ozonloch situation 2007
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ozonloch situation 2007
Nachhaltige Entwicklung – Beiträge aus den Geo- und Biowissenschaften Schadstoffe in der Atmosphäre 1: Wirkungen und Grenzwerte (Nachhaltigkeit Schadstoff-bezogen) Gerhard Lammel Masaryk University, Research Centre for Environmental Chemistry & Ecotoxicology, Brno/CZ Zentrum für Marine & Atmosphärische Wissenschaften, Hamburg/D Welche Wirkungen sind von Schadstoffen in der Luft zu erwarten ? (indirekte, unbekannte...) Wie werden Grenz- oder Richtwerte abgeleitet ? (inkonsistent...) 1) a) b) c) Wirkungs-abgeleitete Grenz-/Richtwertsetzungen Säuren → Versauerung und Überdüngung Troposphärisches Ozon → Sommersmog Feinstaub → Mortalität 2) a) b) Gefährdungsbegriff, Vorsorgeprinzip Stratosphärisches Ozon → Schädigung von Gesundheit und Ökosystemen POPs → Schädigung von Gesundheit und Ökosystemen Jeweils: Wirkmechanismus, Management-Konzepte in der Umweltgesetzgebung, Perspektiven Schadstoffe und Nachhaltigkeit „Sustainable development is development that meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs... It gives overriding priority to the essential needs of the world‘s poor.“ (World Comm. Environ. & Dvpt., 1987) ökologisch: • Stabilitätskriterium für erneuerbare Ressourcen: Verbrauchsrate < Regenerationsrate • Stabilitätskriterium für nicht erneuerbare Ressourcen: Verbrauchsrate < Kompensationsrate • Belastungskriterium für Stoffeinträge: Emissionsfracht < Belastungsschwelle • Zeitmaß der Ökosysteme: Veränderungsrate Eingriffe < Anpassungsrate • Unsicherheitskriterium: Vermeiden von großräumigen und langfristigen Gefährdungen (WCED, 1987; Daly, 1991; EK, 1993) Management setzt (Öko-)Systemverständnis voraus: Belastungsgrenzen, Kritikalitäten, Response ggf. langfristig und reichweitig Wirkungsgestützte Stoffbewertung Emission Exprimierung Exposition (Abgas/-fall Umwelttransporte Leckage (räumliche und Umweltphysik Ausbringung) zeitliche Umweltchemie Verteilungsmuster von Stressoren) PEC Vulnerabilität (Widerstand, Resilienz) von Wirkungen PNEC Risikoabschätzung (Environmental risk assessment, ERA): Risikoquotient = Predicted environmental concentrations (PEC, extrapoliert) / Predicted no effect concentrations (PNEC, extrapoliert) z.B. im Chemikalienrecht (EU Techn. Guidance Document 2nd ed, http://ecb.jrc.it) Wirkungsgestützte Stoffbewertung: Säuren → Versauerung und Überdüngung Emission SO2 NH3 NOx Exposition Waldökosysteme Chemie-Transport- SäureModell einträge Exprimierung VersauerBaseninventar ung Emissionsquellen Säurevorläufer SO2 Säurebildung in der Atmosphäre: Schwefelsäure, Salpetersäure, Carbonsäuren 1a. SO2 + OH → HSO3 → SO3 → H2SO4*H2O (netto: SO2 + OH + O2 + 2 H2O → H2SO4*H2O + HO2) + NH3 + H2O →Nukleation→ (NH4)2SO4 1b. SO2 =Tropfen= HSO3- + H2O2, O3 → SO42- + 2 H+ 1c. CH3SCH3 → → → SO2 → → 2a. NO = NO2 + OH → HNO3 → trocken deponiert 2b. →Partikel oder Tropfen→ NO3- + H+ 3a. RH + OH → RCHO → → RCOOH→ tr.dep. 3b. →Partikel oder Tropfen→ NO3- + H+ NOy 3.8. NOy 5.8. k N (V ) = 1 c NOx ⋅ dc N (V ) dt : k N (V ) = (2.9 ± 0.8) ⋅10 −6 s −1 Distance n>0.1µm/ O3 NOx NO2/NOx N(V) N(V)/NOy from n>0.02µm Berlin (µg/m3) (%) (ppbv) (ppbv) (%) (%) (km / h) 21/ 0.7 11 21 18.1 62 0.62 1.6 37 / 2.5 12 24 21.8 66 0.64 1.4 66 / 5 14 37 7.2 71 0.64 4.1 108 / 10 31 44 2.2 71 0.49 9.7 Troposphärische Spurenstofftrends: pH Niederschlag (nach Koop) Troposphärische Spurenstofftrends: pH, SO2 Niederschlagsacidität und SO2Emissionen • Entdeckung Sauren Regens 1852 (Smith) • Entdeckung der Versauerung von Süßwasser, N 1920 • Wirkungen auf Fische, 1970 Säurebildung im Boden Deposition von N- und S-Säurebildnern und korrespondierende Säureproduktion in nicht N-gesättigten Böden Quellen für Ammoniak in Deutschland und Europa Konzept der kritischen Einträge für terr. Ökosysteme Bsp.: Säureeinträge:Wirkungen auf Böden Deposition – Critical loads = Exceedance ... nicht tolerabel, weil kritische Grenze erreicht! Schutz von Ökosystemen: Konzept der kritischen Einträge für terr. Ökosysteme • Kartierung kritischer Belastungswerte „...below which harmful effects in ecosystem structure and function do not occur according to present knowledge“ müssen die Emissionen zurückgefahren werden, damit die Rezeptoren • BisWie wohin (welche Frachten von Schadstoffen und Kombinationen davon) sind derSchädigungen Immissionen zu (Böden, Oberflächengewässer, nicht keine erwarten, ist die BelastbarkeitGrundwasserleiter) (Resilienz) des Ökosystems werden ? nichtgeschädigt überschritten (PNEC) ? Wieviel Schädigung ist hinnehmbar ? • + Schutz besonders vulnerabler Gebiete möglich (Standort-bezogen, zumeist z.B. 95% der Flächen) • + Dynamisch (Zeit → Nachhaltigkeit), jedoch zumeist auf Basis von Fließgleichgewichts-Annahme, damit Vernachlässigung langsamer Dynamiken im Boden • - Skalenprobleme bei Abgleich von Belastung (Depositionsmodell) und Vulnerabilität (Ökosystemkartierung) • - normative Schritte wenig transparent UNECE-Convention on Long-range Transboundary Air Pollution Anwendung in den Protokollen bzgl. H+, N, Schwermetalle (Nilsson & Grennfelt, 1988) Critical loads z.B. 0-75 mg H+/m²/a in Skandinavien 5-280 in USA, 0.3-2 g N/m²/a ICP=Intl.Coop.Progr. PC=Progr.Ctr. EG=ExpertGroup CCE=Coord.Ctr.f.Effects www.unece.org/env/lrtap/conv N-Deposition: Grad der Eutrophierung (CAFE, 2005) www.icpmapping.org, www.rivm.nl/cce → sog. Integrierte Bewertung (-smodelle, Integrated Assessment Modelling) Belastungen konkretisiert als Schwellenwertvorgaben mit Schutzumfangsangabe (z.B. 95% der Flächen) werden mit Vermeidungskosten (Emissionsminderungsszenarien) abgeglichen. (Alcamo et al., 1987; IIASA) Marine Ökosysteme: Ableitung kritischer Frachten steht aus Schiffe-Emissionsgrenzen (IMO): S-Gehalt Treibstoff: < 4.5 % (typisch 2.7 %!), < 1.5% in der Ostsee (seit 5/06; EU) SO2 NOx N-Deposition: Beiträge in die Ostsee 2003 (EMEP, 2005) Säurebildung Perspektive - Emissionen der Vorläufer NOx in Deutschland (t/a) alle Vorläufer in Europa (kt/a) (Prognose EU-Kommission) Zusammenfassung Säuren Ursachen Raum-/Zeitskala Managementstrategie Perspektiven, Trends Abgase regional/Jahre Toleranz sub-krit. Frachten („Critical loads”) (flächig) unvollständiger Schutz wird in Kauf genommen Weitere Verbesserung, nicht jedoch bzgl. NH3 Tropospheric and stratospheric trace substance trends: O3 Trends Europa 