Klima in Städten

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Das Bioklima der Stadt

Die Bioklimatologie ist ein Zweig der Wissenschaft, der sich mit den Auswirkungen von Wetter und Klima auf die lebendige Welt einschließlich des Menschen beschäftigt. Das Stadtklima kann sich negativ auf den menschlichen Organismus auswirken. Wir sind einer Fülle von chemischen, physikalischen und akustischen Reizen ausgesetzt, z.B. der Luftverschmutzung, der ungewöhnlich hohen Wärme in der Stadt oder dem Geräuschpegel.

Das Stadtklima betrifft unseren Organismus vor allem durch die Einflüsse der Luftverschmutzung und durch Lärm. Die städtischen Wärmeinseln können zudem unser Wohlbefinden durch eine Art Temperaturstress beeinträchtigen. Schlechte Luftqualität beeinflusst die menschliche Gesundheit unmittelbar. Der Verkehr trägt zu vielleicht 20% zur Luftverunreinigung bei. Er wirkt sich aber besonders stark aus, da wir die Abgase unmittelbar in den Straßen einatmen, in denen sie freigesetzt werden. Im Folgenden geben wir einige Beispiele für Substanzen, die typischerweise die städtische Luft verunreinigen.

Schwefeldioxid (SO₂) in der städtischen Luft löst vorwiegend Krankheiten im Atemtrakt aus und erhöht das Risiko für Lungenkrebs. Hauptquelle ist die Verbrennung fossiler Brennstoffe, vor allem von Kohle in Kraftwerken ohne hinreichende Filterverfahren.

Stickoxide (NO_x) senken den Blutdruck und stören den Blutkreislauf. Sie beeinträchtigen die Effektivität der Lungen beim Atmen und reizen die Augen. Hauptquelle ist auch hier die Verbrennung fossiler Brennstoffe, vor allem im Straßenverkehr, aber auch in der chemischen Industrie.

Das Einatmen von Kohlenmonoxid (CO) erhöht das Risiko von Herzinfarkten, Herzkranzkrankheiten und Störungen in der Blutzirkulation. Kohlenmonoxid ersetzt sehr effektiv den Sauerstoff im Blut. Hohe bis sehr hohe Dosen können das Nervensystem und das Gehirn schädigen und sogar unmittelbar zum Tode führen. Auch CO entsteht bei der Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Erdgas.

Cadmium (Cd) sammelt sich in Leber, Nieren und Knochen an. Es kann Lungenkrebs und Osteoporose verursachen. Osteoporose ist eine Skeletterkrankung, bei der die Architektur des Knochengewebes zerstört wird. Cadmium begünstigt weiterhin Bluthochdruck. Die Hauptquellen von Cadmium sind die metallverarbeitende und chemische Industrie sowie die Kohleverbrennung. Cadmium ist ein seltenes Element in städtischer Luft, kann aber schon in kleinen Mengen sehr schädlich wirken.

Ein weiteres Schwermetall ist Blei (Pb). Es sammelt sich in den Knochen an und wirkt sich auch auf Nieren und Nervensystem aus. So kann es z.B. zu psychischen Krankheiten führen. Es ist giftig für die Leber und schwächt die Augen. Die Hauptquellen für Blei in der Stadtluft ist die metallurgische Industrie und die Kohleverbrennung.

Fluor (F) wird vom menschlichen Körper benötigt (z.B. in Knochen oder Zähnen), allerdings nur in kleinen Mengen. Zu hohe Dosen zerstören die Knochen, Nieren und Lungen. Sie können Lungenkrebs auslösen. Die Hauptquelle für Fluor ist die metallverarbeitende Industrie, z.B. Aluminiumwerke. Ähnlich wie Cadmium ist auch Fluor in der Stadtluft ein nicht gerade typischer Stoff. Es ist allerdings schon in kleinen Mengen sehr schädlich.

Troposphärisches Ozon (O₃), das während photochemischer Smogereignisse gebildet wird, reizt die Augen und die Atemwege. Es kann in extremen Fällen sogar den oberen Teil des Atemtraktes zerstören. Wie Ozon entsteht, wird in den Texten zum Ozonsmog beschrieben (Untere Atmosphäre - Einheit 3).

Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Sie können natürlichen Ursprungs sein (z.B. die Pflanzenwirkstoffgruppe der Phytonzide) und hilfreich für die menschliche Gesundheit und zum Abtöten von Bakterien in der Luft. Andere VOC, die teilweise aus menschlichen Quellen stammen (z.B. Polyaromaten), können hingegen Krebs verursachen. VOC und Stickoxide spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung des troposphärischen Ozons. Das Verhältnis von VOC zu Stickoxiden entscheidet darüber, wie viel Ozon gebildet wird.
 

