikation
GSF - Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit

Krank durch Ozon?
Ozon - Gesundheitsaspekte und Grenzwerte

Seit Juli 1995 gilt in Deutschland eine bundeseinheitliche Sommersmog - Regelung. Sie ist Bestandteil des Bundesimmissionsschutzgesetzes (BImSchG) und beinhaltet Fahrverbote bei hohen Ozonwerten. Zur Zeit wird über eine Gesetzesänderung diskutiert. Die Information Umwelt bietet Ihnen einige Hintergrundinformationen zum Thema bodennahes Ozon.

Ozon (O3) gilt als Leitsubstanz der sogenannten Photooxidantien. Unter diesem Begriff wird
eine Gruppe äußerst reaktionsfähiger Substanzen zusammengefaßt, die sich unter dem Einfluß
von Sonnenstrahlung bilden und auch rasch wieder zerfallen. Das "anthropogene" Ozon wird durch eine photochemische - also durch intensives Sonnenlicht ausgelöste - Reaktion aus Stickoxiden in bodennahen Schichten gebildet. Quellen von Stickoxiden sind in erster Linie Autoabgase und industrielle Schadstoffemissionen. Die Schlüsselrolle bei der Entstehung des Ozons in Bodennähe kommt dem Stickstoffdioxid zu. Bereits durch relativ energiearme langwellige UV-Strahlung zerfällt es photolytisch zu Stickstoffmonoxid (NO) und atomarem Sauerstoff: NO2 à NO + O. Dieses hochreaktive Sauerstoffatom verbindet sich sofort mit dem molekularen Sauerstoff der Luft zu Ozon: O2 + O à O3.

Wirkung auf den Menschen

Die biologische Wirkung des Ozons wird durch seine extreme Reaktionsbereitschaft geprägt. Es entfaltet seine Wirkung fast ausschließlich am Auftreffort, also am Gewebe des Atemtraktes. Durch seine geringe Wasserlöslichkeit wird es in den oberen Atemwegen kaum zurückgehalten. Es dringt vermehrt in die Lungenperipherie und trifft dort auf Gewebe, das nicht durch eine Schleimschicht geschützt ist.

Im folgenden sind die akuten Wirkungen von Ozon auf den Menschen aufgeführt; dabei sind die niedrigsten Konzentrationen, bei denen die Wirkungen beobachtet wurden, angegeben:

- Subjektive Befindlichkeitsstörungen wie Tränenreiz (verursacht durch Begleitstoffe des Ozons), Reizung der Atemwege und Atembeschwerden ab 200 µg/m³.

- Veränderung von Lungenfunktionsparametern (z. B. Abnahme des forcierten Ausatemvolumens, Zunahme des Widerstandes in den Atemwegen) bei Schulkindern und Erwachsenen ab 140 - 300 µg/m³ und in klinischen Expositionsver-suchen mit freiwilligen Probanden ab 160 µg/m³ bei 6,6stündiger bzw. ab 240 µg/m³ bei 1- bis 3stündiger Exposition mit kör-perlicher Belastung.

- Reduzierung der körperlichen Leistungsfähigkeit ab 240 µg/m³.

- Entzündliche Reaktion des Gewebes ab 160 µg/m³ bei 6,6stündiger Exposition mit körperlicher Belastung.

- Zunahme der Häufigkeit von Asthmaanfällen (240 - 300 µg/m³).

Die für eine akute Wirkung charakteristische Ozondosis hängt in erster Linie von der Ozon-Konzentration und dem Atemminutenvolumen (Aktivität) und erst in zweiter Linie von der Expositionsdauer ab. Nach einer Expositionszeit von einigen Stunden verstärken sich die akuten Effekte kaum mehr, selbst wenn man ozonexponiert bleibt.

Die Frage nach chronischen Wirkungen kann anhand neuer Studien dahingehend beantwortet werden, daß bei extremen Expositionsverhältnissen, wie sie in Los Ange-les herrschen (an ca. 70 Tagen im Jahr Werte über 400 µg/m³), es nach langjährigem Aufenthalt zu ei-ner geringen, jedoch statistisch nachweisbaren, Zunahme der Häufigkeit chronischer Lungenerkrankungen (chronische obstruktive Bronchitis, Asthma bron-chiale) kommt. Hierbei spielt jedoch Ozon mit großer Wahrscheinlichkeit nur als Teilfaktor neben der Wirkung der erheblichen Schwebstaubbelastung in diesen Gebieten eine Rolle.