1870-1995 (WMO, 1998, after Logan & Megretskaia) Nördl. gem. Breiten global 1996 vs. 1970 Wirkungen erhöhten Ozons / Sommersmog Klima: ggü. 1850 +0.35±0.15 W m-2 Toxikologie: • Wirkungsrelevant sind bereits Konzentrationen ab 120-150µg/m³, insbesondere für Vorbelastete. Es gibt jedoch keine epidemiologischen Befunde. • Leistungseinbußen bei hohen Konzentrationen (ca. 400 µg/m³) signifikant. Ökotoxikologie: • Pflanzengift (vorwiegend stomatäre Aufnahme, Radikalbildner); empfindliche Feldfrüchte (Kartoffel, Weizen, Hafer, Roggen, Gerste) und Bäume (Lärche, Kiefer) • besonders schädlich sind Spitzenkonzentrationen (auch bei gleicher Dosis), synergistische Wirkung mit NO2 und SO2 Ozonbildung in synthetischer Atmosphäre NOx + HCx + Licht → teiloxygenierte HCx + O3 Ozonbildung in der Troposphäre RCH3 + OH → RCH2 + H2O RCH2 + O2 + M → RCH2O2 + M NO2 + hν (< 430 nm) → NO + O O + O2 + M→ O3 + M RCH2O2 + NO → RCH2O + NO2 RCH2O + O2 → RCHO + HO2 Summe: RCH3 + OH + 3 O2 → RCHO + H2O + HO2 + O3 NO2 und Licht katalysieren Troposphärisches Ozon: Schematische Zusammenhänge in der Photochemie dO3/dt OH High VOC Low VOC NOx (FZJ-ICG3, 1998) Troposphärisches Ozon: Bildung verzögert gegenüber Vorläuferemissionen Verteilung emissionsnah und -fern (Sächs. Landesamt, 1999) INTERCONTINENTAL ATTRIBUTION OF THE OZONE AT A RURAL UNITED KINGDOM LOCATION 60 50 Harwell, Oxfordshire 1998 O3 , ppb 40 Asia America 30 Europe Stratosphere 20 10 0 Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Derwent, 2004 Ursachen: Emissionsquellen der Ozonvorläufer Stickoxide, NOx, global 1990 (Tg N/a) Natürlich Gewitter 3.0 (2-6) Böden und Vegetation 3.2 (1.9-4.5) Landwirtschaft (*) Biomassenverbrennung Anthropogen 2.3 (1.4-3.2) 0.3 Nutzung fossiler Brenn- 3.3 (2.1-5.5) 21 (20-23) stoffe Summe 6.5 (4.2-11) 26.6 (23-32) (*) Tier- und Pflanzenproduktion, ohne Biomassenverbrennung Ursachen: Emissionsquellen der Ozonvorläufer Kohlenwasserstoffe, HCx D Global: Natürlich Anthropogen 1150 terrestrische Vegetation 2 marine Biosphäre 120 davon: 52 % Verkehr 7 % fossil, stationär 5 % chem., petrochem. Industrie 9 % Öl-, Gasproduktion 27 % Lösungsmittel (Ehhalt, 1986; Guenther, 1995) (UBA) Emissionsminderungspotenzial von Ozonvorläufern Kohlenwasserstoffe Treibstoffverbesserung Zusatz oxygenierter KW zum Treibstoff (optimal: 2.7% O) minimiert CO- u. HCxEmissionen USA: 6 Mt MTBE 15% tBu-O-CH3 (MTBE) in California EU 2005: 2.5 Mt MTBE, 2.0 Mt ETBE Ziel 2% biofuels; ETBE steuergefördert, weil zu 45% aus biol. Edukt, EtOH, synthetisiert: Isobuten + EtOH → tBu-O-Et Emissionsgrenzen Euro 4 (seit 1.1.05): Diesel: NOx 250, Otto: HCx / NOx (mg/km) = 100 / 80 Euro 5 (Vorschlag): Diesel: NOx = 200, Otto: HCx / NOx (mg/km) = 75 / 60 Global tropospheric ozone trend CLE = Current legisl., MFR = max. technol. feasible, IPCC-SRES A2 = pessimistic (Dentener et al., The global atmospheric environment for the next generation, ES&T 2006) Sommersmog Grenzwerte: Gesundheit EU-Ozonrichtlinie, 1992: • zur Überwachung, Informationsaustausch (Berichtspflichten bzgl. 1- 180, 8- 110 µg/m³) • zur Unterrichtung und Warnung der Bevölkerung (Gesetzlicher Warnwert: 180 µg/m³ im 1-h-Mittel, Auslösung Warnsystem