Das Ozon
Neben schädlichen Wirkungen wie Reizungen hat Ozon auch positive Wirkungen als Schutzschicht vor der Sonne.
Ozon leichtet sich aus den griechischen „ozein“ ab welches soviel wie „riechen“ bedeutet. Das Ozon besteht aus 3 Sauerstoffatomen also O3.
Auf der einen Seite ist es ein starkes Oxidationsmittel und kann zu Reizungen der Atemwege bei Menschen und Tieren führen. Auf der anderen Seite hat es als Schutzschicht vor der ultravioletten Strahlung der Sonne eine lebenswichtige Funktion für alle Lebewesen auf dem Planeten.
Erstmals wurde 1839 von Christian Friedrich Schönbein nachgewiesen dass Sauerstoff als O2 und O3 vorkommen kann, also Sauerstoff und Ozongas. Abbaureaktionen durch Stickoxide wurden 1970 von Paul Josef Crutzen ermittelt.
Als Maßeinheit wurde die Dobson-Einheit eingeführt, also die Menge des Ozongaes pro Erdoberfläche in ppm die Stoffmenge in der Luft.
Das Ozonloch
In Bezug auf das Ozonloch über den Polen (Arktis und Antakrtis) fällt häufig das Wort FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe) diese werden durch die UV-Strahlung gespalten so das freie Chlorradikale entstehen welche Ozonmoleküle zersetzen können. Man geht hier davon aus dass sich die Schutzschicht bis 2050 wieder regenerieren wird und dann das Niveau von 1980 wieder erreicht haben wird. Um 1980 wurde der Abbau des Ozongases in der Stratosphäre durch menschliche Einflüsse wie das FCKW das erste Mal nachgewiesen.
Wie Ozon ensteht
Die Bildung von Ozon geschieht auf 3 Arten:
- Bei Gewittern ensteht in Folge der Blitzentladungen, Stromfluss zwischen den geladenen Wolken und dem Erdboden Ozon.
- In der Stratosphäre, also zwischen 15 und 50 km Höhe werden von der Sonnenstrahlung UV-C Sauerstoffmoleküle in 2 Atome gespalten zu denen ein drittes der oberen Luftschichten gelangt und so ein Ozonmolekül bestehend aus 3 Sauerstoffatomen entsteht.
- In der Troposphäre, den unteren Luftschichten zwischen 0 bis 15 km Höhe entsteht Ozon durch UV-Strahlung aus einer Reaktion zwischen Sauerstoff und Stickoxiden sowie organischen Kohlenstoffverbindungen. Man spricht hier auch von Sommersmog.
Die stärkste Konzentration von Ozon kommt in der Stratosphäre vor, wo es als Schutzschicht geben die UV-B-Strahlung der Sonne dient, welche zu Hautkrebs bei Menschen führen kann und deren Immunsystem schwächt.
Ozon in Flugzeugen
Ozon spielt als Schutzschicht gegen Sonnenstrahlung eine wichtige Rolle.
Es kann aus der Stratosphäre in den Innenraum von Flugzeugen durch die Frischluftzufuhr gelangen.
Dieses gilt vor allem für Flugzeuge auf Kurz- sowie Langstrecken. Auf Langstreckenflügen wird meist ein Ozonkoverter verwendet, der das Ozon abbaut. Gesundheitlich gilt die kurze Belastung für die Passagiere auf Kurzflügen das Gas als unbedenklich. Die Crew hingegen ist der Belastung täglich aus gesetzt.
In der Regel zerfällt Ozon nach einigen tagen zu bioatomarem Sauerstoff.
In hohen Konzentrationen reizt Ozon die Schleimhäute der Nase und kann als chlorähnlicher Geruch wahrgenommen werden.
Geringe Konzentrationen des Gases sind hingegen geruchsneutral. Ozon ist sehr reaktiv und somit schädlich für Organismen.Bei normalem Luftdruck und Zimmertemperatur ist es gasförmig.
Da Ozon desinfizierend wirkt wird es auch zur Desinfektion von Badewasser und Trinkwasser (Kläranlagen) genutzt und zur Luftreinigung genutzt.
