Ruß-Partikel aus Öl- und Holzheizungen sowie Straßenverkehr können die Luft in Europa viel großräumiger verschmutzen als bis angenommen. Das schließen Forschende des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) aus einer Messkampagne im Thüringer Wald. Die Auswertung der Quellen ergab, dass rund die Hälfte der Ruß-Partikel aus der Umgebung stammten und die andere Hälfte aus großen Entfernungen. Dies unterstreicht aus Sicht der Forschenden die Notwendigkeit, den Ausstoß an gesundheits- und klimaschädlichem Ruß weiter zu reduzieren, da die kohlenstoffhaltigen Partikel auch über mehrere hundert Kilometer noch zur Gesundheitsgefährdung und Klimaerwärmung beitragen.
Die Ergebnisse wurden im Journal „Atmospheric Chemistry and Physics“ (ACP), einem Open-Access-Journal der European Geosciences Union (EGU) veröffentlicht. Der Beitrag ist hier abrufbar.
Aerosolpartikel in der Atmosphäre beeinflussen das globale Klima, die menschliche Gesundheit und die Ökosysteme. Die chemische Zusammensetzung von atmosphärischen Partikeln an einem bestimmten Ort hängt nicht nur von der lokalen Umgebung und den Quellen ab, sondern wird auch von der Geschichte der Partikel beeinflusst, die den Ort der Probenahme erreichen. Während des Transports verändern sogenannte Alterungsprozesse nicht nur die chemische Zusammensetzung der Partikel, sondern beeinflussen auch ihre physikalischen Eigenschaften (z. B. Größenverteilung, Flüchtigkeit, Hygroskopizität, Aktivität der Wolkenkondensationskerne (CCN) und optische Eigenschaften). Die Belastung an einem bestimmten Ort ist daher eine komplexe Mischung verschiedenen Quellen in Kombination mit einen komplexen Wandlungsprozessen. In der gesamten Masse an Partikel überwiegen kohlenstoffhaltige Aerosolpartikel, die aus einer großen Anzahl chemischer Spezies bestehen und in organisches Aerosol (OA) und schwarzen Kohlenstoff (BC) unterteilt werden können. Schwarzer Kohlenstoff wird mit Primäremissionen aus Verbrennungsprozessen von anthropogenen Quellen (Auto, Haushaltsheizungen und Industrie) oder biogenen Quellen (z. B. Waldbrände) in Verbindung gebracht. Nicht nur lokale Quellen beeinflussen die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel. Auch der Ferntransport wirkt sich durch die Herkunft der Luftmassen ebenfalls auf die chemische Zusammensetzung der Aerosolpartikel aus.
Messkampagnen in Thüringen
m September/Oktober 2010 fanden im Rahmen des Experiments „Hill Cap Cloud Thuringia 2010“ (HCCT-2010) umfangreiche Messungen in Thüringen statt. Die jetzt veröffentlichte Analyse hat die chemische Zusammensetzung von Aerosolpartikeln und die verschiedenen Quellen von kohlenstoffhaltigen Partikeln untersucht, die den Messstandort in der Nähe des Dorfes Goldlauter im Thüringer Wald erreichten. An den Messungen in der Mitte Deutschlands hatten damals insgesamt rund 50 Wolkenforschende aus Deutschland, Frankreich, England und den USA teilgenommen. Die Auswertung und chemische Analyse der umfangreichen Proben war sehr zeitaufwendig und zog sich über mehrere Jahre hin. „Durch die Datenanalyse wurde es möglich, lokale Ruß-Emissionen, die von der Verbrennung fossiler Brennstoffe dominiert werden, von Ruß zu unterscheiden, der aus großen Entfernungen herantransportiert wurde“, erklärt Dr. Laurent Poulain vom TROPOS. „Aber auch ein physikalischer Effekt hat uns geholfen: Im Laufe ihres kurzen Lebens wachsen die rußhaltigen Partikel. Je größer diese Partikel sind, desto älter sind sie und umso länger müssen sie in der Atmosphäre bereits unterwegs gewesen sein.“ Die Impaktorproben wurden daher in zwei Kategorien unterteilt: Kohlenstoff in Partikeln kleiner als 400 Nanometer ist relativ jung und stammt aus lokalen Quellen. Kohlenstoff in Partikeln größer als 400 Nanometer ist relativ alt und stammt aus entfernten Quellen. Dadurch konnten die lokalen Ruß-Emissionen auf 48 Prozent und der Ruß aus dem Ferntransport auf 52 Prozent geschätzt werden.
In einer anderen Studie aus dem Winter 2016/17 konnten TROPOS-Forschende bereits den Anteil des grenzüberschreitenden Feinstaubs abschätzen: Feinstaub der Größenklasse PM10 aus Ferntransport von Osteuropa trug einer Studie für verschiedene Landesumweltämter an ländlichen Standorten im Osten Deutschlands mit 44 bis 62 Prozent zum gesamten PM10-Feinstaub bei. Hauptquellen waren Verbrennungsemissionen, wahrscheinlich von Holz- und Kohle-Heizungen. Mit der nun veröffentlichten Studie wird klar: Auch bei Ruß, der nur einen Teil des PM10-Feinstaubs ausmacht, ist das Verhältnis zwischen Quellen in der Umgebung und in der Ferne ähnlich: rund die Hälfte vom Ruß stammt aus der lokalen Umgebung und die andere Hälfte aus Ferntransport quer über den Kontinent.
Die neuen Erkenntnisse unterstreichen die Notwendigkeit, europaweite Grenzwerte für Ruß festzulegen. Im Frühjahr 2021 hat das EU-Parlament die die EU-Kommission aufgefordert, EU-weite Standards für Ultrafeinstaub, Ruß, Quecksilber und Ammoniak einzuführen, weil sich diese Substanzen zwar negativ auf die menschliche Gesundheit auswirken, aber bisher nicht über die EU-Luftqualitätsnormen reguliert sind. Bis 2022 soll die EU-Luftqualitätsrichtlinie aktualisiert werden. Für Herbst 2021 ist dazu eine öffentliche Konsultation geplant.
