Globale Ozonbelastung durch bodennahes Ozon bleibt hoch

Üblicherweise wird Ozon mit der schützenden Schicht in der oberen Erdatmosphäre verbunden, die ultraviolette Strahlung abschirmt.

Dasselbe Molekül entsteht jedoch auch in Bodennähe und wirkt dort als hochreaktiver Luftschadstoff, der beim Einatmen die menschliche Lunge schädigt.

Eine neue weltweite Auswertung zeigt, dass jahrzehntelange Emissionsminderungen in Europa und Nordamerika das schädliche bodennahe Ozon nicht wie erwartet verringert haben.

Luftverschmutzung, die weit jenseits nationaler Grenzen entsteht, gleicht inzwischen einen grossen Teil der Erfolge nationaler Massnahmen wieder aus.

Bodennahes Ozon geht nicht zurück

Zwischen 2000 und 2018 sanken die smogbildenden Emissionen in Europa und Nordamerika deutlich, während die durchschnittliche Belastung durch bodennahes Ozon nahezu unverändert blieb.

Tabish Ansari vom Forschungsinstitut für Nachhaltigkeit (RIFS) untersuchte diese Diskrepanz über verschiedene Jahreszeiten und Regionen hinweg und wies Ozon nach, das aus anderen Ländern einströmt.

Mit sinkenden lokalen Emissionen nahm der importierte Anteil zu. Dadurch veränderten sich Zeitpunkt und Ort der Ozonanreicherung, anstatt dass die Belastung verschwand.

Diese Einschränkung macht deutlich, weshalb lokale Luftreinhaltemassnahmen allein inzwischen kaum noch ausreichen, um die Ozonwerte weiter zu senken, und warum die Quellen weltweit betrachtet werden müssen.

Unerwarteter Anstieg im Winter

Im Winter stieg das bodennahe Ozon – also dasselbe Gas wie in der Ozonschicht – an und blieb ein Risiko für die Lunge.

Unter Sonnenlicht entsteht Ozon, wenn Stickoxide (NOx), die bei der Verbrennung von Brennstoffen freigesetzten Gase, welche die Ozonbildung beschleunigen, sich in der Luft vermischen.

„Es ist wichtig zu verstehen, dass dieselben NOx, die in Gegenwart von Sonnenlicht Ozon erzeugen, es ohne Sonnenlicht auch wieder abbauen“, sagte Dr. Ansari.

Sinken die lokalen NOx-Konzentrationen, kann die Winterluft letztlich mehr Ozon enthalten: Weniger NOx bedeutet, dass durch Titration auch weniger Ozon zerstört wird.

Luftverschmutzung überquert Kontinente

Ozon bleibt über Wochen in der Atmosphäre, sodass Winde es weit von dem Schornstein forttragen können, der seine Entstehung mit ermöglicht hat.

Fachleute bezeichnen diesen Zeitraum als atmosphärische Lebensdauer – die Dauer, während der ein Schadstoff bestehen bleibt, bevor Reaktionen ihn abbauen.

Das Modell von Ansari ergab, dass transportiertes Ozon im Frühling dominierte, weil kühlere und trockenere Luft einen grösseren Anteil unversehrt ankommen liess.

Dieser Frühjahrsanstieg führte dazu, dass lokale Sommermassnahmen den Jahresdurchschnitt der tatsächlich eingeatmeten Ozonbelastung nicht ausreichend senken konnten.

Herkunft von Ozon nachverfolgen

Lokalen Smog von importiertem Ozon zu trennen, erfordert mehr als die Betrachtung von Trends, da dieselbe Luftmasse Emissionen aus vielen Quellen vermischt.

Das Forschungsteam nutzte eine Emissionskennzeichnung: Innerhalb der Simulation wurde die Verschmutzung nach ihrer Quelle verfolgt, um Ozon jeder Region zuzuordnen.

Die Modellresultate wurden mit einer Datenbank ländlicher Messstationen verglichen; dabei stimmte das saisonale Muster überein.

Ozon aus Asien

Bei der Verfolgung des importierten Anteils ordnete das Team mehr Ozon den Emissionen aus Ostasien und dem Schifffahrtssektor zu.

