Klima in Städten

Basis

Negative Auswirkungen
der Luftverschmutzung   

Luftverschmutzung hat sowohl lokale als auch globale Auswirkungen. Schädliche Substanzen, die in die Atmosphäre emittiert werden, überqueren Ländergrenzen mit dem Wind. Internationale Zusammenarbeit ist daher für die Verbesserung der Luftqualität notwendig.
 

Die bekanntesten Beispiele für die globalen Auswirkungen durch konstante Luftbelastung sind der Treibhauseffekt und das Ozonloch. Die am besten bekannten lokalen Auswirkungen sind Smog und saurer Regen. Smog betrifft vor allem die Bewohner der Städte, hohe Ozonwerte (Sommersmog) auch das Umland der Städte. Luftverschmutzungen sind oft eine Belastung für unsere Gesundheit und richten wirtschaftlichen Schaden an.
 

Betrachten wir das Geschehen in der Stadt genauer. Emissionen aus verschiedenen Quellen führen zu erhöhten Konzentrationen der folgenden Gase und Chemikalien in der Stadtluft: Schwefel- und Stickstoff-Oxide sowie Kohlenwasserstoffe (vor allem aus Raffinerien und Verkehr), Kohlenmonoxid und Schwermetalle (aus Verkehr und Industrie), Staub und Ruß. Der Anteil dieser Verunreinigungen an der Gesamtbelastung schwankt. So spielen Schwefelverbindungen in den höher entwickelten Ländern eine geringere Rolle. Die Konzentration der Luftverunreinigungen, welche der Imission entspricht, entscheidet über die Luftqualität.

Smog

In vielen Städten überschreitet die Luftverschmutzung immer wieder die erlaubten Richtkonzentrationen und ein so genannter Smogalarm wird ausgerufen. Das Wort Smog hat seinen Ursprung in den englischen Begriffen smoke (= Rauch) und fog (= Nebel). Der Begriff wurde um 1911 von dem Physiker Harold des Voeux gesprägt. Wir unterscheiden in zwei Hauptarten von Smog: den London-Smog und den Los Angeles-Smog.

London-Smog
Der typische Smog der Industrialisierung wird vor allem durch Abgase der Kohleverbrennung, Schwefeldioxid (SO₂) und Staub erzeugt. Zusammen mit Nebel entstehen in der Luft Tröpfchen von Schwefelsäure (H₂SO₄). Im Jahr 1952 überschritt die Konzentration an SO₂ in London während einer Smog-Periode die Konzentration von 3.5 mg pro 1 m³ Luft (oder 3500 µg pro 1 m³). Die Konsequenz war ein drastischer Anstieg der Sterblichkeitsrate (Einheiten: 1 g = 1000 mg = 1000000 µg).
London-Smog wurde zuerst um 1850 beobachtet. Heute ist diese Art von Smog in Europa zur Seltenheit geworden. So fand man im Jahr 2001 eine mittlere jährliche SO₂ Konzentration von 3 µg/m³  in Barcelona (Spanien), 4 µg/m³  in München (Deutschland), 7 µg/m³  in London (Großbritannien, Wert von 1999) und 13 µg/m³  in Warsaw (Polen). Immer noch kann es an einzelnen Tagen zu höheren Belastungen kommen, die jedoch nicht mehr mit den Werten von London 1952 vergleichbar sind. Die höchsten stündlichen Werte betrugen 2001 211 µg/m³ in Warsaw, 106 µg/m³ in London (1999), 70 µg/m³ in Barcelona und 17 µg/m³ in München.

- Los Angeles Smog (photochemischer Smog)
Im Grunde ist die Bezeichnung Smog für diese Art der Luftverschmutzung nicht ganz korrekt, da die Bildung nicht durch Rauch und Nebel (smoke + fog) erfolgt. Vielmehr ist die Wahrscheinlichkeit für photochemischen Smog hoch an sonnigen, heißen Tagen mit starkem Verkehr. Stickoxide aus den Abgasen und Kohlenwasserstoffe aus menschlichen und natürlichen Quellen reagieren in der Luft unter dem Einfluss von Sonnenlicht und bilden eine ungesunde Mischung aus Gasen und Aerosolen. Photochemischer Smog führt u.a. zu hohen Ozonwerten (troposphärisches Ozon), enthält aber auch Formaldehyd, Ketone und PAN (Peroxiacetylnitrat). Ozon erreicht in der Stratosphäre (Ozonschicht) Mischungsverhältnisse von bis zu 12 ppm. An der Erdobefläche jedoch sind es für gewöhnlich kaum mehr als 0,04 ppm. Da Ozon und die anderen Chemikalien die Augen reizen und nicht gesund für die Atemwege sind, sind höhere Werte auch nicht erwünscht. Während photochemischer Smog-Perioden treten jedoch hohe Ozonwerte auf (Ozon-Smog). Mehr und mehr trat der Los Angeles Smog in den letzten Jahrzehnten an die Stelle des London-Smog.

