Die Zusammensetzung unserer Luft und ihre Folgen

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Von Chantal Bohn

Jeden Tag strömen rund 10.000 Liter Luft durch unseren Körper. Das passiert ganz von allein. Wir müssen uns keine Gedanken darüber machen – aber vielleicht sollten wir das. Denn mit jedem Atemzug nehmen wir neben dem lebensnotwendigen Sauerstoff auch zahlreiche Schadstoffe auf. Diese haben nicht nur Auswirkungen auf unsere Gesundheit, sondern auch auf Umwelt und Klima.

Die Grundbestandteile der Luft

Die Erdatmosphäre besteht im wesentlichen aus Stickstoff (78,08 %), Sauerstoff (20,94 %), Argon (0,93 %) und dem viel diskutierten Kohlenstoffdioxid (0,038 %). Das ist soweit Schulwissen. Die genaue Zusammensetzung kann je nach Wetterlage, Höhe und anderen Faktoren leicht variieren. Zusätzlich zu den Hauptbestandteilen befinden sich aber noch weitere Gase und Aerosole in der Luft. Obwohl Aerosole fast ausschließlich im Zusammenhang mit Gesundheitsrisiken genannt werden, sind sie erstmal nichts schlimmes. Aerosole sind nämlich nichts weiter als flüssige oder feste Partikel, die sich in der Luft befinden. Dazu zählen also auch Meersalz in der Ostseeluft und (zumindest für die meisten Menschen) harmlose Pollen im Sommer.

Schadstoffe in der Luft

Zu den sonstigen Bestandteilen der Luft zählen jedoch ebenso Stoffe, die für uns und die Natur schädlich sein können. Laut der US-amerikanischen Umweltbehörde (EPA) sind das vor allem Kohlenstoffmonoxid, Blei, Stickstoffoxide, bodennahes Ozon, Feinstaub und Schwefeldioxid. Zwar gibt es auch natürliche Schadstoff-Quellen (z.B.Vulkanausbrüche), doch ein Großteil der Emissionen ist menschlichen Ursprungs.

Kohlenstoffmonoxid (CO) ist ein toxisches Gas, welches bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenwasserstoffen entsteht. Das kann zum Beispiel bei Waldbränden, Vulkanaktivität, Verbrennungsmotoren und Kaminfeuern der Fall sein. Blei (Pb) hingegen ist ein giftiges Schwermetall, was vorwiegend durch Autoverkehr produziert wird. Zum einen wurde Blei Benzin als Klopfmittel hinzugefügt, aber auch durch Abrieb von Bremsen und Reifen können Blei-Partikel in die Umwelt gelangen. Mit Stickstoffoxiden (NOx) sind meist Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) gemeint. Diese gasförmigen Verbindungen entstehen bei Nebenreaktionen während der Verbrennung. Ozon (O3) ist den meisten nur in Verbindung mit der Ozonschicht ein Begriff. Doch das giftige Gas, welches aus Stickoxiden und flüchtigen organischen Verbindungen hervorgeht, überschreitet auch am Boden immer häufiger die gesundheitlich unbedenkliche Konzentration. Feinstaub umfasst eine weite Gruppe an Partikeln, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen und anhand ihrer Größe in verschiedene Kategorien eingeteilt werden. Hauptverursacher sind Reifenabrieb, Verbrennungsmotoren, und die Tierhaltung. Den Abschluss dieser Liste macht das Gas Schwefeldioxid (SO2), was bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe abgegeben wird. 

Die Konzentration der verschiedenen Schadstoffe ist lokal sehr verschieden und hängt von den jeweiligen örtlichen Gegebenheiten ab. Neben einer Stadtautobahn setzt sich die Luft anders zusammen als neben einem Kuhstall oder einer Erdölraffinerie. Allerdings muss man auch erwähnen, dass zumindest in Deutschland die Konzentrationen der meisten Schadstoffe seit 1990  zurückgegangen sind. Das liegt vor allem an EU-Richtlinien (z.B. Göteborg-Protokoll), Brennstoffwechsel im privaten und vor allem industriellen Bereich sowie verbesserten Industrieanlagen. 

