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Umweltatlas Berlin

03.06 Bodennahes Ozon (Ausgabe 1993)

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Datengrundlage

Vertikalverteilung

Ozon wird meist in ppm ("parts per million") oder ppb = 1/1.000 ppm gemessen. Ppm bedeutet, daß sich unter einer Million Teilchen Luft nur wenige Teilchen Ozon befinden. In Bodennähe wird statt dieses Mischungsverhältnisses auch oftmals die Ozonkonzentration in µg Ozon /m³ Luft angegeben. Als Faustformel für die Umrechnung vom Mischungsverhältnis in Konzentrationseinheiten unter den Druck- und Temperaturbedingungen in Bodennähe gilt für Ozon:

[µg/m³] = 2 x [ppb].

Schon vor Entdeckung des Abbaus der Ozonschicht in der Stratosphäre wurde die vertikale Verteilung von Ozon an vielen Orten auf der Welt mit Hilfe von Ballonaufstiegen gemessen. Diese auch heute noch routinemäßig angewandte Methode bedient sich einer meist naßchemisch arbeitenden Ozonsonde, die an einem mit Helium gefüllten Ballon bis in die Stratosphäre aufsteigt und auf ihrem Weg kontinuierlich die Ozonkonzentration aufzeichnet. In Deutschland werden solche täglichen Messungen in Hohenpeißenberg (Bayern) und in Berlin seit 1966 bzw. 1967 vorgenommen. Die Berliner Messung wurde 1973 eingestellt und kurz darauf im 50 km entfernten Lindenberg fortgesetzt (vgl. Furrer et al. 1992).

Informationen aus Höhen über 35 km wurden in der Vergangenheit mit Hilfe von Raketensonden gewonnen. In letzter Zeit hat man sich stärker die immer präziser werdenden spektralen Meßmethoden von Satelliten zu Nutze gemacht. Anhand der spektralen Eigenschaften des Ozons läßt sich aus der Wellenlängenverteilung des aus der Atmosphäre zurückgestrahlten Sonnenlichts der Ozongehalt verschiedener Höhenschichten der Atmosphäre bestimmen. Der Vorteil der Satellitenmessungen besteht in der Verfügbarkeit von großräumigen Bildern der Ozonverteilung, mit deren Hilfe die geographische Erstreckung des Ozonabbaus in der Antarktis (Ozonloch) erstmals deutlich wurde.

Mit Hilfe des spektralen Fingerabdrucks des Ozons kann seine Konzentration auch bei der Untersuchung der Rückstreuung künstlich ausgestrahlten Laser-Lichts gewonnen werden. Diese sogenannten LIDAR-Geräte können sowohl zur Messung vertikaler als auch horizontaler Ozonprofile benutzt werden.

Dicke der Ozonschicht

Zur Beurteilung der möglichen Auswirkungen der Veränderung des Ozongehalts auf die am Erdboden ankommende Sonnenstrahlung ist meist schon die Kenntnis des Gesamtozongehalts in der Atmosphäre ausreichend. Er wird in DOBSON-Einheiten gemessen. Sie entsprechen der in 1:100 mm angegebenen Dicke der reinen Ozonschicht, wenn man sie unter am Erdboden anzutreffenden Druck- und Temperaturverhältnissen bestimmen würde.

Das häufigste, schon in den 20er Jahren entwickelte Verfahren nutzt die oben beschriebene UV-Filterwirkung des Ozons, um seine Schichtdicke zu bestimmen. Es wird inzwischen an etwa 85 Meßstationen auf der ganzen Welt benutzt. Die Ergebnisse der vom Deutschen Wetterdienst betriebenen Station am Meteorologischen Observatorium Potsdam zeigt, daß das in der Atmosphäre vorhandene, auf Bodenluftdruck zusammengepreßte Ozon nur eine zwischen 2,5 und 4 mm dicke Schicht ergibt (vgl. Abb. 2). Die flächendeckende Messung des Gesamtozons erfolgte in den letzten Jahren weitgehend von Satelliten, deren Meßwerte mit Hilfe der o.g. Bodenmessungen geeicht werden.

Abbildung 2
Abb. 2: Dicke der Gesamtozonschicht, gemessen am meteorologischen Observatorium Potsdam (Feister 1994)

Bodennahes Ozon und andere Parameter

Schon 1840 wurden die ersten Messungen von bodennahem Ozon mit Hilfe des nach seinem Entdecker benannten Schönbein-Papiers durchgeführt. Das mit Kaliumjodit getränkte Papier färbt sich durch die von Ozon angeregte Bildung von Jod blau. Heute werden sehr viel genauere Meßgeräte benutzt. Sie machen sich die UV-Absorptionseigenschaft von Ozon zunutze. Eine weitere Methode basiert auf der Aussendung von Licht bei der Reaktion von Ozon mit Aethylen (Chemielumineszenz).

Verursacht durch das zunehmende öffentliche Interesse an den erhöhten Ozonkonzentrationen im Sommer wurde die Zahl der Ozonmeßstellen in den letzten Jahren erheblich vergrößert. In den USA wird schon seit den 70er Jahren insbesondere in Kalifornien aufgrund der dort gemessenen extrem hohen Konzentrationen ein dichtes Netz kontinuierlich arbeitender Meßstellen betrieben. In den letzten Jahren wurde auch in Deutschland eine quasi flächendeckende Registrierung erreicht. In Berlin wird Ozon seit 1984 an einer Station in Wedding und seit 1987 an mehreren Stationen des Berliner Luftgütemeßnetzes (BLUME) kontinuierlich gemessen. Der jetzt erreichte Endausbau des Meßnetzes umfaßt insgesamt zehn Stationen für Ozon, an denen auch andere Schadstoffe wie Schwefeldioxid und Stickoxide registriert werden (vgl. SenStadtUm 1992). Davon befinden sich fünf Meßstationen am Stadtrand und drei in innerstädtischen Wohngebieten. Je eine Meßstelle ist an der Stadtautobahn und in 324 m Höhe auf dem Funkturm in Frohnau eingerichtet. Gegenüber den in den Karten 03.06.3 und 03.06.6 verzeichneten Meßpunkten ist eine Station in Friedrichshagen am Müggelsee hinzugekommen, und die Meßstelle in Kreuzberg wurde nach Buch verlegt.

Die Meßstelle im Grunewald ermittelt abwechselnd jede halbe Stunde die Schadstoffkonzentrationen in etwa 3 m Höhe sowie in 24 m Höhe über dem Boden und 10 m über den Baumkronen. Bei Ozon ergibt sich in den meisten Fällen eine Abnahme der Konzentration zum Boden hin. Darin spiegelt sich der Ozonabbau an der Vegetation wider. Bei Wind aus östlichen Richtungen wird die Reaktion von Ozon mit den Autoabgasen, die von der vorbeiführenden AVUS stammen, erkennbar.

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