Die Risikogruppen für Ozon sind, anders als im Fall des "Winter-Smog", wo wir woh-definierte Risikokollektive (Asthmatiker, chronische Bronchitiker, Herz-/Kreis-laufkranke) haben, sehr viel schwerer zu charakterisieren: Die Empfindlichkeit des Atemtraktes gegenüber Ozon ist bei Gesunden und Personen mit Atemwegserkrank-ungen ungefähr gleich verteilt. Man kann zwar davon ausgehen, daß ein Asthmati-ker oder Bronchitiker, der zusätzlich noch "hyperreagibel" gegenüber Ozon ist, besonders gefährdet ist; gleichzeitig ist die Wahrscheinlichkeit, daß er sich bei einer Außentemperatur von 25 - 32 Grad Celsius (stabile Hochwetterlage im Sommer) einer anstrengenden körperlichen Belastung im Freien über mehrere Stunden aussetzt - und nur das führt zur Aufnahme einer relevanten Ozondosis - äußerst gering.

Man muß folglich bei der Definition von Risikogruppen gegenüber Ozon davon ausgehen, daß alle diejenigen Personen betroffen sind, die sich häufig längeren, anstrengenden körperlichen Tätigkeiten an der Außenluft an heißen Sommertagen aussetzen. Dies sind im wesentlichen Kinder und junge Erwachsene, die sich im Spiel oder Sport betäti-gen. Hierzu gehören auch Personen, die eine mehrstündige, mit körperlicher Anstrengung verbundene berufliche Tätigkeit im Freien ausüben.

Wissenschaftler berichten aber auch noch über andere Auswirkungen: Menschen, die sich nach Meldungen über erhöhte Ozonwerte und damit verbundenen Verhal-tensempfehlungen als "Betroffene" fühlen, können Bedrohungsängste entwickeln. Ein erheblicher Teil reagiert im Sinne einer sogenannten "Toxikopie"; d. h. sie empfinden die Symptome, die sie aus den Medien als "ozontypisch" erfahren haben: Augenrei-zung, Schluckbeschwerden, erschwerte Atmung, Schmerzen beim tiefen Einatmen, Kopfschmerz, Schlaffheit, Kreislaufbeschwerden. Das Problem ist, daß sie diese Beschwerden schon bei einer Ozondosis entwickeln, die effektiv nicht ausreicht, um diese Symptome hervorzurufen.

Ozon hat außerdem ein eindeutig gentoxisches Potential, das heißt eine Schädigung des Erbmaterials von Säugetierzellen kann im Reagenzglas beobachtet werden.

Richt-, Grenz- und Anhaltswerte

Der seit 1958 eingeführte MAK-Wert (Maximale Arbeitsplatzkonzentration) der Senats-kommission zur Prüfung gesundheitsschädlicher Arbeitsstoffe der Deutschen For-schungsgemeinschaft betrug 200 µg/m³ (8-Stunden-Mittelwert) und bezieht sich lediglich auf die schleim-hautreizende Wirkung von Ozon. Aufgrund neuer Hinweise auf eine krebserregende Wirkung und das gentoxische Potential von Ozon wurde 1995 der MAK-Wert ausgesetzt und 1998 durch einen TRK-Wert (technische Richtkonzentration) für Stoffe mit begründetem Verdacht auch Kanzerogenität ersetzt.

Die lufthygienischen Richtwerte der VDI-Kommission "Reinhaltung der Luft" sind medizinisch-biologisch abgeleitete Werte, die als wünschenswerte Obergrenze der Belastung unter Vorsorgeaspekten anzusehen sind. Sie berücksichtigen auch die bereits genannten Risikogruppen in der Allgemeinbevölkerung und sind mit einem Sicherheitsfaktor versehen.