Gesundheitliche Folgen

Obwohl der Anteil an schädlichen Stoffen im Vergleich zu Stick- und Sauerstoff winzig erscheint, können die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit gravierend sein. Circa 91% der Weltpopulation leben in Gegenden, in denen die WHO-Richtlinien für Schadstoffbelastung in der Luft überschritten werden. Insgesamt werden 7 Milionen frühzeitige Todesfälle verschmutzter Luft in Innen- und Außenräumen zugeschrieben.

Besonders empfindlich sind Asthmatiker und andere Risikogruppen, deren Atemwege schon bei geringfügig erhöhter Schadstoffbelastung gereizt werden. Aber auch eigentlich gesunde Menschen spüren die Auswirkungen. Gerade im Sommer, wenn es richtig heiß ist und die Sonne auf die Straßen prallt, erreicht bodennahes Ozon eine kritische Konzentration. Bei vielen Menschen kommt es zu einer Verringerung der Lungenfunktion und der allgemeinen Leistungsfähigkeit. Außerdem ist Ozon sehr reaktionsfreudig und wird in Deutschland daher als mögliches Karzinogen (=krebserregend) eingestuft. Feinstaub-Partikel können je nach Größe in die Bronchien gelangen, ins Lungengewebe oder in die Blutlaufbahn. Die Folgen reichen von lokalen Entzündungen bis hin zur Erhöhung des Thromboserisikos. Biogene Aerosole wie Schimmelpilze oder auch SARS-CoV-2 können schwere Krankheitsverläufe hervorrufen, die oft tödlich enden. 

Gerade in Innenräumen, wenn eine effektive Luftzirkulation nicht gegeben ist, machen sich gesundheitliche Auswirkungen schnell bemerkbar. Asbest ist das wohl bekannteste Beispiel. Die Fasern waren ein beliebtes Material der Bau- und Autoreifenindustrie, bis bekannt wurde, dass Asbest das Lungenkrebsrisiko stark erhöht. Für Frauen in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen ist die häusliche Luftverschmutzung das führende umweltbedingte Gesundheitsrisiko. Denn sie sind es, die in den oft winzigen Räumen stundenlang über offenen Flammen stehen und die giftigen Gase einatmen. Die WHO schätzt, dass weltweit immer noch 43% der Haushalte schadstoffreiche Brennstoffe zum Kochen benutzen. Sie sind Hauptursache für nichtübertragbare Krankheiten wie Lungenkrebs und Schlaganfälle bei Mädchen und Frauen in diesen Ländern.

Folgen für Klima und Umwelt

Aber nicht nur wir Menschen werden durch die Schadstoffe krank. Auch die Umwelt und das Klima leiden unter der Luftverschmutzung. 

Bodennahes Ozon, Methan und schwefelhaltige Aerosole zählen zu den kurzlebigen klimawirksamen Schadstoffen. Laut Einschätzung der IASS (Institute for Advanced Sustainability Studies) sind diese Schadstoffe für circa die Hälfte der Erderwärmung verantwortlich. Die andere Hälfte machen langlebige klimawirksame Schadstoffe wie zum Beispiele Kohlenstoffdioxid aus, die mehrere Hundert Jahre in der Atmosphäre verbleiben können. Kurzlebige Schadstoffe können eine kühlende oder wärmende Wirkung auf das Klima haben. Das hängt davon ab, ob sie Sonnenlicht reflektieren oder absorbieren. 

Regional lassen sich die Auswirkungen von Luftverschmutzung an Tieren und Pflanzen sehen. Aufgrund seiner phototoxischen Eigenschaften führt bodennahes Ozon in Europa zu Weizenernte-Verlusten von jährlich bis zu 27 Millionen Tonnen. Saurer Regen, der durch Schwefel- und Stickstoffoxide in der Atmosphäre entsteht, bekam erstmals in den 1980er öffentliche Aufmerksamkeit. Der Anlass waren das Massensterben von Wäldern und Fischen, welche die plötzliche Änderung des pH-Wertes in ihrem Lebensraum nicht vertrugen. Eine sehr umstrittene Methode des Geoengineerings sieht vor, Schwefeloxide aufgrund ihrer kühlenden Wirkung auf das Klima als Plan B für die Erderwärmung einzusetzen. Die katastrophalen Folgen für Biotope werden dabei an zweite Stelle gestellt.  