Die Emission von Luftverunreinigungen verschlechtert die sanitären Bedingungen einer Stadt. Sie können auch sauren Regen verursachen, der Grundwasser und Böden belastet. Luftverschmutzungen können das Sonnenlicht, das den Boden erreicht, um 10 - 30% vermindern, insbesondere im UV-Bereich. Ein Mangel an UV- Strahlung kann die Vitamin D Produktion im menschlichen Organismus reduzieren. Hierdurch erhöht sich das Risiko von Rachitis (Knochenerweichung).

Lärm

Lärm wird oft zu den Faktoren gezählt, die die Lebensqualität in einer Stadt deutlich erniedrigen können. Lärm wirkt sich negativ auf das Nervensystem aus und auf unsere Hörfähigkeit. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO lebten im Jahr 2001 mehr als die Hälfte der Europäer in einer geräuschbelasteten Umgebung. Ein Drittel sind durch Geräuschniveaus belastet, die den Schlaf stören. Hauptquellen des Lärms sind der Verkehr, manchmal auch Industriebetriebe und Dienstleistungen in den Städten (z.B. Discos, Bauarbeiten, Müllabfuhr, etc.). Welche Auswirkungen Lärm auf uns hat, hängt von der Intensität, der Häufigkeit und der Dauer der Belastung ab. Gerade in der Stadt tritt das Problem verstärkt auf. Die Menschen leiden unter Kopfschmerzen und Schlafstörungen, die Arbeitseffizienz sinkt. Ein konstanter Lärmpegel im Bereich von 71-85 dB führt zu dauerhaften Hörschwächen. Steigt der Lärmpegel auf 86 - 130 dB, werden auch andere Funktionen im menschlichen Körper betroffen. Ein Wert von 130 dB markiert die Schwelle zu physischen Schmerzen.

Der Wärmeinsel-Charakter der Stadt hat vielfach einen negativen Einfluss auf die Menschen. Ob wir uns wohl fühlen, hängt von einer Kombination verschiedener thermischer Reize ab, kurz- und langwellige Strahlungsflüsse, Lufttemperatur und Luftfeuchte sowie dem Wind. Städtische Wärmeinseln schwächen das Temperaturempfinden der Menschen und die Widerstandsfähigkeit gegen thermischen Stress und Temperaturveränderungen. Besonders in den Sommermonaten sind viele Städte durch Überhitzung ihrer Umgebung geplagt (durch hohe Wärmeabsorption und Wärmespeicherung, aber auch durch Wärmeproduktion). Zu der hohen Umgebungstemperatur kommt oft die niedrige Windgeschwindigkeit im Stadtzentrum. Verstärkt wird das Phänomen, wenn es zu Schwüle kommt. Von Schwüle sprechen wir, wenn die Lufttemperatur 17°C übersteigt, die Luftfeuchte über 85% liegt und die Windgeschwindigkeit bei nahe 0 liegt. Die Schwüle behindert die Möglichkeiten des Körpers, die Eigentemperatur regulieren zu können, da sie die Verdunstung von Schweiß herabsetzt. Der Körper hat damit weniger Möglichkeiten, sich gegen Überhitzung zu schützen.

Generell hat der menschliche Körper die Möglichkeit, sich an schwankende thermische Bedingungen anzupassen. Steigt die Körpertemperatur, so erweitern sich die Blutgefäße und mehr Blut kann transportiert werden. Dieses begünstigt den Kühleffekt. Weiterhin steigt die Transpiration, der Körper reagiert mit Schwitzen. Die Verdunstung verbraucht Wärme, sodass der Körper gekühlt wird.

Um den negativen Einfluss des Stadtklimas für die Menschen zu verringern, sollte der Anteil an Grün- und Wasserflächen in der Stadt erhöht werden. Pflanzen, insbesondere Bäume wirken wie ein Filter, der auch die Luftverschmutzung verringert. In den Grüngebieten der Stadt kann der Verschmutzungsgrad um 20-40% niedriger sein, verglichen mit unbegrünten Stadtteilen. Der von den Pflanzen produzierte Sauerstoff verbessert ebenfalls die Luftqualität. Im Sommer verringern die höhere Verdunstung und die Beschattung der Wege in Parks den Wärmeeffekt. Die Bodentemperatur kann um bis zu 12°C niedriger sein, im Vergleich mit einer Straße. Die Luftfeuchte liegt in den Grünanlagen höher, der thermische Stress ist gemildert, die Luftzirkulation wird positiv beeinflusst und der Lärmpegel sinkt.

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Mehr über die städtische Wärmeinsel erfahren wir in:
Klima in Städten - Basis - Einheit 2 - Städtische Wärmeinsel

Die Bildung von troposphärischem Ozon wird erklärt in
Untere Atmosphäre - Basis - Einheit 3 - Ozonsmog

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About this page:

Authors: Sebastian Wypych, Anita Bokwa - Jagiellonian University - Cracow / Poland
Supporter: Anna Gorol
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: Dr. Andreas Matzarakis - University of Freiburg / Germany - 2003-09-15
translation: Elmar Uherek - MPI Chemistry Mainz - 2005-02-02
Letzte Aktualisierung: 2007-09-07