Weitere Orte an denen Ozon im Alltag gebildet wird sind:
- In der professionellen Fahrzeugaufbereitung von Gebrauchtwagen wird Ozon verwendet um schlechte Gerüche von Zigarettenrauch etc. zu beseitigen.
- Moderne Waschmaschinen haben einen Ozongenerator zur Desinfektion von Wäsche.
- Sogenannte Raumluftionisatoren bilden ebenfalls das Ozongas um Gerüche zum eleminieren, bilden dafür aber beim Abbau von Nikotin und Zigarettenrauch weitere gesundheitsgefährdende Stoffe und sind somit gesundheitlich bedenklich.
- Bei Laserdruckern und Fotokopieren kann man den Geruch des Gases ebenfalls wahrnehmen. Dieses ensteht hier durch die Ionisation der Luft. Bei modernen Geräten werden Transferrollen die die Bildung des Gases verhindert.
Wann ist die Konzentration am höchsten?
Ozon kann auf 3 verschiedene Arten gebildet werden.
Die Ozonkonzentration ist an heißen Tagen besonders hoch. So steigt sie vormittags zum Nachmittag hin an. Gegen Abend bleiben sie konstant und werden dann wieder langsam abgebaut.
Entgegen der Erwartung ist die Ozonkonzentration in ländlichen Gebieten meist höher als in den Städten, dieses liegt darin begründet, dass die hohe Rate an Autoabgasen und die darin enthaltenden Stickoxide NO einer Ozonbildung entgegen wirken.
In den Monaten Mai bis September sind die Ozonkonzentrationen am höchsten. Durch längere Schönwetterphasen und Sonneneinstrahlung steigt hier meist die Konzentration an.
Darüber hinaus kommen Emissionen von Laub- und Nadelbäumen, Autoabgase, Stickoxide von Kraftwerken und flüchtige organische Verbindungen aus Lösungsmitteln und Lacken hinzu.
Menschen mit Asthmaproblemen und Herzleiden sollten die genauen Verläufe der Ozonwerte beobachten, bundesweit werden diese an 300 Messstationen ermittelt. Für sie gilt es hohe Konzentrationen zur Mittagszeit und frühen Nachmittag zu meiden. Dasselbe gilt auch für Kleinkinder und Säuglinge die ebenfalls sehr empfindlich reagieren, da ihr Atemvolumen gemessen an der gesamten Körpergröße groß ist.
Gesundheitliche Auswirkungen und Richtwerte
- Bis zu einem Ozongehalt von 110 µg/m^3 liegt keine Gesundheitsgefährdung vor. Ab einem Wert von 180 µg/m^3 können Menschen die empfindlich bezüglich Ozon reagieren, etwa 10 bis 15% der Bevölkerung Konzentrationsschwächen und Einschränkungen der Leistungsfähigkeit beobachten.
- Ab 200 µg/m^3 kommt es zu Symptomen wie Hustenreiz, Beeinträchtigung der Lungenfunktion, Asthmaanfällen, Reizungen der Schleimhäute, Tränenreiz und Kopfschmerzen meist im Bereich der Schläfen.
- Werte die einem Ein-Stunden-Wert von 360 µg/^3 überschreiten gefährden die Gesundheit massiv, hier werden Sicherheitswarnungen der Bevölkerung gegenüber ausgesprochen.
Gerade bei einer tiefen und häufigen Einatmung wie beim Sport gelangt das Gas tief in die Lungen und kann dort zu Schädigungen und Entzündungen führen. Eingeschränkte Lungenkapazitäten beim Lungenfunktionstest bilden sich im Normalfall nach 48 Stunden zurück, mögliche Entzündungsvorgängen können hingegen dauerhaft anhalten bzw. dauerhafte Schäden hinterlassen. Auch Allergien der Atemwege werden durch eine Sensibilisierung gefördert.
Die industrielle Gewinnung
Bei der industriellen Nutzung kann das Gas nur schlecht längere Zeit in Gasflaschen gelagert werden. Es wird daher meist vor Ort erzeugt durch:
- Stille elektrische Entladungen (Ozonisatoren)
- Durch eine Elektrolyse verdünnter Schwefelsäure
- Durch ulratviolette Strahlung auf Luftsauerstoff
- Eine chemische Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit Kaliumpermanganat