Klima in Städten

Basis

Ursachen menschgemachter Luftverschmutzung

Der Löwenanteil der vom Menschen verursachten Verschmutzung der Luft gelangt durch Verbrennungsprozesse in Kraftwerken, in der Industrie und durch den Verkehrssektor in die Atmosphäre. Vor allem in den hoch entwickelten Ländern ist der Verkehr ein Hauptproblem.

Quellen menschlicher Luftverschmutzung

Die Verbrennung ist einer der wichtigsten Prozesse in der Luftverschmutzung. Verbrennungsprozesse erfolgen in Kraftwerken, in der heimischen Heizung, in Maschinen und den Motoren unserer Fahr- und Flugzeuge. Luftverschmutzung hat ihren Ursprung natürlich auch in der Industrie und Landwirtschaft.

In den Anfängen der menschlichen Zivilisation fanden unsere Urahnen noch nicht viele Möglichkeiten, ihre Umwelt zu belasten. Der Rauch von Feuerstellen war eine der ersten vom Menschen verursachten Luftverschmutzungen. Die Bedeutung des Problems jedoch stieg. Schon im Jahr 1273 verbot König Edward die Nutzung von Kohle in London, da sie zu große Luftverschmutzung verursachte.

Bis heute nutzt etwa die Hälfte der Weltbevölkerung Biomasse als Brennstoff für den heimischen Herd, mit entsprechend unsauberen Emissionen. Die größeren Probleme aber schaffen Kraftwerke, Industrien, Verkehr und Konsumenten in den Industrieländern.
 

Im 20. Jahrhundert führte die rasche Entwicklung von Industrie und Dienstleistungen dazu, dass sich in den Städten und Industriegebieten in hoher Dichte Unternehmen und Fabriken ansiedelten. Begleitet wurde dies von einem starken Anstieg der Einwohner, die durch die Arbeitplätze angezogen wurden. Mit ihnen kamen Wohnsiedlungen und alsbald Autos. Der Straßenverkehr ist im Stadtgebiet von besonderer Bedeutung, da hier die Dichte des Verkehrsnetzes bei weitem höher ist als im Umland. In vielen hochentwickelten Ländern wurde der Verkehr zum wichtigsten Luftverschmutzer. Die genannten Faktoren verschlechtern natürlich die Lebensbedingungen in der Stadt selbst. Aber auch über die Stadt hinaus tragen die Emissionen zu globalen Problemen bei, vor allem zur Erderwärmung durch den Treibhauseffekt.

Emission und Immission

In den städtischen Gebieten gibt es viele Quellen für Schadstoffe. Wir bezeichnen solche Quellen als Emittent (lat. emittere: etwas ausstoßen) und die ausgestoßenen Schadstoffe als Emission. Nun kann aber auch die Emission eines Schadstoffes, der sich in der Luft befindet, an einem anderen Ort erfolgt sein und die verunreinigte Luft durch den Wind transportiert worden sein. Wenn wir also an einem bestimmten Ort die Schadstoffe in der Luft messen, dann messen wir eine Immission. Es handelt sich hierbei um die lokale Belastung der Luft, die auf uns einwirkt, der wir ausgesetzt sind. Sie stammt aus Quellen, die fern oder nah liegen können.
 

Einheiten

Wenn wir von Emissionen sprechen, dann geben wir sie in der Regel in großen Mengen an (z.B. in Tausend Tonnen pro Jahr) und unterscheiden sie in Quellen und Ursprungsgebiete, z.B. Stickoxide in Kärnten oder CO₂ aus Kraftwerken. Reden wir von Immissionen, so geben wir in der Regel Konzentrationen an [µg/m3] oder auch Mischungsverhältnisse [ppb]. Je nach Art der Substanz sprechen wir von globalen Konzentrationen, wie bei Kohlendioxid, oder Konzentrationen an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit (Schwefeldioxid in London im Dezember 1952). Globale Mischungsverhältnisse werden oft in ppm (parts per million = millionstel Teile) oder ppb (parts per billion = milliardstel Teile) angegeben.