Generell lassen sich die Auswirkungen von Luftschadstoffen auf Lebewesen und auf das Klima nicht getrennt voneinander betrachten. Und selbst wenn kurzlebige klimawirksame Schadstoffe vorerst der Erderwärmung entgegenzuwirken scheinen, maskieren sie nur ein fundamentales Problem. Denn senken können sie die Schadstoffkonzentration in der Luft nicht.

Luftverschmutzung messen

Der Ökonom Peter Drucker sagte angeblich einmal, “was gemessen wird, kann verbessert werden”. Das trifft auch auf die Luftqualität zu.

Der “Air Quality Index” (deutsch: Luftqualitätsindex) ist ein beliebter Messwert, um die Luftverschmutzung an einem bestimmten Standort anzugeben. Generell gilt, je niedriger der Wert, desto gesünder die Luft. Die Messstationen finden sich weltweit und mit nur einem Mausklick kann man den momentanen Wert in seiner Nähe ermitteln. An einem normalen Wochentag während des Lockdown-Novembers lagen die Werte der Berliner Messstationen alle im grünen Bereich (unter 50). Ein ganz anderes Bild ergibt sich in der Delhi-Region in Indien, die fast komplett dunkelrot eingezeichnet war und wo Werte von bis zu 999 gemessen wurden. Aber auch der AQI hat seine Grenzen. Es werden längst nicht alle Schadstoffe erfasst und jedes Land geht mit dem Wert etwas anders um.

In Deutschland gilt die EU-Luftqualitätsrichtlinie. Diese schreibt unter anderem vor, dass die Messungen an Orten mit der höchsten Belastung vorgenommen werden müssen. Da sich diese Formulierung jedoch auf die menschliche Gesundheit bezieht, sind Messgeräte in Industriegebieten und an Autobahnen von der Vorschrift ausgeschlossen, solange sie sich nicht in unmittelbarer Nähe von Wohngebieten befinden. Auch suburbane und ländliche Regionen werden oft nicht erfasst, ganz zu schweigen von Innenräumen.

Doch obwohl AQI und andere Werte kein vollständiges Profil der Luftverschmutzung liefern können, sind sie ein wichtiges Werkzeug für Stadtplaner, Klimaschützer und Politiker, um die Zukunft von morgen zu gestalten.

Lösungsansätze für saubere Luft

Luft ist eine Grundvoraussetzung für das Leben auf der Erdoberfläche. Es ist daher kein Wunder, dass saubere Luft ein wichtiger Bestandteil gleich mehrerer Nachhaltigkeitsziele der UN ist. Aber wie erreicht man diese Ziele?

Der wichtigste Schritt ist, die Emission von Schadstoffen schnell und drastisch zu reduzieren. Dafür braucht es nationale und internationale Richtlinien, um Hauptemittierer in Industrie und Alltag zu regulieren. Es braucht technischen Fortschritt, um Industrieanlagen effizienter zu gestalten und Abgasfilter zu verbessern. Und vor allem braucht es rentable Alternativen für schadstoffreiche Rohstoffe und deren Verarbeitung, um eine nachhaltige Wirtschaft zu ermöglichen.

Die meisten Menschen denken jedoch zuerst an ihre Gesundheit, bevor sie sich Gedanken um eine nachhaltige Wirtschaft machen. Was kann man im privaten Bereich tun? Zumindest in Deutschland ist die immenenteste Gefahr für die menschliche Gesundheit die Innenluft. Denn bis zu 90% unserer Zeit verbringen wir drinnen. Dagegen hilft vor allem Lüften und Aufenthalte an der frischen Luft. Auch Luftreiniger tragen zu einer besseren Luftqualität bei