wg. drohender Gefahr 360 µg/m³) 2005 [EU] fast so hoch wie 2003: Std.max. 300-360 in P,GR,F,R,E, 240-Warnschwelle 127mal überschritten, 110-8Std-Schranke sehr häufig EU-Luftqualitätsrichtlinie, 1996: • Verbesserung der Luftqualität: natl. Grenzwerte für Ozon mit Toleranzmargen bzgl. Überschreitung • Definition von Qualitätszielen In D Sofortmaßnahmen (Verkehrsbeschränkung) nach §40 BImschG bei > 240 µg/m3 an 3 benachbarten Orten und solcher Prognose für Folgetag Sommersmog Perspektive: Bsp. Critical levels für natürl.- und Agrarökosysteme Ernteverlust Weizen > 5%, wenn die 40 ppbv übersteigende akkumulierte Dosis > 3000 ppbv h; Ähnlich: SOMO35 [ppbv d] – 2000: 2030 CLE 2030 MFR (Dentener et al., 2006) Sommersmog - Zusammenfassung Ursachen Raum-/Zeitskala Managementstrate gie Perspektiven, Trends Säuren Abgase regional/Jahre Toleranz sub-krit. Frachten („Critical loads, -levels”) Treibhausgase Abgase, Leckagen global/JahrzehnteJahrhunderte “ungefährliche Konzentration” (FCCC) Weitere Verbesserung, nicht jedoch bzgl. NH3 Jahrhundertaufgabe Troposphärisches Ozon Leckagen, Abgase reg.-kont./Wochen zunehmend Aerosol = ? Feinstaub M.Ebert, S.Weinbruch et al., 2000 TU Darmstadt Quellen für Aerosole (global, TgE/a oder Tg/a) Vorläufer NOx NH3 SO2 DMS VOCs 41 54 (40-70) 88 (67-130) 25 (12-42) 236 (100-560) anthr. 31 43 79 0 109 natürlich 10 11 9 25 127 (nur Terpene) Primäre Carbonaceous (OC) Biomass burning Fossil fuel burning biogenic Black carbon (soot) Biomass burning Fossil fuel burning Industrial dust Sea salt Mineral dust 54 (45-80) 28 (10-30) 56 (0 – 90) 5.7 (5-9) 6.6 (6-8) 100 (40-130) 3340 (1000-6000) 2150 (1000-3000) (Penner et al., in IPCC, 2001) Quellen global - Leitstoff Ruß: Emissionen aus der Nutzung fossiler Brennstoffe (Novakov et al., 2003) Minderungen wg. c-g Feinstaub – gesundheitl. Wirkungen • Lungengängigkeit für < 10 µm (PM10), zumindest < 5 µm, Fresszellen (Makrophagen) reinigen etwa 1/3 (v.a. größere), Rest verbleibt im Alveolar-Epithel oder gelangt in Lymph- und Blutkreislauf • Enthalten zahlreiche organische und anorganische, darunter toxische Stoffe → akut Lungen- u. Herzfunktionsstörungen, chronisch erhöhte Risiken f. Herzinfarkt, Arteriosklerose, Beeinträchtigung des vegetativen Nervensystems • no-effect-Konzentration/Schwellenwert (noch) nicht angebbar • In belasteten Städten könnte Sterblichkeit sogar um bis zu 15% reduziert werden. (WHO, 5.10.06) • 2 Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr, EU 0.35. Red. auf 0.27 in 2020 unter CLE, 0.19 unter MFR. (CAFE 2005) Partikelfraktionen + -komponenten, die adverse Gesundheitseffekte auslösen können inhalable, respirable, fine • Partikelgröße ( PM2.5 > PM10, ultrafeine Partikel) • Oberflächeneigenschaften (Größe der Oberfläche, Ladung + Polarität, molekulare Struktur, etc.) • Übergangsmetalle (Fe, Zn, Ni, V, Co, Cu, etc.) • Organische Komponenten (redox cycling, Proteinmodifizierung) • Biogene Komponenten (Endotoxin, Pollen, Sporen, Bakterium, etc.) • Andere oxidativ wirkende Komponenten , welche? 