Der von der VDI-Kommission festgesetzte MIK-Kurzzeitwert für Ozon (Maximale Immissions-Konzentration) liegt bei 120 µg/m3 und bezieht sich auf eine halbe Stunde (VDI 2310). Diesen Wert nutzt beispielsweise auch die Stadt München als Grenze, oberhalb derer sie die Bevölkerung über die Belastungssituation informiert und Empfehlungen ausspricht. Zusätzlich wurde vom VDI hinzugefügt, daß im Falle von Überschreitungen bis zu 400 µg/m3 für bis zu einer halben Stunde nicht mit einem nennenswerten Risiko zu rechnen ist, wenn diese nicht häufiger als einmal pro Woche vorkommen.

Seit September 1992 gibt es eine "EU-Richtlinie über die Luftverschmutzung durch Ozon" (92/72/EWG), die folgende Schwellenwerte festlegt: Unterhalb 110 µg/m3 als 8-Stunden-Mittelwert besteht keine gesundheitsbeeinträchtigende Wirkung. Der Schwellenwert für die Unterrichtung der Bevölkerung ist bei 180 µg/m3 als 1-Stunden-Mittelwert festgelegt. Hier kann es bei besonders empfindlichen Personen zu vorübergehenden gesundheitlichen Auswirkungen kommen. Der Schwellenwert für die Auslösung von Warnungen beträgt 360 µg/m3 als 1-Stunden-Mittelwert.

Unter Anhaltswerten versteht man Werte, die der Bevölkerung als Orientierungshilfe dienen und die mit Verhaltensempfehlungen gekoppelt sein sollen. Es besteht weitgehend Einigkeit, daß Konzentrationen zwischen 360 - 400 µg/m3 bei entsprechend langer Exposition und besonders bei gleichzeitiger körperlich anstrengender Tätigkeit zu länger anhaltenden gesundheitlichen Beeinträchtigungen führen können. Es ist also angebracht, in diesem Konzentrationsbereich eine "Warnschwelle" zu legen.

Regionale Verteilung der Ozonkonzentration

Die Höhe der Immissionskonzentrationen nimmt von Norden nach Süden zu. Am Alpenrand, wo sich die "Oxidantienpakete" stauen, können z. T. außergewöhnlich hohe Kon-zentrationen auftreten (z. B. 1989 in Varese: Ca. 500 µg/m³). Auch an anderen Orten können durch besondere Emissionsbedingungen und räumliche Voraussetzungen (Talkessel, breite Flußebenen) Spitzenkonzentrationen gemessen werden.

In den Ballungszentren, vor allem solchen mit hoher Verkehrsdichte, findet man zwar die höchsten "Vorläufer-Werte", nicht aber die höchsten Ozonkonzentrationen. Dies ist u. a. darauf zurückzuführen, daß das zunächst hauptsächlich emittierte Stickstoffmonoxid, aber auch die ungesättigten Kohlenwasserstoffe, als "Ozonfänger" wirken können. Deshalb gehen die Ozonkonzentrationen in den Abend- und Nachtstunden in Ballungs-gebieten auch erheblich rascher zurück als in sog. "Reinluftgebieten". Dies ist auch der Grund für die höheren mittleren Ozonkonzentrationen (z.B. Tagesmittelwerte) in sog. "Reinluftgebieten verglichen mit jenen in den Ballungsgebieten.

Zeitlicher Verlauf der Konzentrationen

Da die Bildung von photochemischen Oxidantien, insbesondere Ozon, in der unteren Troposphäre von der Intensität der Sonneneinstrahlung abhängt, finden wir nennenswert erhöhte Ozonkonzentrationen im allgemeinen nur in den Sommermonaten und nur an Schönwettertagen.

Der Tagesverlauf ist sehr charakteristisch: Er folgt der Intensität des Sonnenlichts mit der Einschränkung, daß die Ozonbildung mit einer zeitlichen Verzögerung - die für das "Anlaufen" der photochemischen Reaktion benötigt wird, einsetzt. Es kommt zu einem steilen Anstieg in den Morgenstunden, der etwa in den frühen Nachmittagsstunden in ein Konzentrationsplateau mündet, das mehrere Stunden anhält. Das heißt, daß hohe Ozonbelastungen mehrere Stunden dauern können (eine Ozonkonzentration im Bereich bis zu etwa 80 % des maximalen Halbstundenmittelwertes kann bis zu acht Stunden auftreten).