Staub und Ruß

Eine weitere Last in den Städten sind Staub und Ruß. Für das Jahr 1999 wurde eine Konzentration an Partikeln von weniger als 10 Mikrometer Größe (sog. PM 10 Fraktion) gemessen von 21,8 µg/m³ in London, 29,5 in Budapest, 43,3 in Rom, 44,4 in Sevilla und 45,4 in Krakow. Zum Vergleich hierzu: In den 70er und 80er Jahren des vergangenen Jahrhunderts betrug die Konzentration in Krakow im Jahresmittel mehr als 100 µg/m³ und überschritt im Winter sogar 200 µg/m³. Der Rückgang in der Belastung ist in Krakow auf sinkende Produktion bzw. Modernisierung in einem Stahlwerk und einem Kraftwerk zurückzuführen.

Grenzwerte

Für jede Verunreinigung in der Luft hat man sich auf Grenzwerte geeinigt, die zur Vermeidung von Gesundheitsproblemen nicht überschritten werden sollten. Für die Staaten der Europäischen Union lassen sich solche Grenzwerte in den Richtlinien nachlesen, die vom Europäischen Rat beschlossen wurden. Informationen finden sich in Council Directive 96/62/EC vom 27. September 1996. Detailregulierungen stehen in drei weiteren Council Directives: 1. 1999/30/EC vom 22. April 1999; 2. 2000/69/EC vom 16. November 2000 und 3. 2002/3/EC vom 12. Februar 2002.

Für Stickstoff-Dioxid (NO₂), Schwefeldioxid (SO₂), Blei (Pb) und Partikel mit weniger als 10 µm Durchmesser (PM10)  werden die Grenzwerte als Jahresmittel angegeben. Dies bedeutet, dass die Konzentration an bestimmten Tagen den Grenzwert überschreiten darf, wenn sie an anderen deutlich niedriger ist. Die Grenzwerte für Schwefeldioxid und Blei sind deutlich niedriger, als die für NO₂ und PM10, da die Stoffe schon in kleinen Mengen eine stark gesundheitsschädigende Wirkung haben.

Für Ozon (O₃) und Kohlenmonoxid (CO) werden als Grenzwerte 8-Stunden-Mittelwerte definiert. Die Gase sind für Menschen schon in kleinen Mengen und bei kurzer Expositionszeit (die Zeit, die man dem Gas ausgesetzt ist) giftig oder gesundheitsschädigend. Wie wir sehen, sind die erlaubten Mischungsverhältnisse für Ozon niedriger, als für CO. Ozon in den bodennahen Luftschichten stellt eine Gesundheitsgefahr dar, während es in der Ozonschicht in 20-40 km Höhe für unser Leben notwendig ist.

Alarmstufen

Für NO₂, SO₂ und O₃ gibt es zusätzlich zu den Grenzwerten auch kritische Werte, bei deren Überschreitung eine Warnung an die Bevölkerung herausgegeben werden muss (z.B. Ozon-Alarm). Hierbei handelt es sich um 1-Stunden Mittelwerte. Werden sie überschritten, so müssen die zuständigen Behörden die Bürger informieren und Maßnahmen zur Reduzierung der Schadstoffe in der Luft ergreifen. Dies kann z.B. das Verhängen von Fahrverboten sein oder die Anordnung, bestimmte industrielle Prozesse vorübergehend einzustellen.

Verwandte Seiten:

Werden in den Städten Treibhausgase wie CO2 oder die Ozonschicht abbauende Chemikalien (z.B. FCKW) freigesetzt, so sind die Auswirkungen global. Weitere Informationen hierzu in:
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 2 - Treibhauseffekt und Licht
Obere Atmosphäre - Basis - Einheit 2 - Ozonloch und FCKW

Mehr zum sauren Regen in:
Klima in Städten - Basis - Einheit 3

Weite Informationen zum Ozonsmog finden wir in:
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 3 - Ozonsmog
 

About this page:

Authors: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Grzegorz Wawrejko
1. Scientific reviewer: Prof. Barbara Obrebska-Starkel - Jagiellonian University - Cracow / Poland - 2003-06-20
2. Scientific reviewer: Dr. Marek Nowosad - Maria Curie-Sklodowska University - Lublin / Poland - 2003-06-16
educational reviewing: Michael Seesing - University of Duisburg - Duisburg / Germany
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-06:  Elmar Uherek - MPI für Chemie, Mainz