Näheres zur Unterscheidung zwischen Konzentration und Mischungsverhältnis in -> Obere Atmosphäre -> Basis -> Einheit 1 -> Zusammensetzung

Anthropogene Emissionen

Wie im ersten Text dieser Einheit erklärt (Was ist Verschmutzung?), haben manche Emissionen einen weltweiten Einfluss auf das Klima. Andere hingegen haben nur einen lokalen Einfluss, da die chemischen Verbindungen in der Luft relativ schnell wieder abgebaut werden. Gebiete mit hoher Luftverschmutzung auf Grund menschlicher Aktivität sind die Ostküste der USA und Kanadas, Europa, der Süden und Südosten von Asien, sowie der Südosten von Australien. Die Emissionen von Schwefeldioxid (SO₂) und Stickoxiden (NO_x) werden auch in der Einheit über sauren Regen besprochen. Andere belastende Gase von großer Bedeutung für das Klimasystem sind Kohlendioxid (CO₂) und leichtflüchtige organische Verbindungen (VOC). CO₂ und einige VOC (z.B. Methan und Fluorchlorkohlenwasserstoffe FCKW) sind Treibhausgase. Die Tabelle zeigt Emissionen in verschiedenen Staaten. In Klammern angegeben sind die Emissionen pro Einwohner.
 

Die Emissionen an Schwefeloxiden haben sich in vielen Staaten durch gesetzliche Richtlinien und Filtertechniken reduziert. Bei den Stickoxiden hingegen besteht in allen Staaten ein ähnliches Problem, das vor allem durch den Straßenverkehr bedingt ist. Eine der Hauptquellen für Kohlendioxid ist die Erzeugung von Elektrizität. Es macht einen deutlichen Unterschied in den Emissionen, wenn diese vorwiegend auf fossilen Energieträgern basiert wie in Deutschland oder stärker auf Atomkraft wie in Frankreich.
 

Quelle: EUROSTAT, Werte der Gesamtemission an CO₂, Schwefeloxiden und Stickoxiden für das Jahr 2004; Für Feinstaub (PM₁₀) sind Jahresmittelwerte der städtischen Hintergrundstationen angegeben (EU Grenzwert: 40 µg/m³)

Emissionen mit globaler Auswirkung: Kohlendioxid (CO₂)

CO₂ Emissionen schädigen nicht unmittelbar die Gesundheit. Das Gas ist in Konzentrationen, wie sie in der Luft vorliegen, nicht giftig. Lediglich in Räumen, in denen zuviel CO₂ angesammelt ist und die normale Luft verdrängt hat, wie z.B. in Weinkellern, kann es durch Sauerstoffmangel gefährlich werden. Kohlendioxid aber führt zur Erderwärmung und ist auf Grund seines Treibhauseffektes eine der wichtigsten und langlebigsten Belastungen für unsere Luft. Wir besprechen die aktuelle Situation auf einer eigenen Seite: Das CO2 Problem
 

Vom Menschen verursachte Emissionen nach Sektor

Anthropogene Verschmutzungen können verschiedenste Quelle haben. Oft verursacht dieselbe Quelle auch verschiedene Schadstoffe. Bestimmte Schadstoffe können wir jedoch manchmal hauptsächlich einem Sektor zuordnen (Haushalte, Industrie, Verkehr, ...). Die Daten der UNECE (United Nations Economic Commission for Europe) zeigen, welche wirtschaftlichen Sektoren für unsere Emissionen an Kohlenmonoxid (CO), Stickoxiden (NO_x) und Schwefeloxiden (SO_x) in Europa im Jahr 2001 hauptsächlich verantwortlich waren. Die Emissionen sind in der SI Einheit Gigagramm Gg angegeben; 1 Gg = 1000 Tonnen.