0 100 200 00 0 300 2 400 Particle surface area (cm /g lung tissue) Oberdörster et al., HEI 2000 Epidemiologische Befunde: • Ein Reihe akuter Befunde, darunter oxidativer Stress wird klar und besonders durch die ultrafeinen Partikel und in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung hervorgerufen (Ratte und Mensch). Er wirkt stark gentoxisch. • Bislang gibt es nur 1-2 Studien, die PM mit chronischen Schäden (nämlich Lungenkrebs) deutlich assoziieren: Morbidität und Mortalität korrelieren am besten mit der Partikelfraktion PM2.5 und nicht mit dem Gesamtfeinstaubgehalt (PM10) oder Gesamtschwebstaub (TSP) Es gibt auffällige Assoziationen mit dem sog. Black Smoke, der mit Rußpartikeln oder rußhaltigen Partikeln identifiziert werden kann Vorläufige Schlussfolgerung: • Unlösliche Feinstpartikel, insbesondere Rußkerne sind gesundheitsschädigend • unklar, ob es die Partikelgroesse selbst ist (physikalische Wirkung) oder chemische Eigenschaften vorherrschender kleiner Partikel • Anzahl ist wichtiger als Masse identified organics Gent / winter identified organics Los Angeles 1% 20% 6% 5% 9% 12% 0% 23% 3% 6% 2% 53% 50% 0% 6% 4% n-alkanes fatty acis DCAs, oxoMCAs diterpenoic acids lignin pyrolysis products PAHs other aromatic polycarboxylic acids W Ru L.A Ge bid . 19 n ou 82 Ge t w x 1 nt int 982 L s u er 1 wi mm 99 n 8 L t er e r 1 s u 19 99 mm 98 8 er -200 19 0 98 -9 9 c (µg/m³) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 identified organics Gent / summer 9% 8% 0%4% 0% 35% 44% res id OC res unid OC el unres OC non-ex non-el OC EC (Schauer et al, 1996; Kubátova et al., 2001) PM mass concentration trend, Germany (UBA) Reconstruction of the aerosol mass concentration time course 1993-2002, monthly means: 1983-1992 TSP (SLUG, Sächsisches Landesamt), 1992-2002 PM10 (IfT, Inst. F. Troposphärenfo.) German unification (October 3th 1990) 180 TSP Oschatz TSP Leipzig (Beethovenstr.) TSP Chemnitz TSP Leipzig (Centre) TSP Chemnitz TSP Leipzig (Beethovenstr.) linearer Trend PM10 Melpitz [high volume] PM10 Leipzig [high volume] PM10 Melpitz [low volume] exponential trend y = -0.0548x + 73.207 r = 0.005 160 FRG 140 mass [µg/m³] 120 100 y=70e(-0.01x), r = 0.833 80 60 40 20 former GDR 0 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 Spindler et al., 2004 2003 Hauptbestandteile – Trends Wochenproben (R&P, Partisol 2000), PM10, PM2.5 ’95-‘02 bzw. ’99-’02 (PM1) Partikelmassenkonzentration [µg/m³] 60 50 PM10 PM2.5 PM1 since 1999 Linear (PM10) Linear (PM2.5) Linear (PM1 since 1999) 40 30 20 10 0 30.12.94 30.12.95 30.12.96 30.12.97 30.12.98 30.12.99 30.12.00 30.12.01 30.12.02 Spindler et al., 2004 Grenzwerte Europa: beruht auf Risikoabschaetzung der WHO (2000, Air Quality Guideline 2005) 50 µg/m³ (PM10 1-d-Mittel) soll maximal an 35 d/a überschritten werden (Karte: UBA) Chemical composition Aerosol concentrations, chemical composition in Europe Globally: Jaenicke: Aerosol physics and chemistry, Landolt-Börnstein, 1988 Europe: Putaud et al., EU-Report 2002 = van Dingenen et al., Atmos. Environ. 