Ist Fliegen in der Thermik gesund?

Der Talwind transportiert schadstoffbeladene Luft aus den städtischen Gebieten des Alpenvorlandes in die Berge. Die Thermik übernimmt diese Fracht und hebt sie auf Gipfelhöhe hinauf. Ozonkonzentrationen über dem Grenzwert wurden dort schon gemessen.

Auch Bergwandernde sind von den Wirkungen des Ozons betroffen. Dies haben Untersuchungen über verschiedene Personengruppen und Tätigkeiten gezeigt, wie das Bundesamt für Umwelt, Wald und Landschaft BUWAL in einem Bericht über Sommersmog und Ozon schreibt (*1). Als Hauptbetroffene werden allerdings Schulkinder im Tessin genannt. Aus diesem Kanton werden gewöhnlich während den Sommermonaten die höchsten Ozonkonzentrationen gemeldet. Aber dass auch Sporttreibende in den Bergen – dazu gehören auch Hängegleiter – mit Verminderungen der Lungenfunktion und Einschränkungen der Leistungsfähigkeit rechnen müssen, überrascht, besteht doch die Ansicht, die Luft in den Bergen sei sauber und rein. Ein Blick auf die Daten des Nationalen Beobachtungsnetzes für Luftfremdstoffe NABEL (*2) zeigt, dass auch in höheren Lagen recht hohe Ozonkonzentrationen gemessen wurden. Zum Beispiel stieg das Stundenmittel letztes Jahr in Davos auf 1640 m Meereshöhe an 51 Tagen zum Teil weit über den Grenzwert von 120 mg/m³. Auch auf der Rigi-Seebodenalp auf 1030 m und in Chaumont auf einer Anhöhe im Jura auf 1140 m Meereshöhe stieg die Ozonbelastung während 130 bzw. 122 Tagen über den Grenzwert und maximal auf 210 bzw. 221 mg/m³. Das Jahr 2003 war diesbezüglich aussergewöhnlich, doch auch in früheren Jahren wurden schon ähnlich hohe Belastungen gemessen. Selbst auf dem Jungfraujoch auf 3580 m Höhe überstieg die Konzentration an 10 Tagen den Grenzwert.
Wie ist es möglich, dass in so weit abgelegenen Gebieten und in so grossen Höhen derart hohe Ozonkonzentrationen gemessen werden?

Ozon-Stickstoffdioxid-Kreislauf
Ozon ist ein Gas, das natürlicherweise in kleinen Mengen in unserer Atemluft vorkommt. Dabei binden sich drei Sauerstoffatome zu einem Ozonmolekül (O₃). Im normalen Sauerstoff binden sich nur zwei Atome zu einem Molekül (O₂). Unter Einwirkung des Sonnenlichts bildet sich Ozon in der bodennahen Troposphäre aus den Stickoxiden (NO_x) und den so genannten Vorläufersubstanzen, den flüchtigen organischen Verbindungen (VOC, auch Kohlenwasserstoffe genannt). Sonnenstrahlen spalten Stickstoffdioxid (NO₂) in Stickstoffmonoxid (NO) und ein einzelnes Sauerstoffatom (O) auf. Dieses verbindet sich mit Luftsauerstoff (O₂) zu Ozon (O₃). Umgekehrt reagiert Stickstoffmonoxid (NO) mit Ozon (O₃) und bildet wieder Stickstoffdioxid (NO₂) und Luftsauerstoff (O₂). Bei kräftiger Sonneneinstrahlung überwiegt die Ozonproduktion und führt zu den hohen Konzentrationen am Nachmittag. In der Nacht wird das Ozon wieder abgebaut. Netto würde kein Ozon produziert, würden nicht Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid (CO) diesen Kreislauf stören. Je mehr Kohlenwasserstoffe und NO_x in der Luft sind und je stärker die Sonne scheint, umso mehr Ozon wird gebildet. Erhöhte Lufttemperaturen begünstigen zudem die chemischen Reaktionen. VOC entstehen in Industrie, Gewerbe und Haushalten, während Stickoxide hauptsächlich aus dem motorisierten Verkehr stammen.

Abb. 1: Kreislauf O3 – NOx. .
Abb. 2: Querschnitte des Talwindes um 13.45h und 15.30h am 28. August 2001. Grüne und blaue Farben bedeuten Talwind, rote Farben markieren Wind in der Gegenrichtung. Sowohl die Höhe als auch die Stärke des Talwindes nahm zu. Darüber zeigt sich eine schwache Gegenströmung.
Abb. 3: Zeitliche Entwicklung des Aufwindes (gelb bis rot) und des Abwindes (blau) über dem Grat nordöstlich der Leventina am 28. August 2001, gemessen mit einem akustischen Radar.

