Die Sonnenstrahlung ist von großer Bedeutung für die Ozon- und Stickoxidkonzentrationen in der Atmosphäre.

 

In der Stratosphäre in einer Höhe von 15 bis 35 km wird Ozon direkt von den energiereichen UV-Strahlen der Sonne durch Aufspaltung der Sauerstoffmoleküle gebildet und erreicht Konzentrationen bis zu 5000 ppb. Der so entstehende Ozonmantel, der nahezu homogen die Erde umgibt, hat in der Stratosphäre eine für uns lebenswichtige Aufgabe. Er vermindert den Anteil der auf die Erde auftreffenden kurzwelligen UV-Strahlen.

 

Ein zweiter wichtiger Gesichtspunkt ist die photochemische Produktion des Ozons in Bodennähe aus Kohlenwasserstoffen und Stickstoffoxiden.

 

Für die photochemische Produktion des Ozons (O3) in Bodennähe ist das Vorhandensein freier Sauerstoffatome notwendig. Das wichtigste Molekül, das durch Sonnenstrahlung photolysiert werden kann und Sauerstoffatome liefert, ist Stickstoffdioxid (NO2):

 

(1)      NO2 + Lichtenergie    >    NO + O

 

(2)      O2 + O    >    O3

 

Die Stickoxide (NO und NO2) stammen überwiegend aus anthropogenen Quellen, wobei hauptsächlich Stickstoffmonoxid emittiert wird; dieses wird dann in der Atmosphäre zu NO2 oxidiert. Hierbei spielt das Ozon eine wichtige Rolle:

 

(3)      NO + O3    >    NO2 + O2

 

Dort, wo Stickstoffmonoxid im Überfluss vorhanden ist, wird Ozon gemäß (3) schnell abgebaut. In Bereichen, die stark durch den Kraftfahrzeugverkehr belastet sind wie z. B. Straßenschluchten, ist deshalb in der Regel nur mit geringen Ozonkonzentrationen zu rechnen.

 

In Ballungsgebieten sind allerdings neben dem Ozon noch weitere Stoffe vorhanden, die eine Oxidation des NO zu NO2 bewirken. Hierzu gehören z. B. gasförmige organische Kohlenwasserstoffe. Diese NO2-Bildung ohne Verbrauch des Ozons nach Gleichung (3) hat eine Erhöhung der Ozonbelastung gemäß der Reaktionen (1) und (2) zur Folge. Die in der Außenluft ablaufenden Reaktionen mit den organischen Komponenten sind sehr komplex und modellmäßig nur unvollständig zu beschreiben, da sie zudem von den meteorologischen Randbedingungen (Außentemperatur, Strahlung, Feuchte u. a. ) abhängen.

 

Die realen Ozonbelastungen sind also sowohl ein Produkt von natürlichen als auch anthropogenen Prozessen. In der Regel treten hohe Ozonkonzentrationen im Zusammenhang mit bestimmten meteorologischen Verhältnissen wie z. B. starker Sonneneinstrahlung und erhöhten Außenlufttemperaturen auf. Daraus resultieren ausgeprägte Tages- und auch Jahresgänge. Konzentrationsspitzen können aber zu jeder Tageszeit auftreten, da Ozon auch über weite Entfernungen transportiert wird. Erhöhte Konzentrationen werden deshalb nicht nur in der Nähe großer Quellen für Ozon-Vorläuferstoffe, wie z. B. im Lee von Stadtgebieten, sondern auch in ländlichen Gebieten gemessen.