Rechtsgrundlagen

Zur Verminderung negativer Folgen erhöhter Ozonwerte werden seit langem verschiedene Strategien diskutiert: Zu unterscheiden sind dabei kurzfristig oder läng-erfristig wirkende, regional begrenzte oder überregional wirksame Maßnahmen. Wie eingangs geschildert, handelt es sich beim "anthropogenen" Ozon um ein Folgeprodukt aus weiträumig emittierten Vorläuferprodukten aus einer Vielzahl von Quellen. Wirklich wirksame Maßnahmen müssen daher - darüber sind sich zumindest Wissenschaftler weitgehend einig - eine Senkung der Vorläuferemissionen auf über-regionaler Ebene zum Ziel haben.

Kernpunkt der jetzigen Sommersmog-Regelung ist ein großräumiges Fahr-verbot für hoch emittierende Fahrzeuge.

Voraussetzung für die Verhängung eines solchen Fahrverbots ist, daß "an mindestens drei Meßstationen im Bundesgebiet, die mehr als 50 km und weniger als 250 km voneinander entfernt sind, ein Stundenmittelwert von 240 µg Ozon /m³ Luft erreicht wird, und dieser auch am nächsten Tag noch zu erwarten ist." (BMU-Pressemitteilung). Das Fahrverbot gilt dann in dem betroffenen Bundesland, in welchem mindestens zwei dieser drei Meßstationen liegen. Berlin, Bremen und Hamburg sowie das Saarland bedürfen nur einer der drei Meßstationen innerhalb ihrer Landesgrenzen oder in einem angrenzenden Landkreis.

Ein Bestandteil des Ozongesetzes sind allerdings auch einige gewichtige Ausnahme-regelungen. Vom Fahrverbot ausgenommen sind:

- Personenkraftwagen und Wohnmobile (bis 2,8 t) mit geringem Schadstoffausstoß, was in den Zulassungspapieren an sogenannten Emissionsschlüsselnum-mern abzulesen ist (vgl. Tab. 3a)

- Weitere Kraftfahrzeuge (außer Pkws und Wohnmobilen bis 2,8 t) mit entsprechenden Emissionsschlüsselnummern (vgl. Tab. 3b)

- Fahrten von Berufspendlern von und zu ihrer Arbeitsstätte, die "anders in zumutbarer Weise nicht durchgeführt werden können"

- Fahrten von und zum Urlaubsort, die "anders in zumutbarer Weise nicht durchgeführt werden können"

- Kraftfahrzeuge mit Selbstzündungsmotor (Dieselfahrzeuge, ausgenommen Pkw und Wohnmobile bis 2,8 t (für 60 Monate ab Erstzulassung)

- Öffentlicher Personennahverkehr

- Taxen

- Kranken- und Arztwagen, Fahrzeuge von und für Behinderte/n

- Müllfahrzeuge

- Feuerwehr, Polizei, Bundesgrenzschutz und Militärfahrzeuge

Kritiker der Sommersmog-Regelung beanstanden vor allem drei Punkte: Zum einen wurde in den vergangenen Jahren - wenn überhaupt - die 240 µg/m³ - Schwelle nur an sehr wenigen Tagen erreicht (im Jahr 1998 z.B. nur an 3 Tagen). Zum andern untergrabe die umfassende Ausnahme-Liste das Gesetz in seiner Wirksamkeit, was ja auch der erste Ozon-Smogalarm im August 1998 bewiesen hat. Schließlich beanstanden Kritiker auch das mit der Verordnung neu geregelte einheitliche Meßverfahren: Durch eine Umstellung der Bezugstemperatur von vorher null auf nun zwanzig Grad Celsius liegen nach Angaben des Umweltministeriums Baden-Württemberg die neuen Meßwerte um cirka 7-10% niedriger als früher.

Stand: März 1999, Redaktion: Gertrud Aßmann
Wissenschaftliche Unterstützung: Dr. Peter Höppe, Univ. München, Inst. f. Arbeits- u. Umweltmedizin

Literatur:

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Criteria of this press release:
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Law, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing, Oceanology / climate, Politics, Social studies
regional
Scientific Publications
German

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