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Rätsel um Ultrafeinstaub gelöst

Gesundheitsschädliche Partikel entstehen unter Lichteinfluss aus Autoabgasen

Verkehr
Autoabgase tragen erheblich zur Ultrafeinstaub-Belastung in der Stadt bei. © ssuaphoto/ istock

Winzige Staubteilchen: Flüchtige organische Verbindungen aus Autoabgasen scheinen eine wesentliche Quelle von Ultrafeinstaub zu sein. Wie Experimente zeigen, entstehen diese winzigen Partikel unter dem Einfluss des Sonnenlichts aus bestimmten Kohlenwasserstoffen. Das Spannende: Ausgerechnet hohe Konzentrationen gröberen Feinstaubs behindern die Bildung dieser kleineren und besonders schädlichen Teilchen in der Luft.

Feinstaub ist nicht gleich Feinstaub: In letzter Zeit zeichnet sich ab, dass vor allem die sehr kleinen Teilchen in der Luft große Folgen haben können. Diese sogenannten ultrafeinen Partikel haben einen Durchmesser von maximal 50 Nanometern und entstehen bei natürlichen Prozessen wie Vulkanausbrüchen oder Waldbränden, aber auch durch Menschenhand. So gehören beispielsweise Automotoren, Heizungen und moderne Kohlekraftwerke zu den Emittenten.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Ultrafeinstaub die Beschaffenheit von Wolken verändern und unter anderem Extremregen fördern kann. Doch die winzigen Partikel in der Luft wirken sich nicht nur auf das Wetter und das lokale Klima aus – sie schaden womöglich auch unserer Gesundheit. Denn je kleiner Feinstaub-Partikel sind, desto leichter können sie in unseren Körper eindringen. Der Ultrafeinstaub gelangt tief in Lunge, Blutkreislauf, Gehirn und bei Schwangeren sogar in die Plazenta. Dort löst er potenziell gesundheitsgefährdende Prozesse aus.

Wie entstehen die Partikel?

Umso wichtiger ist es zu verstehen, wie der Ultrafeinstaub entsteht und was sich gegen ihn unternehmen lässt. „Die Mechanismen hinter der Bildung dieser Partikel sind bisher nicht wirklich nachvollziehbar und nur wenige Studien haben ihre Entstehung unter realistischen atmosphärischen Bedingungen erforscht“, erklären Song Guo von der Universität Peking und seine Kollegen.

Dies haben die Forscher nun geändert: Für ihre Studie führten sie zum einen Messungen an einer viel befahrenen Straße in Peking durch. Zusätzlich experimentierten sie in einer speziellen Kammer im Labor, die die komplexe Chemie der Stadtluft simulierte. Von welchen Faktoren würde die Bildung neuer, ultrafeiner Staubteilchen abhängen?

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Autoabgase als Quelle

Die Auswertungen enthüllten, dass zumindest unter städtischen Bedingungen bestimmte in Autoabgasen enthaltene Stoffe die wesentlichen Treiber hinter der Ultrafeinstaub-Formation sind. Demnach entstehen die winzigen Partikel hauptsächlich durch die Photooxidation sogenannter flüchtiger organischer Kohlenwasserstoffe (VOC) – eine durch Sonnenlicht ausgelöste Reaktion. Schwefelsäuren, die bisher ebenfalls als mögliche Verursacher diskutiert wurden, spielen den Ergebnissen zufolge dagegen kaum eine Rolle für die Bildung der Staubteilchen.

„Verkehrsabgase liefern zahlreiche Ausgangsprodukte für die Keimbildung und das Wachstum ultrafeiner Partikel“, konstatiert Guos Team. „Diese signifikante Quelle urbanen Ultrafeinstaubs wird bei der Abschätzung der Folgen auf die menschliche Gesundheit, das Wetter und das Klima bisher noch nicht entsprechend berücksichtigt.“

Hemmende Wirkung

Besonders interessant: Ausgerechnet Maßnahmen, um die Belastung mit dem viel diskutierten PM2,5-Feinstaub zu verringern, könnten im Kampf gegen den Ultrafeinstaub kontraproduktiv wirken. Denn hohe Konzentrationen solcher Partikel von maximal 2,5 Mikrometer Durchmesser unterdrücken die Bildung von Ultrafeinstaub, wie die Ergebnisse zeigten. Der Grund: Die größeren Teilchen fangen die kleinen Partikel im Entstehungsprozess ab.

Andere vor allem im Zusammenhang mit dem Dieselskandal in den Fokus gerückte Luftschadstoffe beeinflussen die Entstehung von Ultrafeinstaub dagegen so gut wie nicht: die Stickoxide.

Feinstaub und VOC im Blick

Was bedeutet das? Damit die Konzentration ultrafeiner Partikel nicht unbeabsichtigt nach oben schnellt, müssen Entscheidungsträger parallel zum Feinstaub auch die flüchtigen organischen Verbindungen aus Autoabgasen reduzieren. „Ansonsten verschärft sich das Problem aufgrund der hemmenden Wirkung bereits existierender Partikel in der Luft womöglich noch“, betonen die Forscher. Dies sei vor allem in Städten mit hoher Feinstaubbelastung entscheidend. (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; doi: 10.1073/pnas.1916366117)

Quelle: PNAS

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