Klima in Städten

Basis

Was ist Luftverschmutzung?

Luftverschmutzung besteht aus Gasen, Feststoffen und Aerosolen, die die natürliche Zusammensetzung der unbelasteten Atmosphäre verändern. Diese Stoffe können sich schädlich auf die Gesundheit, auf andere lebende Organismen, Boden und Wasser auswirken und Teile der Umwelt schädigen.

Saubere Luft besteht aus natürlich auftretenden chemischen Stoffen. Sauerstoff und Stickstoff machen etwa 99% der trockenen Luft aus. 1% besteht aus Argon sowie weiterhin aus Kohlendioxid, Helium und Spurengasen. Zudem enthält die Luft eine gewisse Menge an Wasserdampf, die stark schwanken kann. In trockener, kalter Luft kann sie bei 0,1% liegen, in den Tropen bis zu 4% erreichen. Saubere Luft enthält für gewöhnlich keine Konzentrationen an Chemiekalien, die sich schädlich auf lebende Organismen auswirken. Einige natürliche Komponenten der Luft wie z.B. Kohlendioxid werden in dem Moment zu einer Gefahr für das Gesamtsystem, wenn ihre Konzentration (die Stoffmenge oder Masse an Gas pro Volumen) sich zu stark erhöht. Mehr zur Zusammensetzung der Luft auch im Text "Untere Atmosphäre -> Basis -> Einheit 1 -> Komponenten".

Luftverschmutzung kann verschiedene Quellen haben. Hierzu gehören auch natürliche Quellen.  Natürliche Verschmutzung der Luft tritt z.B. durch Vulkane und Waldbrände auf. Fassen wir den Begriff Luftverschmutzung weiter, so können wir auch das Seesalz der Ozeane, Staub aus dem Weltraum, Pollen von Pflanzen, Gase aus Sümpfen oder anderen Ursprungs dazuzählen. Luft enthält auch von Natur aus belastende Stoffe. Solche Prozesse waren jedoch über Jahrtausende Teil unseres Klimas, an die sich die Atmosphäre ohne große Störungen angleichen konnte.
 

Vom Menschen verursachte Luftverschmutzung, die wir auch als anthropogene Luftverschmutzung bezeichnen, hat ihren Ursprung in einer Vielzahl menschlicher Aktivitäten in unserem alltäglichen Leben. Hierzu zählen die Abgase aus chemischen Prozessen, die z.B. Fabrikschornsteinen entweichen, Abgase von Personen- und Lastwagen, die Landwirtschaft, Kohle, Öl oder Gas verbrennende Kraftwerke, der Bergbau oder Müllkippen und Verbrennungsanlagen. Oft kann sich die Atmosphäre von dieser zusätzlichen Belastung nicht erholen. Es treten lokal oder regional hohe Schadstoffkonzentrationen auf.

Luftverschmutzungen können wir in zwei Grundtypen unterscheiden: Gase und Partikel.
 
Gase entstehen beispielsweise bei der Verbrennung fossiler Rohstoffe, wie Kohle, Öl oder Erdgas. 

Gasförmige Emissionen, die die Atmosphäre weltweit belasten, sind Kohlendioxid (CO₂), Methan (CH₄), halogenierte und teilhalognierte Kohlenwasserstoffe (FCKW und H-FCKW) sowie Distickstoff-Monoxid (N₂O), welches auch als Lachgas bekannt ist. Man bezeichnet sie als langlebige Treibhausgase, da sie für den Treibhauseffekt verantwortlich sind, sowohl den natürlichen (außer FCKW) als auch den zusätzlich vom Menschen ausgelösten. 

Regional und lokal, z.B. auf Stadtgebiete konzentriert, finden wir weitere verunreinigende Gase wie Stickoxide (NO, NO₂), Schwefeldioxid (SO₂), Kohlenmonoxid (CO), und sehr viele verschiedene Kohlenwasserstoffe, die oft auch als VOC (volatile organic compounds) bezeichnet werden, flüchtige organische Verbindungen. Diese Gase werden vor allem in Verbrennungsprozessen freigesetzt. Weltweit gesehen haben flüchtige Kohlenwasserstoffe ihre Hauptquelle allerdings in natürlichen Prozessen und werden in großen Mengen von den Wäldern abgegeben.