2004 EU proposed annual limit value, 2015 WHO recommended annual value Perspektiven Quellen für Aerosole in städtischen Gebieten: lokal + regional (John & Kuhlbusch, 2004) Quellen für Aerosole in sog. Reinluftgebieten: regional-interkontinental Clear day April 16, 2001: Asian dust! Glen Canyon, AZ/USA satellite data satellite data Jacob, Heald et al., Harvard Univ., 2004 Minderungspotenzial urban: schwierig Urbane Belastung stark mit Verkehr korreliert, ferner Haushaltsheizungen, aber deutlich ubiquitär, chemisch zu je ≈ 25% von PM10 (und ≈ 50% von PM2.5) NH4NO3 und OC-EC Erheblicher überregionaler Anteil: Zeitlicher Versatz der Bildung aus gasförmigen Vorläufern (Sekundäraerosole) entspricht 700-1500 km Entfernung und bedingt zeitliche Verschmierung, bedeutsame Quelle Landwirtschaft – auch diffus! Spitzenwerte aufgrund verschiedener Typen von Zusatzbelastungen; Meteorologie beeinflußt Konzentration stark, regionaler Anteil besonders im Winter erhöht Lokal 15-20% Städt. Hintergrund 15-20% Überregional 20-30% Bsp. Berlin (Lenschow et al., 2001) Repräsentative Messung sehr schwierig Exposition des Menschen schwer zu quantifizieren/klassifizieren: Innen-/Außenluft Verkehrsmittel (Privat-PKW, ÖPNV, Fußgänger) Quellen für Aerosole/Feinstaub in ländlichen Gebieten: Landwirtschaft - NH3 Keine NH3-Emissionen in O-D, PL, UA NH3-Emissionen Feinstaub-effektiv, - obwohl systematisch unterschätzt (Reimer, 2006) Feinstaub - Zusammenfassung Ursachen Raum-/Zeitskala Managementstrategie Perspektiven, Trends Säuren Abgase regional/Jahre Toleranz sub-krit. Frachten („Critical loads, levels”) Treibhausgase * Abgase, Leckagen global/JahrzehnteJahrhunderte Weitere Verbesserung, nicht jedoch bzgl. NH3 Jahrhundertaufgabe Troposphärisches Ozon Leckagen, Abgase reg.-kont./Wochen Feinstaub Abgase/Feststoffemission, Ausbringung lok.-regional/Tage Zunehmend Toleranz ‚zumutbaren Risikos‘ Partielle Verbesserungen, Verifikationsprobleme Risiken von Nanotechnologien ? • Um welche Wirkungen (Effekte) geht es? • Dosis-Wirkungs-Beziehung mit oder ohne Schwellenwert ? • Inwieweit variieren diese für Individuen und Flächen ? • Falls ohne: Ist Restrisiko akzeptabel ? Lowest observed (adverse) effect level Schwellendosis No observable (adverse) effect level „Where there are threats of serious or irreversible damage, lack of full scientific certainty shall not be used as a reason for postponing cost-effective measures to prevent environmental degradation“ (Rio-Deklaration, Prinzip 15) Expositionsgestützte Stoffbewertung Emission Exposition Umwelttransporte Umweltchemie (räumliche und zeitliche Verteilungsmuster) ? Vulnerabilität Exprimierung (Widerstand, Resilienz) Stoffbewertung Gefährdung Wirkungen unbekannt Vorsorge (precaution): ...nicht tolerabel weil zu unsicher !? Situation Schadenshöhe (S), Eintrittswahrscheinlichkeit (P) Examples of action Risiko (Risk) S, P bekannt Prevention: action taken to reduce known hazards e.g. eliminate exposure Unsicherheit (Uncertainty) S bekannt, P unbekannt Precautionary prevention: action taken to reduce exposure to potential hazards Unkenntnis (Ignorance) S, P unbekannt Precaution: action taken to (böse anticipate, identify and reduce Überraschunge the impact of surprises n Bsp. Ozonloch) EEA, ‚Late Lessons‘ 2002 Ozonloch über der Antarktis: Farman: (Dobson-Instrument) Halley Bay, 1985 Chubachi: Syowa, 1984 Solomon: PSC can activate Cl (1985) Molina: ClO recycling via ClOOCl Natl. Ozone Expedition, NOAA 1986 Ozonloch