> ACCENT de > Nr 8 April 2006 Ozon & N2 Kreislauf > F: Hintergrund-Ozon & R-NO2
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Hintergrundozon und Ferntransport von StickoxidenStickoxide sind trotz verstärkter Maßnahmen zur Luftreinhaltung in den letzten Jahrzehnten immer noch ein Problem in unserer Umgebungsluft. Mit ihnen einher geht das Ozonproblem in Bodennähe. Eine Ursache sind Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid in den Ballungsräumen. Unabhängig von Spitzenkonzentrationen gibt es aber auch „Hintergrundwerte“ für Ozon, die derzeit steigen.
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1. Karte der mittleren Stickstoffdioxidbelastung der Luft. (Quelle: IUP Heidelberg, ESA, 2004)
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Um die Konzentration an Hintergrund Ozon richtig zu messen, ist es wichtig Luftmassen auszuwählen, die von lokalen oder regionalen Einflüssen weitgehend unberührt blieben. Dies kann z.B. erreicht werden, indem man erhöhte Konzentrationen von Indikatoren für Luftverschmutzung überwacht, wie z.B. Kohlenmonoxid oder indem man durch Computermodelle errechnet, aus welchen Regionen die Luftmassen stammen. Enthält die Luft jedoch Verschmutzungen oder nahm sie Ihren Weg über dicht besiedeltes Gebiet, so können die entsprechenden Ozonwerte nicht mehr als Hintergrund-Ozon eingestuft werden. Eine Messstation, an der Hintergrund-Ozonwerte gemessen werden, ist die von Mace Head an der Westküste Irlands (siehe ACCENT Magazin Nr. 2 – Forschung).
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Wie messen wir Hintergrund-Ozon?
Die Ozonkonzentrationen in Stadtnähe zeigen insbesondere an heißen Tagen im Sommer ein ausgeprägtes auf und ab, das von den Spitzenwerten der Stickoxide im Straßenverkehr abhängt. Wir bezeichnen dies als einen Tagesgang. |
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Es wurde zunehmend deutlicher, dass der Transport von Verschmutzungen rund um die Erde einen großen Einfluss auf die Hintergrundozon-Konzentration hat, sowohl in Europa als auch anderswo. Um den Transport von Ozon und der Substanzen zu untersuchen, aus denen Ozon gebildet wird, führte ein speziell ausgerüstetes britisches Forschungsflugzeug im Sommer 2004 einige Flüge über dem Atlantik aus. |
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Beim Ferntransport spielt eine langlebige Klasse von Stickstoffverbindungen eine Rolle, die für kurzzeitigen Ozonsmog kaum von Bedeutung ist: organische Stickoxide. Organische Substanzen in der Luft reagieren in mehreren Schritten unter anderem mit einfachen Stickoxiden wie NO2 zu organischen Stickoxiden wie Peroxyacetylnitrat (PAN), die bei den kalten Temperaturen in mittleren Höhen recht langlebig sind. |
Peroxyacetylnitrat z.B. überlebt bei 25°C etwa 2 Tage, bei –23°C aber etwa 150 Tage. In dieser Zeit kann es in höheren Luftschichten mit dem Wind um die halbe Welt transportiert werden und irgendwann bei seinem Zerfall das gebundene NO2 wieder abgeben. Abgase aus anderen Regionen der Welt wirken sich somit über den Ferntransport im Hintergrundozon aus.
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Während des ITOP Experimentes (Intercontinental Transport of Ozone and Precursors) wurden unter anderem CO, Ozon und Peroxiradikale gemessen. (HO2 + RO2). Ein Reihe an verschmutzten Luftmassen wurde durchflogen, in denen die Konzentrationen aller drei Substanzklassen höher war als außerhalb des verschmutzten Bereiches (siehe Abbildung unten). Die Messung von Peroxiradikalen sagt uns, dass die Luft photochemisch aktiv ist. Dies ist nur ein Beispiel für Transport über Kontinente hinweg, nicht nur von Ozon selbst sondern von Luftmassen, die Substanzen mit sich bringen, die das Hintergrundozon erhöhen. |
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Wenngleich die Maßnahmen zur Reduzierung der Ozon-Spitzenwerte erfolgreich waren, so sind die Hintergrundkonzentrationen des Ozons in Europe auch durch den Transport des Ozons selbst und seiner Vorläufersubstanzen bestimmt. Die Verschmutzungen, die auf der einen Seite der Welt freigesetzt werden, können die Luftqualität auf der anderen Seite der Welt beeinträchtigen. |
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Ozonkonzentrationen hängen von Stickoxidemissionen ab, wie der Graph auf der linken Seite zeigt. Aber wie wir sahen, nicht nur von den Emissionen in unserer unmittelbaren Nähe. Daher ist es wichtig zu wissen, wie sich die weltweiten Emissionen und das Hintergrundozon entwickeln. Um diese Frage zu beantworten koordinierte das ACCENT Forschungsnetzwerk eine gemeinsame Modellrechnungsstudie, in der 25 Computermodelle die Trends bis zum Jahr 2030 simulierten. |
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Die Ergebnisse reichen im weltweiten Mittel von einer Senkung um 5% bis zu einem Anstieg von 6% oder sogar 15%. Dies ist ein weiter Unsicherheitsbereich. Er wird jedoch verständlich, wenn wir bedenken, dass über die Unsicherheit der menschlichen Emissionen hinaus auch die Auswirkungen des Klimawandels für unsere Atmosphäre eine große Rolle spielen. Gehen wir davon aus, dass die mittlere Temperatur auf der Erde im Jahr 2030 um ca. 0,7°C höher liegen wird als 2000, so können sich Dynamik und Reaktionsgeschwindigkeiten in der Chemie der Atmosphäre ändern. Zum Beispiel Stickoxid Emissionen aus Blitzentladungen (die wichtigste natürliche Quelle) während tropischer oder subtropischer Gewitter sind schwer abzuschätzen, da sich die Konvektion, d.h. der Auftrieb warmer Luft, ändert. Auch die Pflanzen können in einer warmen Welt aktiver werden und mehr organische Verbindungen wie Isopren freisetzen, die wiederum den Haushalt organischer Stickoxide verändern. Die folgenden Karten zeigen Modellergebnisse. Jede Karte kann zum Vergrößern angeklickt werden! (60 – 80 K) |
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Aufgrund eines Anstiegs in den Stickoxid-Emissionen in anderen Regionen der Welt, die durch menschlichen Einfluss und die globale Erwärmung verursacht sind, kann auch Europa von einem Anstieg der Hintergrundkonzentration des Ozons betroffen sein. Diese würde in der Größenordnung von einigen Milliardstel Anteilen (ppb) liegen. Verglichen mit den Werten an Tagen mit Ozonsmog, an denen oft um die 100 ppb in Bodennähe erreicht werden, ist dies nicht viel. Der Anstieg des Hintergrundwertes jedoch ruft einen zusätzlichen und durchaus relevanten Treibhauseffekt hervor, da Ozon ein stärkeres Treibhausgas ist, als Kohlendioxid.
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