Kohlenmonoxid (CO)

30 679 Gg CO wurden 2001 in Europa emittiert. Mit 60% hatte der Verkehr den Hauptanteil hieran, mit 36% folgt die Industrie. Andere menschliche Quellen sind für CO weniger von Bedeutung. Weltweit gesehen aber tragen Waldbrände erheblich zur CO Belastung bei, die in Europa eine weniger große Rolle spielen. Vergleiche hierzu: Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 2 - Feuer.

Stickoxide (NO_x = NO + NO₂)

Der Verkehr trägt am meisten zu den Stickoxid-Emissionen bei (etwa 63%), die sich im Jahr 2001 auf runde 10.000 Gg beliefen. Weitere 35% kamen von der Industrie. In allen drei hier gezeigten Grafiken sehen wir, dass Landwirtschaft und Müllentsorgung eine sehr geringe Rolle spielen. Anders wäre dies bei Gasen wie Methan oder Distickstoffmonoxid N₂O, die starke Quellen in biologischen Prozessen haben.

Schwefeloxide (SO_x)*

Anders als für CO und NO_x, liegt die Hauptquelle für Schwefeloxide SO_x in der Industrie. Sie trägt mit 93% zu den 5 949 Gg bei. Andere Sektoren sind kaum von Bedeutung. Die Oxide von Schwefel und Stickstoff haben eine besondere Bedeutung bei der Bildung des sauren Regens, die in Einheit 3 beschrieben ist.

Emissionen in Städten

Für jede Stadt können sich natürlich die dominierenden Verschmutzungen und die Aufteilung auf die Sektoren unterscheiden. Dies hängt davon ab, welche Industrien angesiedelt sind, wie hoch der Verkehrsfluss ist und welche Heizsysteme bevorzugt sind. Bei den Quellen unterschieden wir auch in kleine Emittenten (z.B. Heizsysteme in Haushalten), große Emittenten (z.B. Fabrikschornsteine) und mobile Emittenten (Autos, Busse, ...). Krakow ist eine mittelgroße europäische Stadt mit 800.000 Einwohnern und Schwerindustrie (Stahlwerk, Kraftwerk) sowie starkem Verkehr.
 

Industrie und Kraftwerke verursachen fast den gesamten Beitrag an Schwefeldioxid (SO₂) und so viel Kohlenmonoxid wie der Verkehr. Sie erzeugen hingegen deutlich weniger Stickoxide und Feinstaub. In  vielen Städten hingegen ist heute der Verkehr Hauptproduzent der Stickoxide (NO_x), da die Schwerindustrie aufgegeben, verlagert oder mit besseren Filtersystemen ausgerüstet wurde.

13. Emissionen an Kohlenmonoxid, Stickoxiden und Staub in Krakow (Polen) 2001.
Quelle: Umweltüberwachungsstelle Krakow

* In der Luftchemie ist es üblich, verschiedene Oxide eines Elementes, die in der Luft vorkommen, zusammenzufassen. Denn diese wandeln sich durch Oxidation oder Reduktion oft ineinander um. So fasst man bei den Stickoxiden NO und NO₂ als NO_x zusammen. Bei den Schwefeloxiden gibt man auch SO_x an. SO₂ und SO₃ sind hier die wichtigsten Oxide.

Verwandte Seiten:

Im Gegensatz zu Stickoxiden oder Schwefeldioxid, die direkt gesundheitsschädlich sind, wirkt Kohlendioxid durch den Treibhauseffekt schädigend. Mehr hierzu finden wir in:
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 2 - Treibhausgase

sowie über die Wirkung von CO2 im Besonderen in
Untere Atmosphäre - Mehr - Einheit 2 - CO2, CH4

About this page:

Authors: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland, modifications by Elmar Uherek - MPI Chemistry Mainz
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
3. Scientific reviewer: Prof. Wilhelm Kuttler - University of Essen / Germany - 2003-09-12
4. Scientific reviewer: Dr. Ulrich Reuter - Stuttgart / Germany - 2003-09-03
educational reviewing: Michael Seesing - University of Duisburg - Duisburg / Germany
Übersetzung 2004 und letzte Überarbeitung 2007-09-06: Elmar Uherek, MPI für Chemie - Mainz