Transmission
Lokale Winde blasen die Smogwolke aus den städtischen Agglomerationen in ländliche Gebiete. Mit dem Talwind gelangen die Schadstoffe in die Berge, wo thermische Aufwinde sie in grössere Höhenlagen transportieren. Wie viel Luft die Thermik in die Höhe transportiert und welche chemischen Reaktionen dabei ablaufen, untersuchte ein internationales Forscherteam unter Führung des Paul Scherrer Institutes (*3). Es führte Messungen in der Leventina südlich des Gotthards und im Misox auf der Südseite des San-Bernardino-Passes durch. Um herauszufinden, wie viel Luft und wie viel Schadstoffe das Tal hinauf-, resp. hinunterfliessen, flog ein Motorsegler an mehreren Stellen und zu verschiedenen Zeiten stufenweise den Talquerschnitt ab (siehe Abbildung 2). Mit weiteren Messungen mit Flugzeugen und vom Boden aus (siehe Abbildung 3) konnten die Forscher ein recht genaues Bild des thermischen Geschehens im Tal gewinnen. Aufgrund der gewonnenen Resultate schätzten sie den Schadstofftransport im gesamten Alpenraum ab: 50% der im Vorland produzierten Schadstoffe werden mit dem Talwind in die Berge und mit der Thermik über die Gipfel in die freie Atmosphäre transportiert. Das sind etwa 200 t NO_x pro Tag. Im Vergleich dazu pusten in der Schweiz allein Autos und LKW täglich etwa 130 t in die Luft.
Wenn die Schadstoffwolke von den städtischen Zentren weg in die Höhe geblasen wird, nimmt die Effizienz der Ozonproduktion noch zu. Bei sinkender Stickstoffmonoxid-(NO)-Konzentration und bei tieferen Temperaturen verlangsamt sich der Ozonabbau. Einmal in die Höhe transportiert, lagert sich auch kein Ozon mehr am Boden ab.

Auswirkungen des Ozons
Ab 120 µg/m³ Ozon spricht man von ungenügender Luftqualität. Schleimhautreizungen von Augen, Nase und Hals sind bei empfindlich reagierenden Personen wahrscheinlich. Auch nimmt die körperliche Leistungsfähigkeit geringfügig ab. Ab 180 mg/m³ spricht man von schlechter Luftqualität und ab 240 µg/m³ von sehr schlechter Luftqualität. Je schlechter die Luftqualität, umso wahrscheinlicher sind Reizungen der Schleimhäute. Auch wenn die Gesundheit nicht direkt gefährdet ist, so führen hohe Ozonkonzentrationen zu einer verminderten körperlichen Leistungsfähigkeit. Die Lungenfunktion nimmt bei Anstrengungen im Freien durchschnittlich um 15% ab. Sportliche Tätigkeiten sollten daher auf die Morgen- oder Abendstunden verschoben werden.

Reduktionsmassnahmen
Um die Ozonkonzentration zu senken, muss der Ausstoss von NOx und von Kohlenwasserstoffen gesenkt werden. Der motorisierte Verkehr ist weiterhin die Hauptquelle von NO_x. Weniger Auto fahren, langsamer fahren, ÖV benutzen wären mögliche Beiträge. Zum Beispiel führte die Temporeduktion von 120 auf 80, die im Sommer 2003 im Misox durchgeführt wurde, zu einer Reduktion der Ozonspitzen um 5 – 10 µg/m³ (*4). Bei flüchtigen Kohlenwasserstoffen handelt es sich um Lösungsmittel in Lacken, Klebstoffen, Kosmetika oder Reinigungsmitteln. Es sollten deshalb möglichst Produkte mit dem Hinweis «lösemittelfrei» oder solche auf Wasserbasis verwendet werden.
Unserer eigenen Gesundheit zuliebe sollten wir also möglichst nicht mit dem Auto fliegen gehen. In der Thermik, in der wir in die Höhe kreisen, atmen wir nämlich genau die Abgase ein, die wir auf der Anreise produziert haben.

Martin Gassner

*1 BUWAL, Abteilung für Luftreinhaltung und NIS, Sektion Grundlagen, Sommersmog und Ozon, http://www.ozonok.ch/vorlage/Ozon.pdf
*2 http://www.umwelt-schweiz.ch/buwal/de/fachgebiete/fg_luft/luftbelastung/nabel/
*3 Atmospheric Chemistry and Physics, 4, 497-509, 2004, Quantification of topographic venting of boundary layer air to the free troposphere, www.atmos-chem-phys.org/acp/4/497/, SRef-ID: 1680-7324/acp/2004-4-497
*4 Amt für Natur und Umwelt, Ozon-Tempo 80 – Sommer 2003 http://www.umwelt-gr.ch/dienste/pdf-daten/archiv/tempo80.pdf

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