über der Arktis: Microwave Limb Sounder on NASA‘s Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) Data 1995 (Manney et al., 1996) Ausdünnung der Ozonschicht: mögliche Folgen für Umwelt und Gesundheit • potenziell gravierend aber 1986 noch nicht messbar, nicht einmal vorhersagbar (Ozonhypothese, Rowland & Molina 1974; Sachstandsanalyse ‚Atmospheric Ozone‘, 1985: -9% global [2050]; ‚Ozonloch‘ unerklärt) • Menschliche Gesundheit: Bei einer Verminderung des Ozons um 1 % nehmen die Hautkrebs-Erkrankungen um 1.5 - 2.5 % zu. • Ökosysteme: Destabilisierung. Z.B.Verminderte Nettoprimärproduktion des marinen Phytoplanktons während einer "Ozonloch"-Situation am Rande der Antarktis. • Regelungsfunktionen der Atmosphäre: Störung der Chemie der Troposphäre Protokolle der Wiener Konvention (1985) Zurückgeführte Cl-und BrKonzentrationen voraussichtlich um das Jahr 2050. FCKW-Emissionsminderungen: Perspektiven Trends total-Cl –0.6 %/a, absolut: 95% v. 1993 in 2000 total-Br + 3%/a relativ: 65% v. 1996 in 2000 (WMO, 2002) observation model predictions Tabazadeh & Cordero, 2004 Stratosphärisches Ozon - Zusammenfassung Ursachen Raum-/Zeitskala Managementstrate gie Perspektiven, Trends Säuren Abgase regional/Jahre Toleranz sub-krit. Frachten („Critical loads, -levels”) Treibhausgase * Abgase, Leckagen global/JahrzehnteJh.e Leckagen, Abgase reg.-kont./Wochen Weitere Verbesserung, nicht jedoch bzgl. NH3 Jahrhundertaufgab e Troposphärisches Ozon Feinstaub Abgase/Feststoffem ., Ausbringung lok.-regional/Tage Stratosphärisches Ozon Leckagen global/Jahrzehnte Zunehmend Inadäquat weil kein Schwellwert angebbar Verifikationsproble me Partielle Verbesserungen, Nanotechnologien ? Kuration/Vorsorge Kuration absehbar Was ist ein POP ? Persistent organic pollutant Environmental chemicals classification: POP ≈ PBT Persistent Bioaccumulative Toxic PTS Kriterien: B: > 5000, pKow > 4 P: langsamer Abbau in Boden und Wasser (zumeist t0.5= 2-6 Monate), und Atmosphäre (t0.5= 2 d, wg. Reichweite) Eisbohrkernarchiv NO-Spitsbergen (Hermanson et al. 2005) → diese Pestizide müßten in Europa verboten werden ! Wirkungen von POPs in Wildtieren Europas (Auswahl) Effect/disorder Location Species Associated contaminants Ref. Reproductive impairment Nordic countries European otter (Lutra lutra) PCBs [Leonards, 1997] Decreased fecundity, implantation failure Wadden Sea, NL Harbor seals PCBs and metabolites [Reijnerds, 1986 #11] Sterility Baltic Sea Ringed seals (Phoca hispida) PCBs [Helle, 1980] Skull lesions Baltic Sea, German, Wadden Sea Harbor seals (Phoca vitulina) PCBs, DDT/DDE [Mortensen, 1992; Stede, 1990] Lowered levels of vitamin A and thyroid hormones Netherlands, Wadden Sea Harbor seals (Phoca vitulina) PCBs [Brouwer, 1989] Skull-bone lesions (osteoporosis) Baltic Sea Gray seals (Halichoerus g.) PCBs, DDT/DDE [Bergman, 1992] Adrenocortical hyperplasia Baltic Sea PCBs [Olsson, 1994 #17; Bergman, 1985] Lowered immunocompetence Netherlands, Wadden Sea Ringed seals (Phoca hispida), Gray seals (Halichoerus g.) Harbor seals (Phoca vitulina) TCDD-like [De Swart, 1994; Ross, 1995] Immunosuppresion (?), unusual die-offs due to morbillivirus. Baltic and the North Sea, lake