Steigende NOx-Emissionen in Teilen Ostasiens sowie Abgase von Frachtschiffen führten der Transportbahn auf der Nordhalbkugel zusätzliches Ozon zu.

„Der Anstieg der NOx-Emissionen aus Regionen wie Ostasien, insbesondere China, sowie der zunehmende Beitrag der internationalen Schifffahrt tragen erheblich zum hemisphärischen und interkontinentalen Transport von Ozon bei“, sagte Ansari.

Am stärksten wirkte sich diese importierte Belastung im Frühling aus, wenn der Transport seinen Höchststand erreichte und die lokale Chemie sie weniger wirksam ausgleichen konnte.

Zunahme von natürlichem Ozon

Auch natürliches NOx gewann an Bedeutung, und das Modell führte mehr Ozon auf Quellen zurück, die Menschen nicht unmittelbar regulieren können.

Diese natürlichen Emissionen stammten aus Vegetation, Waldbränden und Blitzen. Sie blieben stabil, während ihr Beitrag zur Ozonbildung zunahm.

Weil weniger menschengemachtes NOx vorhanden war, trafen natürliche Moleküle auf weniger Konkurrenz und reagierten häufiger auf eine Weise, die Ozon bildet.

Damit setzt dieser Effekt der lokalen Kontrolle Grenzen, denn heissere Waldbrandsaisons könnten die Ozonwerte auch ohne neue Schornsteine erhöhen.

Methan verstärkt die Ozonbildung

Unter den flüchtigen organischen Verbindungen, also kohlenstoffhaltigen Gasen, die an der Ozonbildung beteiligt sind, fiel Methan besonders auf. Seine Verringerung kann die Luftqualität verbessern und zugleich die Erwärmung bremsen.

Bei Sonnenlicht reagiert Methan und löst chemische Prozesse aus, durch die NOx weiterhin Ozon bilden kann, statt es abzubauen.

Die Studie stellte fest, dass der Beitrag von Methan in vielen Regionen der USA zurückging, weil sinkende NOx-Werte diesem Reaktionsweg weniger Grundlage boten.

Dadurch sind Methanminderungen ein seltenes wirksames Instrument: Sie senken Ozon selbst dann, wenn lokale NOx-Massnahmen ihre Wirkung bereits entfaltet haben.

Gesundheitliche Folgen der Ozonbelastung

Ozon beeinträchtigt die Gesundheit unauffällig, indem es die Lungenschleimhaut entzündet und das Atmen erschwert – selbst wenn kein sichtbarer Smog vorhanden ist.

2021 aktualisierte die Weltgesundheitsorganisation ihre Ozonleitlinien und empfahl, die langfristige Belastung zu verringern.

In vielen Gemeinden wurde weiterhin so viel Ozon eingeatmet, dass die Werte über diesem Richtwert lagen, insbesondere im Frühling und Winter, wenn die Hintergrundkonzentrationen stiegen.

Diese Diskrepanz unterstreicht die Bedeutung internationaler Zusammenarbeit, da lokale Vorschriften nicht jede wesentliche Ozonquelle erreichen können.

Bessere Nachverfolgung von Ozon erforderlich

Jeder Plan zur Verringerung von Ozon muss es als gemeinsames Luftproblem behandeln, denn eine Verwaltungsgrenze hält keine Schadstofffahne auf.

Die Forschenden betonten, dass Länder verlässliche Schätzungen zum Ozonhandel benötigen, die auf frei zugänglichen Messungen und transparenten Modellen beruhen.

Solche Schätzungen können Minderungen von NOx, Schiffsabgasen und Methan dort lenken, wo die Verschmutzung heute andernorts die Ozonbelastung erhöht.

Ohne diese gemeinsame Arbeit wird die lokale Luftreinhaltung weiterhin an eine Grenze stossen, während Menschen nach wie vor importiertes Ozon einatmen.

Die Studie verknüpfte die gleichbleibende jährliche Ozonbelastung mit dem Ferntransport und zeigte, dass lokale Luftreinhaltevorschriften erfolgreich sein können, aber dennoch hinter den Erwartungen zurückbleiben.

Künftige Fortschritte werden von weltweiten Emissionsminderungen und einer besseren Nachverfolgung abhängen, damit Regierungen auf Grundlage von Zahlen statt Vermutungen verhandeln können.