Abschätzung der Gefährdung des Waldes durch Ozon

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1 Abschätzung der Gefährdung des Waldes durch Ozon Stefan Smidt Bundesforschungs- und Ausbildungszentrum für Wald, Naturgefahren und Landschaft Tagung Immissionsschutz des Waldes in Österreich, , Mariabrunn

2 Als Mozart 1785 seinen Figaro schrieb, wurde Ozon erstmals erwähnt

3 Schon Justus Liebig hatte 1853 einen Verdacht geneigt zu glauben, dass atmosphärisches Ozon spiele im Haushalt der Erde eine wichtige Rolle halte es für wünschenswert dass Beobachtungen über Veränderungen der Ozongehalte der Atmosphäre angestellt werden.

4 Mayer Lexikon 1890: scheint der höhere Ozongehalt der Luft im Wald oder im Gebirge für die Salubrität derselben mindestens von geringem Wert

5 good ozone und bad ozone Oxidationsmittel, für den Menschen: 20x so giftig wie Blausäure

6 Strahlungsabsorption UV C B A Infrarot Treibhausgase Ozon Sichtbarer Bereich nahes IR fernes IR (Wärme) CH 4, N 2 O O 3 CO 2 CO 2 Wasserdampf 0,1 0,4 0,8 2,5 10 µm

7 Die Ozonsäule ist nur 3mm dick Stratosphäre: ppb Tropopause Troposphäre: 35 ppb (85 % der Luftmasse)

8 Ozonquellen 37ppb Nichtmethan-VOC: 5ppb Biogene Vorläufer: 6 ppb Stratosphäre: 10 ppb Anthropogenes CH 4 und CO: 16 ppb Mittlere Breiten der Nordhemisphäre: ppb

9 Ozon-Tagesgang µg/m3 40 Ozon über dem Kronendach 5-20µg/m 3 0 Ozon unter dem Kronendach

10 Ozon vs. Seehöhe und Tageszeit

11 Hohe Konzentrationen und hohe Stoffwechselaktivität fallen zusammen toxischer Level Austrieb Blattenwicklung Ozon ppb 30 0

12 Globaler Ozon-Trend Konzentration hat sich zwischen 1955 und 1995 verdoppelt Hintergrundkonzentration nimmt um 0,5 2% p.a. zu

13 Ozon global

14 Ozon-Trend

15 Ozon nimmt um 0,4 µg/m 3 p.a. zu aber: Spitzenkonzentrationen nehmen ab! ppb 50 0 Jahresmittel (UBA); 24 österreichische Waldstationen (Zunahme auch global)

16 Ozon wird über die Stomata aufgenommen

17 Ozon dringt durch die Stomata in das Blattinnere ein Ozon und andere Schadgase

18 Ozon erzeugt weitere reaktive Sauerstoffspezies (ROS) in der Zelle 1 O 2 Singulett-Sauerstoff O * 2- H O 2 2 OH* HO * 2 Superoxidanionradikal Wasserstoffperoxid OH*-Radikal (Hydro-)peroxylradikal

19 Wirkung von Ozon / ROS (Molekularebene) zerstört C=C-Bindungen (Lipide) > Biomembrane Radikalische Kettenreaktionen > ROS Oxidiert SH von Proteinen / Enzymen > Hemmung der CO 2 -Fixierung bzw. der Photosynthese

20 Spaltung von Doppelbindungen R R C = C R R O-O-O C C R R O C C R R O - O R 2 C=O + H 2 O 2

21 Oxidation von SH-Gruppen CH 2 SH HOOC-CH NH 2 Cystein R-SO 3 H (Sulfonsäure) 2 R-SH + O 3 -SH kann das reaktive Zentrum von Enzymen sein R-S-S-R (Disulfid)

22 Zusammenwirken mit SO 2, NOx: Oft Synergismus mit Trockenheit: Verringerung der Wirkung

23 Ozon ruft mehr oder weniger spezifische Symptome auf molekularer Ebene und auf Organebene hervor

24 Sichtbare Ozonsymptome helle Punktierungen (Tabak, Fichte) dunkle Punktierung (Esche) Vergilbungen / Chlorosen chlorotische Verzwergung Die Symptomausbildung wird durch Licht gefördert