Baikal 1987, 1988 harbour seals PCBs, OCpesticides [Osterhaus and Vedder, 1988; Kennedy et al., 1988; Dietz, et al., 1989; Grachev et al., 1989] GEF: Regionally Based Assessment of Persistent Toxic Substances DDT Ausbringung 1980 Vorkommen von HCHs Zonaler Gradient im Ozean Erhöhte Werte im Nord-Pazifik (Iwata et al., 1993) Zonaler Gradient von α-HCH in der Bering- und Tschuktschensee (Jantunen & Bidleman, 1995) Trends von POPs in der Arktis – Umwelt und Gesundheit Bsp. α-Hexachlorcyclohexan β-Hexachlorcyclohexan in Blut von Müttern und Frauen im gebärfähigen Alter in Luft Bioakkumulation: Abnehmende Trends in Luft, Wasser und Sedimenten setzen sich in Organismen nicht fort: Arctic Monitoring & Assessment Programme 2003 Substance HCH PCB PCP PAHs Organic Mercury Compounds Organic Tin Compounds Organic Lead Compounds PBDE Phthalates Endosulphan Atrazine Chlordecone Octylphenols Nonylphenols Chlorinated Paraffins POP-Protokoll der Long-range Transboundary Air Pollution (LRTAP)-Konvention der UN-ECE • 16 Stoffe/Stoffgruppen (Aldrin, Chlordan, Chlordecon, DDT, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexabrombiphenyl, Hexachlorbenzol, Hexachlorcyclohexan, Mirex, PCB, Toxaphen, PAH, Dioxine/furane), weitere in Vorbereitung • derzeit 23 Ratifizierungen, in Kraft seit 23.10.03 Ecotox. Effects 1 2 1 2 2 2 1 no data 0 0 1 0 0 0 no data Human Effects 0 1 1 2 1 no data 2 no data 0 0 1 0 0 0 no data Qualitative Risikokategorien 0 = keine oder nicht gesichert 1 = Wirkungen 2 = erhebliche Wirkungen POP-Konvention der UN • 12 Stoffe/Stoffgruppen (Aldrin, Chlordan, DDT, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexachlorbenzol, Mirex, PCB, Toxaphen, Dioxine/furane), weitere in Vorbereitung • derzeit 134 Ratifizierungen, in Kraft seit 17.5.04 UNEP Assessment Report Bewertung von Umweltchemikalien Altstoffprüfung EU: (EEA, 1998) • 100000 Stoffe in Gebrauch (1982), davon 2500 high production volume chemicals (Europ. Chemicals Bureau) • 110 priorisiert aufgrund von Mengen und Risiken (Reg. 793/93), von 41 untersuchten wurden 34 als weiter untersuchungsbeduerftig (Datenbedarf) eingestuft, 7 Entwarnungen • Reformprogramm REACH ab 2007: Datenbedarf an Mengen gemessen; Stoffsicherheitsbericht erst ab 10 t/a notwendig POPs - Zusammenfassung Säuren Treibhausgase * Troposphärisches Ozon Ursachen Raum-/Zeitskala Abgase regional/Jahre Abgase, Leckagen global/JahrzehnteJh.e Leckagen, Abgase reg.-kont./Wochen Feinstaub Abgase/Feststoffem ., Ausbringung lok.-regional/Tage Stratosphärisches Ozon POPs Leckagen global/Jahrzehnte Leckagen, Abgase, Abfall, Ausbringung reg.-global /Jahrzehnte-? Managementstrate gie Toleranz sub-krit. Frachten („Critical loads, -levels”) Perspektiven, Trends Weitere Verbesserung, nicht jedoch bzgl. JahrhundertNH3 Konflikt: Handelsbarrieren aufgabe sind nur erlaubt, wenn wissenschaftlich hinreichend Zunehmend fundierte Beweise beigebracht werden (GATT, Art. 20) ./. Inadäquat weil kein Basel-Konvention zur Partielle Schwellwert angebbar Eindämmung der Verbesserungen, Gefährdungen Verifikationsdurch Abfälle Nanotechnologien ? probleme Kuration/Vorsorge (noch sehr lückenhaft) Kuration absehbar Noch nicht abschätzbar