Ist die planetare Grenze für Luftverschmutzung überschritten?
Der durch uns Menschen verursachte Ausstoß von Aerosolen, also kleinen Partikeln in die Atmosphäre – wie etwa Ruß bei der Verbrennung – verändert zunehmend unser Klimasystem und wirkt sich negativ auf die menschliche Gesundheit aus. Ob die Grenze zur Luftverschmutzung durch Aerosole global bereits überschritten ist, muss abschließend erforscht werden. Vor allem auf regionaler Ebene sind aber bereits negative Auswirkungen bemerkbar.
Anthropogene Aerosole werden aus Industrie, Verkehr, Landwirtschaft oder beim Heizen von Wohnungen in die Luft abgegeben. In ihrer Herkunft unterscheiden sich diese von natürlich entstandenen Aerosolpartikeln, wie Staub oder Seesalz. Typische anthropogene Partikel sind Ruß aus der Verbrennung sowie Schwefel- und Stickstoffhaltige Aerosole aus Verkehr oder der Landwirtschaft. Diese unterscheiden sich damit in ihrer Partikelgröße und chemischen Zusammensetzung, was sich auch auf die Wasserlöslichkeit in Wolken auswirkt.
Aerosole beeinflussen die Strahlungsbilanz der Erde. Je nach Eigenschaften und den Bedingungen, unter denen sie vorkommen, streuen sie einfallende Sonnenstrahlung zurück in den Weltraum. Das wirkt kühlend auf das Erdklima. Einige Partikel können aber auch Strahlung absorbieren und erwärmen damit die Luft. Aerosole wirken auch als Kondensationskeime und beeinflussen damit direkt den Wasserkreislauf der Erde: Aus Wasserdampf können um die Aerosolpartikel Wolkentröpfchen entstehen, was erheblichen Einfluss auf Wolkeneigenschaften und Niederschlagsverteilung und damit unser Wetter und Klima hat.
In städtischen Gebieten, in denen Smog vorherrscht – also besonders viele Partikel durch die Luft schwirren – haben Wissenschaftler:innen Veränderungen festgestellt: In manchen Regionen gibt es stärkere Niederschläge, in anderen fällt weniger Regen. Auch die Monsunzirkulation verändert sich durch die Wolkenbildung, bei denen Aerosole als Kondensationskeime wirken. Zudem wirkt sich eine erhöhte Verschmutzung der Luft auch auf die menschliche Gesundheit aus. So fördert eine Belastung mit Feinstaub-Aerosolen mit einem Durchmesser von weniger als 2,5 Mikrometern (PM 2,5) Herz-Lungen-Erkrankungen und kann zu einer erhöhten Sterblichkeit führen. Denn aufgrund der geringen Partikelgröße dringen Aerosole und Feinstaub bis tief in die Atemwege ein.
Die Luftverschmutzung wird im Konzept der planetaren Grenzen von Johan Rockström mit berücksichtigt, da neben gesundheitlichen Risiken auch Teile unseres Erdsystems negativ beeinflusst werden.
Wie der Aerosolgehalt der Luft gemessen wird
Der Aerosolgehalt der Luft kann auf verschiedene Weisen quantifiziert werden. Eine davon ist das Maß der sogenannten „Aerosol Optischen Dicke“ (AOD). Dabei werden über den Grad der atmosphärischen Trübung Rückschlüsse auf die Aerosolbelastung abgeleitet. Partikel in der Luft verursachen nämlich eine Abschwächung der Sonnenstrahlung, wenn sie durch die Atmosphäre wandern. Das bedeutet, je höher die Aerosolbelastung, desto größer die Trübung der Luft und damit die AOD.
Wie kommen wir zurück in den sicheren Bereich?
Die planetare Grenze zur Luftverschmutzung durch Aerosole ist aktuell noch nicht vollständig quantifiziert. Dennoch zeigt sich, dass regional die Luft bereits stark durch Aerosole belastet wird. Daher ist es sehr wichtig, den Ausstoß von gesundheitsschädlichen Aerosolen zu verringern – etwa durch den Ausbau erneuerbarer Energien oder den Einsatz moderner Filtertechniken für Industrieanlagen. Zusätzlich können Umweltzonen in den Innenstädten dazu beitragen, die Luftverschmutzung lokal zu reduzieren.
Als Grenzwert wurde eine AOD von 0,25 festgelegt, um die negativen Auswirkungen auf Umwelt und Mensch auf ein gerade noch vertretbares Maß zu limitieren. Diese Grenze sollte eigentlich nur in Ausnahmesituationen überschritten werden. Heute wird diese jedoch insbesondere in Südasien – aber auch in anderen Teilen der Welt – je nach Jahreszeit und Standort regional sogar deutlich überschritten. Grund sind unsere anthropogenen Emissionen an Aerosolen.
Der AOD als Grenzwert gibt nur Aufschluss über die lokalen Verhältnisse. Global wirken noch weitere Prozesse, die nicht ausreichend erforscht sind. Aufgrund der Vielfalt, Komplexität sowie der räumlichen und zeitlichen Dynamik von atmosphärischen Aerosolen sind die Zusammenhänge und Prozesse teilweise noch unvollständig verstanden. Ein globaler sicherer Rahmen zur atmosphärischen Aerosolbelastung kann deshalb nach aktuellen Kenntnisstand noch nicht vollständig festgelegt werden.
Mit welchen Klimafolgen zu rechnen ist
Neben gesundheitlichen Folgen für uns Menschen belastet ein dauerhaftes Überschreiten der planetaren Grenze zur Luftverschmutzung das Klimasystem und unser Wetter. Denn die Partikel, die als Kondensationskeime wirken, verändern die Wolkenbildung und den Wasserhaushalt, vor allem regional. Insgesamt hat sich die globale Konzentration von Aerosolen seit der vorindustriellen Zeit verdoppelt.
Wissenschaftliches Fachlektorat: Markus Rex, Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung.
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