25 Ozonsymptome an Esche

26 Weissbuche

27 Pappel

28 Ozonsymptome an Strobe

29 Verwechslungsmöglichkeiten! Fichte

30 Milben Verwechslungsmöglichkeit mit Ozonsymptom!

31 Ozonsymptome an Tabak

32 Asclepias ein Newcomer unter den Wirkungsindikatoren Seidenpflanze

33 Spezifität der Ozonsymptome Unterschiede zu sauren Gasen Verwechslungsmöglichkeiten mit biotischen Schädigungen

34 Ozon und ROS können in der Zelle entgiftet werden

35 Orte der Entgiftung von ROS Asc, GSH, GSH-Reduktase GSH, SOD, Katalasen Asc, POD, PPO Asc, GSH, SOD, Carot., α-tocopherol

36 Gefährdung durch Ozon USA: Baumsterben durch Smog (Kalifornien, Osten; Primärursache); Ertragsverluste in der Landwirtschaft Europa: Vermutete Baumschäden seit Mitte 80er Jahre (synergistischer Faktor)

37 GSF-Kammern kontrollierte Bedingungen

38 Unsichtbare Schädigungen natürliche Bedingungen

39 Freilandbegasungen Freising

40 Wisconsin (FACE-Experiment)

41 AOT40 für Ozon (Summendosis) Zur Berechnung des AOT40 werden nur jene Dosen addiert, die aus den Überschreitungen der 40ppb errechnet wurden 40ppb 1h-Mittelwerte

42 AOT40-Überschreitungen Forschungszentrum Seibersdorf

43 O 3 -Impact: Aufnahme & Hemerobie

44 O 3 -Risiko: Aufnahme & Hemerobie

45 Fichte bei Klimawandel zusätzlich gefährdet

46 Ö Gesetze reichen nicht aus! Forstgesetz Nur für lokale Quellen Nur für Emissionsstoffe Kein Ozongrenzwert

47 Schutz in Österreich Ozongesetz (BGBl. 1992/210; 2003/34) enthält nur Zielwerte für 2010 Langfristige Ziele für 2020

48 Zielwerte Ozongesetz 2003 AOT40: 9 ppm.h (Mai-Juli) weniger streng als UN-ECE (1994) gemittelt über 5 Jahre

49 Problem: Beurteilungskriterien AOT, klassischer Grenzwert Beeinträchtigung der Physiologie Sichtbare Symptome Zuwachseinbuße Baumarten, Versuchsbedingungen

50 NOx-Emissionen nehmen in Österreich zu UBA 2005

51 Ziele gemäß NEC-Richtlinie und Göteborg-Protokoll (Tonnen; bis 2010) sowie Emissionen in Österreich Reduktionsbedarf bei NOx Göteborg- Protokoll NEC- Richtlinie Emissionen 2005 SO NOx NH NMVOC

52 Probleme und Hindernisse Umsetzung wiss. Erkenntnisse in Wirtschaftliche Interessen Physiologische Beeinträchtigungen als Kriterium für zuwenig Holzvorrat nimmt zu LS sind grenzüberschreitend

53 Wünsche an Gesetzgeber Optimierung der Lage der Mess-Stellen Messziele UBA-Bericht Verbindliche Ozongrenzwerte NOx-Emissionsreduktion Forschung: Synergismen, Klima, Ozon und Zuwachs

54 Zusammenfassung Ozon: Wichtigster pflanzenschädigender Luftschadstoff in Europa Zunehmender Trend in der Troposphäre Schädigt ab 30 ppb / 10 ppm.h Membranen und Chloroplasten besonders betroffen; Punktierungen an Blättern NOx in den Griff bekommen Gesetzlichen Schutz verbessern

55 Globaler Ozontrend

56 Ozon vs. Seehöhe 2000 m Seehöhe µg/m3

57 Exposition in Testkammern

58 Größte Ozon-Gefährdung in mittleren Höhen Flächen

59 Ahorn

60 Kiefer

61 H 2 O 2 -Entgiftungszyklus im Chloroplasten Ascorbat (red.) Glutathion (ox.) NADPH/H + Ascorbat-POD Dehydroascorbinsäurereduktase Glutathionreduktase Ascorbat (ox.) Glutathion (red.) NADP + H 2 O 2

62 Ozon ist nach Fluor das stärkste Oxidationsmittel und hoch toxisch