Belastung steigt

Fracking führt in Utah zu hohem Winter-Ozon

(Bild: Steven Brown, NOAA ESRL)

Die Belastung mit bodennahem Ozon ist üblicherweise ein Sommerproblem. Im US-Bundesstaat Utah wurde 2013 allerdings auch an 49 Wintertagen der US-Grenzwert überschritten. Ein internationales Forscherteam hat nun das Rätsel der hohen Ozonbelastung im Winter geklärt: Eine wichtige Rolle spielt demnach die umstrittene Öl- und Gasfördermethode Fracking.

Bodennahes Ozon ist ein gut untersuchter Luftschadstoff, der üblicherweise bei starker Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen aus Stickoxiden und einer Vielzahl flüchtiger organischer Verbindungen (VOC, volatile organic compounds) in der Luft gebildet wird. Im Uintah Becken in Utah, wo großflächig Öl und Gas - unter anderem mithilfe von Fracking - gefördert wird, ist es in den vergangenen Jahren aber auch im Winter zu extrem hoher Ozonbelastung gekommen. "Eine überraschende Erscheinung", so einer der Hauptautoren der Studie, Peter Edwards, von der University of York (Großbritannien).

So wurde an einer Messstation in dem rund 50.000 Einwohner zählenden Gebiet in den Wintermonaten an 49 Tagen der Ozon-Grenzwert von 75 ppb (Teile pro Milliarde, Anm.) für den Acht-Stunden-Mittelwert überschritten, während dies etwa an einer Messstation nahe Los Angeles mit 18 Millionen Einwohnern im Sommer nur an 28 Tagen der Fall war, erklärt Martin Graus vom Institut für Meteorologie und Geophysik der Universität Innsbruck. Der Wissenschaftler hat an einem Projekt unter der Leitung der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), einer US-Regierungsabteilung mitgearbeitet.

Ozonvorläufer aus Lecks bei Bohrlöchern 
Die Wissenschafter stellten fest, dass die Emissionen von VOC in den Öl- und Gasfeldern prozessbedingt und aufgrund von Lecks sehr hoch sind. Dazu kommen Stickoxid-Emissionen von Lkw, Dieselaggregaten, Kompressoren, Förderpumpen, etc. Gepaart mit speziellen meteorologischen Bedingungen kann dies auch im Winter zu hohen Ozonbelastungen führen. So reichern sich die Ozon-Vorläuferstoffe an, wenn sich in dem Becken eine Inversionswetterlage ausbildet. "In diesem hochkonzentrierten Mix steht reichlich Material für die ozonbildenden photochemischen Reaktionen zur Verfügung", so Graus. Zudem fördere eine reflektierende Schneedecke die Lichtintensität für die Photochemie.

Aus den gewonnenen Daten haben die Wissenschafter ein atmosphärenchemisches Modell entwickelt, das mehr als 10.000 Reaktionen berücksichtigt. Damit konnten die gemessenen Ozon-Konzentrationen reproduziert werden. "Dadurch sind stichhaltige Schlüsse auf die involvierten Mechanismen möglich", sagte Graus. Es zeigte sich, dass die Ozon-Entstehung im Winter gänzlich von den Vorgängen im Sommer abweicht.

Im Winter Anstieg von Carbonylen
Während im Sommer bei feuchtwarmer Witterung und starker Sonneneinstrahlung sogenannte Hydroxyl-Radikale (bestehend aus einem Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom) die entscheidende Rolle bei den chemischen Prozessen der Ozonbildung spielen, sind es im Winter Carbonyle (bestehend aus einem Kohlenstoff- und einem Sauerstoffatom), die selbst bei Kälte, Trockenheit und flacher Sonneneinstrahlung die photochemischen Reaktionen so stark aufschaukeln, dass sich starke Ozonbelastungen ausbilden können.