Treibhausgase oder andere regional auftretende gasförmige Emissionen sind Beispiele für primäre Verschmutzung. Das Wort 'primär' bedeutet hierbei, dass das Gas direkt von der Quelle und ohne Zwischenschritte in die Luft emittiert wird.

Regional emittierte Gase können in der Atmosphäre aber auch in chemische Reaktionen einbezogen werden. Oft geschieht dies unter dem Einfluss von Sonnenlicht, hohen Temperaturen und Luftfeuchte. Es entstehen  sekundäre Verschmutzungen. Ein Beispiel ist "photochemischer Smog". Photonen sind Lichtteilchen und 'photochemisch' bedeutet, dass die Schadstoffe unter Einwirkung von Reaktionen entstanden sind, die Lichtenergie benötigen. Bekannt ist den meisten von uns der Ozonsmog, den wir manchmal an heißen Tagen in den Städten und ihrem Umland erleben.
In den Texten zur Unteren Atmosphäre -> Basis -> Einheit 3 erfahren wir mehr über Ozonsmog.
 

Der andere Typ von Verschmutzungen neben den Gasen sind partikelförmige Materialien, die aus verschiedensten flüssigen oder festen Partikeln bestehen können. In der Luft schwebende Partikel nennen wir Aerosole. Wasser ist ein Sonderfall und wird, obwohl manchmal flüssig und in der Luft schwebend, nicht als Aerosol bezeichnet. Wir sprechen dann von Wassertröpfchen oder Tropfen. Für gewöhnlich sind Partikel für unsere Gesundheit umso schädlicher, je kleiner sie sind. Denn feine Partikel dringen tiefer in den Atemtrakt ein. Partikel können direkt in die Atmosphäre emittiert werden, z.B. aus dem Auspuff unseres Autos. Sie können aber auch durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre entstehen.
 

Im Winter wird insbesondere in den ärmeren Regionen der Welt in hohem Maße Holz verfeuert, um die Wohnung zu wärmen. Ist der Brennstoff nicht sauber und bleibt ungefiltert, so werden Partikel emittiert und es bildet sich ein brauner Dunst über der Region. Dabei ist Holz als nachwachsender Rohstoff für Heizungszwecke gar nicht so schlecht und vermeidet Treibhausgase. Die Technik muss nur ausgereift sein.

Größere Partikel setzen sich als Schmutz ab und können, wenn sie sich in großen Mengen auf den Blättern ablagern, das Wachstum der Pflanzen beeinträchtigen.

Blicken wir gut zweihundert Jahre zurück, so hatten Luftverunreinigungen meist  natürliche Quellen. Zum einen lebten weniger Menschen auf der Welt, zum anderen gab es noch keine industrielle Massenproduktion. Diese begann ab etwa 1850 und nutzte die Energie aus Kohle und Öl. Die Folge waren viele neue anthropogene (vom Menschen verursachte) Verschmutzungen. Luftverschmutzung ist in vielen Teilen der Welt eine der größten Umweltbelastungen. Wir müssen uns um Luftreinhaltung bemühen und Abgase kontrollieren.
In West- und Mitteleuropa waren diese Bemühungen zu großen Teilen erfolgreich und wir nehmen Luftverschmutzung weniger als Belastung wahr, als vor 100 Jahren. In weiten Teilen Asiens ist das Problem aber nach wie vor noch ausgeprägt und verändert sogar großräumig das Klima.

Die Abbildung unten fasst verschiedene Kriterien für eine Einteilung der Luftverschmutzung zusammen. Die hinterlegten Farben im Text entsprechen den Farben in der Abbildung.
 

7. Klassifikation der Luftverschmutzung.
Die Farben in der Abbildung entsprechen den hinterlegten Farben im Text, in dem die Kriterien der Einteilung erklärt sind.
Autoren: Anita Bokwa, Michael Seesing, Pawel Jezioro
 

Natürliche Luftverschmutzung können wir unterscheiden in:
- Anorganische Verschmutzung: Hierzu zählen Substanzen, die nicht vorwiegend auf Kohlenstoff basieren. Z.B. Mineralstaub wie er bei Sandstürmen auftritt, Gase aus Vulkanausbrüchen, Salzpartikel, die der Seewind herantreibt, Stickoxide wie sie bei Blitzen während des Gewitters erzeugt werden oder Staub, der aus dem Weltraum in die Atmosphäre eintritt
- Organische Verschmutzung: Organisch sind Kohlenstoffverbindungen. Solche lassen sich meist verbrennen. Hierzu gehören Rauch und Partikel aus Vegetationsfeuern (Wald- und Buschbrand), kleine Pflanzenpartikel (Pollen, Pilzsporen, Partikel aus zersetzten Blättern), auch lebende Organismen wie Bakterien und Pflanzenemissionsstoffe. Der Wald und andere Pflanzen geben viele flüchtige organische Gase ab, wie Isopren, Terpene oder aromatische Öle.

Anthropogene Luftverschmutzung könnten wir auch in organisch und anorganisch unterscheiden. Zusätzlich unterscheiden wir hier aber noch die Art der Emission:
- Kontrollierte Emissionen sind solche, die bestimmten Regeln und Prozessabläufen unterworfen sind. Sie erfolgen unter Aufsicht, oft von Fachleuten, und sind erwartet.
- Plötzliche Emissionen können durch verschiedenste Anlässe auftreten, beim Einreißen alter Häuser, in Bergwerken, bei Chemieunfällen und industriellen Katastrophen, bei Lecks in Fertigungsprozessen.

Berücksichtigen wir, wie sich Verschmutzungen in der Luft ändern, dann können wir unterscheiden in:
- Primäre Verschmutzungen, die aus direkt in die Atmosphäre entlassenen Schadstoffen bestehen
- Sekundären Verschmutzungen, die erst in der Luft zum Schadstoff werden, z.B. infolge ihrer Bildung oder Umwandlung in chemischen Reaktionen

Bislang haben wir nur über die Außenluft gesprochen. Wir müssen uns aber auch bewusst sein, dass wir einen erheblichen Teil unseres Lebens in Räumen verbringen. Raumluft kann ebenso verschmutzt sein wie Außenluft, häufig jedoch auf Grund anderer Ursachen. Solche Ursachen können offene Feuerstellen sein (vor allem in Entwicklungsländern), Herde, Heizungen, Chemikalien oder diverse Stäube. Man denke an die Ausdünstungen aus neuen Tapeten, an Holzbehandlungsmittel oder Lösemittel in Farben.

Anderes Leid fügen wir uns freiwillig zu: Zigarettenrauch ist eines der bekanntesten Beispiele. Luftverschmutzung in Innenräumen kann aber auch der Haushaltsreiniger, der Duftspender oder die Chemikalie von unserem liebsten Hobby (Kleber, Sägespäne, Feinstaub, ...) verursachen. Hohe Temperaturen und Luftfeuchte können den Effekt verstärken. Wir sollten daran denken, regelmäßig zu lüften.* Viele Menschen verbringen 90% ihrer Zeit in Innenräumen. Persönliche Gesundheitsrisiken gehen damit oft in höherem Maße von Verschmutzungen der Raumluft aus, als von der Außenluft.

Richtiges Lüften:
Im Sommer reißen wir gerne freiwillig Tür und Fenster auf, wenn es zu heiß wird. Aber im Winter? Wichtig ist es, die Luft auszutauschen, dabei aber möglichst wenig Energie zu verlieren. Wärme ist vor allem in unseren Hauswänden und Möbeln gespeichert. Wenn wir bei niedrigen Außentemperaturen lüften, dann sollten wir für 5-10 min Türen und Fenster weit aufmachen und Durchzug erzeugen, anschließend aber wieder schließen, damit nur die Luft ausgetauscht wird und das Haus nicht auskühlt.

Verwandte Seiten:

Mehr über die Zusammensetzung unserer Luft erfahren wir in:
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 1 - Komponenten
Eine Tabelle typischer Konzentrationen gibt es in:
Untere Atmosphäre - Mehr - Einheit 4 - Verteilung und Konzentration (2)

Hintergründe zum Ozonsmog:
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 3 - Ozonsmog

Den Ursprung von Partikeln in der Atmosphäre erklärt:
Wolken und Partikel - Basis - Einheit 2 - Woher kommen sie?

About this page:
 
Authors: Pawel Jezioro, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Liliana Skublicka, 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. Howard Bridgman - University of Newcastle - Newcastle / Australia - 2003-10-01
educational reviewing: Michael Seesing - University of Duisburg - Duisburg / Germany - 2003-07-16
Letzte Überarbeitung: 2007-09-04 Elmar Uherek - MPI für Chemie